Excel水力计算展示——挖深式消力池计算设计

1、Excel水力计算展示之专题10. 挖深式消力池水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，可以采用工程措施使下游局部水深增加，从而形成淹没式水跃。【工程任务】如图所示为一5孔溢流堰，每孔净宽b=7m，闸墩厚度d=2m，上游河道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即，上下游水位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m3/s，试求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一挖深式消力池。【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面收缩断面处河底总能量为 （式10-1）将 代入上式可得： 收缩断面处的河道宽度，则收缩断面处的单宽流量坝面流速系数收缩断面水深的计算公式为 （式1

2、0-2）即经试算得的共轭水深为： 下游水深。因为，所以产生远离式水跃，故需要修建消力池。2.设计挖深式消力池池长挖深式消力池主要通过降低护坦高程来实现，其设计内容包括消力池的池深d和池长Lj的计算。池深d的计算。应用公式 （式10-3） （式10-4） （式10-5）将 代入（式10-3）得到 （式10-6）式10-6的左端是一个以d为自变量的函数，令 （式10-7）式10-6右端是已知的常数 假设一系列的池深d，然后分别由（式10-3）和（式10-4）计算和，代入（式10-7）计算，使等于值的池深即为所求。设，由（式10-4）得： 解得：由（式10-5）解得 可见，故取消力池池深。3.设计挖

3、深式消力池池深自由水跃长度 消力池长度 【Excel迭代计算】由以上计算步骤可以看出，计算过程较繁琐，涉及到收缩断面水深的迭代求解，池深计算等复杂的计算过程。使用Excel计算软件进行计算，可大大加快计算速度。按照挖深式消力池的计算思路，在Excel表格中编制相应的计算程序，如图10-1和图10-2所示。图10-1和图10-2所示的表格，使用时应注意的问题：橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值； 若F13单元格中显示“否，不需修建消力池”，则无需进行消力池的水力计算。“假设池深d”一栏为试算水深专栏，当在橙色区域输入第一

4、个试算水深后，可得到其后一差值为0.1的等差数列；判断试算结束的精度默认为2%，若改变精度，需调整单元格D19:D28的程序。“消力池池深取值”为符合试算精度要求的多个假设池深的平均值。消力池池长计算中的两个共轭水深，也是符合精度要求的池深值对应的水深平均值。图10-1 挖深式消力池excel计算表（工作簿01）图10-2 挖深式消力池收缩水深hc excel计算表（工作簿02）注意：橙色区域对应的参数为基本参数值，需人工输入具体数值；绿色区域所对应的数据为程序自动运算的结果，切勿人工输入数值！Excel公式如表10.2。表10.2 excel计算程序公式汇总计算项目序号名称Excel公式水力

5、计算公式实用堰参数计算结果1闸门总宽度B0(m)A10=$C$6*$D$6+($C$6-1)*$E$62单宽流量q（m3/(s m)）B10=C4/A103上游行进流速v0（m/s）C10=C4/(A4+B4)*A10)4上游总水头E0(m)D10=A4+B4+C102/(2*9.8)判断是否修消力池5收缩水深hc（m） A14=02 自动迭代（勿动）!C8第1次迭代（02工作簿）C4=01 计算表格!$B$10/(01 计算表格!$E$4*SQRT(2*9.8*(01 计算表格!$D$10+$B$2-02 自动迭代（勿动）!B4)6第2次迭代（02工作簿）B5=C47C5=01 计算表格!$

6、B$10/(01 计算表格!$E$4*SQRT(2*9.8*(01 计算表格!$D$10+$B$2-02 自动迭代（勿动）!B5)8第3次迭代（02工作簿）B6=C59C6=01 计算表格!$B$10/(01 计算表格!$E$4*SQRT(2*9.8*(01 计算表格!$D$10+$B$2-02 自动迭代（勿动）!B6)10第4次迭代（02工作簿）B7=C611C7=01 计算表格!$B$10/(01 计算表格!$E$4*SQRT(2*9.8*(01 计算表格!$D$10+$B$2-02 自动迭代（勿动）!B7)12第5次迭代（02工作簿）B8=C713C8=01 计算表格!$B$10/(01

7、 计算表格!$E$4*SQRT(2*9.8*(01 计算表格!$D$10+$B$2-02 自动迭代（勿动）!B8)14收缩断面共轭水深hc（m）B14=A14/2*(SQRT(1+8*$B$102/(9.8*A143)-1)15下游水跃形式C14=IF(B14D4,远趋式水跃,IF(B14=D4,临界式水跃,淹没式水跃)16是否需要修建消力池D14=IF(OR(C14=远趋式水跃,C14=临界式水跃),是，需要修建消力池,否，不需修建消力池)消力池池深计算17A值B17=$D$4+$B$102/(2*9.8*($F$4*$D$4)2)18收缩水深hc1（m）迭代过程在工作簿2，类似A14B19

8、=02 自动迭代（勿动）!G819收缩断面共轭水深hc1（m）C19=B19/2*(SQRT(1+8*$B$102/(9.8*B193)-1)20f(d)函数D19=$A$6*C19+$B$102/(2*9.8*($A$6*C19)2)-A1921是否为所求池深（精度2%）E19=IF(ABS(D19-$B$17)/D19)0,SUMIF(E19:E28,是,A19:A28)/COUNTIF(E19:E28,是),没有符合要求的假设池深，请重新输入假设池深值),不需修建消力池)（注: 为符合条件的假设池深）消力池池长计算23挖深后收缩水深hc1取值（m）E10=IF(D14=是，需要修建消力池

9、,IF(COUNTIF(E19:E28,是)0,SUMIF(E19:E28,是,B19:B28)/COUNTIF(E19:E28,是),没有符合要求的hc1取值，请重新输入假设池深值),不需修建消力池)（注: 为符合条件的假设池深所对应的收缩水深）24挖深后收缩共轭水深hc1（m）取值（m）F10=IF(D14=是，需要修建消力池,IF(COUNTIF(E19:E28,是)0,SUMIF(E19:E28,是,C19:C28)/COUNTIF(E19:E28,是),没有符合要求的假设池深，请重新输入假设池深值),不需修建消力池)（注: 为符合条件的假设池深所对应的收缩断面共轭水深）25自由水跃长

10、度Lj（m）E14=IF(F19=不需修建消力池,不需修建消力池,IF(COUNTIF(E19:E28,是)0,6.9*($F$10-$E$10),没有符合要求的hc1取值，请重新输入假设池深)26消力池长度LB（m）F14=IF(F19=不需修建消力池,不需修建消力池,IF(COUNTIF(E19:E28,是)0,$B$6*$E$14,没有符合要求的hc1取值，请重新输入假设池深)【编写计算程序时需要注意的问题】正确使用常用的计算函数。表示加“+”，减“ ”，乘“ *”，除“ /”，开平方“sqrt( )”，幂函数“ab”(即a的b次幂)等的函数，都要严格符合Excel计算程序的要求。否则，

11、错一个符号，都可能导致计算的错误。尤其需要注意的是，乘号“*”在任何时候都不能省略。思路要清晰，“（）”要对称。在Excel计算程序中，需用括号之处一律用小括号，没有中括号和大括号的使用。在编写时，务必保证“（）”的左右对称，使用得当。合理布置表格结构。在编写程序前，应在工作薄中合理布置“已知条件”和“计算程序”的位置，一般条件下，将已知的参数“已知条件”集中放在一个区域，将计算的过程集中放在一个区域，计算过程按试算思路的顺序进行。绝对单元格的的引用。“已知条件”中的部分数据，在“计算过程”的每一个试算过程都要用到，对这些参数，应进行绝对化单元格，才能保证在下拉时这些单元格参与到每个试算过1程