水力学计算说明书

1、水力学实训设计计算书指导老师：柴华前言任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。任务三：绘制正常水位到汛前限制水位相对开度下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位下泄流量的关系曲线。任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。1. 根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰

2、底高程为17.45，计算下游收缩断面水深hC，P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5mP/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 为自由出流m=0.32+0.171(P/H)0.657 =0.442 设H0=H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得： 0=0.45 k=0.7=1-0.2（k+（n-1）0）×H0/nb=0.92H0=（q/（m（2g）0.5）2/3=6.77mE0=P+H0=6.77+1.25=8.02m查表的：流速系数=0.94根据公式E

3、0=hc+q2/2g2hc2，可求出hc=3.63m q=Q/B=633.8÷22=31.69m3/s则其共轭水深：hc”= hc(1+8q2/g hc3)1/2-1)=5.92m水跃发生位置Lj=6.9(hc”- hc)=6.9×(5.92-3.29)=18.15m>5m,故不发生水跃。2.临界水深hk计算：根据矩形断面渠道临界水深hk的计算，其水面宽度与底宽相等，即B=b，M=bh, 令，则，q为单宽流量，a为动能修正系数。所以：hk=4.68m平坡段水面曲线计算（1） 判断水面曲线的型式该段为平坡,收缩断面hc=3.63,hk=4.68，属于C区的水面曲线为C0

4、型壅水曲线。（2） 水面曲线计算以闸后断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米，根据已知渠道全长（即L=5m）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h1=3.63米A1=bh1=3.63×20=72.6m2v1=Q/A1=633.8/72.68=8.73 (=1)Es1=h1+v12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m同理，可算出h2=3.634m，A2=72.68m2，v

5、2=8.72m2/s，Es2=7.514 Es=-0.0046 计算平均水力坡降 计算 同理：J1=0.003489 =1/2(J1+J2)=0.0348 = =1.31 。其他断面如表所示以图可知5-5断面水深可得为3.646m依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示陡坡段水面曲线计算（1：10）1. （1）试算法和图表法求正常水深 试算法。假设一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC ，计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出h0Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求解得天然河道水深h0.求h0，hk,判别水面线类型。设h0=2.49，2.485，2.475，2.465，

6、2.45.，分别计算出相应的面积A，湿周X，水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。水深试算1h0(m)A(m2)(m)R(m)C(m1/2/s)Q=Ri(m3/s)2.4954.7826.982.03039326.03068642.53612392.48554.6726.972.02706725.98804639.67100042.47554.4526.952.02040825.90267633.96014092.46554.2326.932.01373925.81717628.27514392.4553.926.92.00371725.68869619.7961729由表数据绘出h0Q曲线

7、，如图所示。根据设计流量Q=633.8m3/s，在曲线上差的渠道正常水深h0=2.474m 临界水深令，则，q为单宽流量，a为动能修正系数。所以：hk=(q2/g)1/3=4.39m。H-Q曲线图2.432.442.452.462.472.482.492.5642.5361239639.6710004633.9601409628.2751439619.7961729H-Q曲线图（3） 判断水面曲线的型式hk> h>h0, 渠道为陡坡,故水曲线为B2型降水曲线 （4） 水面曲线计算断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.646米，假定h2=3.21米、h

8、3=2.966、h4=2.775、h5=3.633米，根据已知渠道全长（即L=20.1）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h1=3.646米A1=bh1=3.63×20=80.201m2 v1=Q/A1=633.8/80.201=7.9026(=1)Es1=h1+v12/2g=3.646+7.92/（2×9.8）=6.831m同理，可算出h2=3.21m，A2=70.62m2，v2=8.97m2/s，Es2=7.319 Es=0.4877 计算平均水力坡降 计算 同理：J1= 0.002755 =1/2(J

9、1+J2)=0.0034 = = 5.04 。其他断面如表所示以图可知5-5断面水深可得为2.633m依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示边墙高计算：已知各断面水深h、流速v、水利半径R，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙1-1断面高强计算：已知h1=3.646m、v1=7.902m2/s、R1=2.738m = =0.89764 ha= =3.646÷0.89764=4.54364陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m故边坡墙高度为：6.5m同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表所示：断面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s

10、)v（m/s）h墙1-1断面3.645580.20129.2912.738076590.9838367.90264460.895766.541262-2断面3.2170.6228.422.484869889.5242298.97479470.8580876.0680873-3断面2.96665.25227.9322.33610288.6077999.71311220.8291545.7951544-4断面2.77561.0527.552.21597187.83157310.3816540.8011865.5761865-5断面2.63357.92627.2662.124477487.21650

11、210.9415460.7766945.409694陡坡段水面曲线计算（1：3.02）1. （1）试算法和图表法求正常水深 试算法。假设一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q=AC ，计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出h0Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求解得天然河道水深h0.求h0，hk,判别水面线类型。设h0=2，1.9，1.897，1.85，1.8，分别计算出相应的面积A，湿周X，水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。水深试算2h0(m)A(m2)(m)R(m)C(m1/2/s)Q=Ri(m3/s)244261.69230821.69625714.61741.

12、941.825.81.62015520.77122635.93551.89741.73425.7941.61797320.74325633.64921.8540.725.71.58365820.3033598.39541.839.625.61.54687519.83173562.0565由表数据绘出h0Q曲线，如图所示。根据设计流量Q=633.8m3/s，在曲线上差的渠道正常水深h0=1.896m 临界水深hk=(q2/g)1/3=4.39m。H-Q曲线图1.71.751.81.851.91.9522.05714.6174141635.9355028633.6492306598.3954242

13、562.0564586H-Q曲线图（5） 判断水面曲线的型式因为渠道为陡坡，且hk> h>h0,故水曲线为c0型降水曲线 （6） 水面曲线计算断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=1.8、h5=1.62米，根据已知渠道全长（即L=28.97m）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h1=2.633米A1=bh1=2.633×22=57.926m2v1=Q/A1=633.8/57.926=10.94 (=1)Es1=h1+v12/2g

14、=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m同理，可算出h2=2.3m，A2=50.6m2，v2=12.5m2/s，Es2=10.3 Es=1.56 计算平均水力坡降 计算 同理：J1=0.0074 =1/2(J1+J2)=0.093 = =4.85 。其他断面如表所示以图可知5-5断面水深可得为1.62m依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示边墙高计算：已知各断面水深h、流速v、水利半径R，查表可知掺气水深系数k=0.005可求出个断面边坡高墙1-1断面高强计算：已知h1=2.633m、v1=10.9m2/s、R1=2.1m = =0.77 ha= =3.646÷

15、0.77=3.4陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2m故边坡墙高度为：5.4m同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表所示：断面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h墙1-1断面2.63357.92627.2662.124477487.21650210.9415460.7766945.4096942-2断面2.350.626.61.902255685.62517312.5256920.7038285.0038283-3断面244261.692307783.97239414.4045450.6151754.6151754-4断面1.839.625.

16、61.54687582.72418916.0050510.5420364.3420365-5断面1.6235.6425.241.412044481.47631417.7833890.4667054.086705综上所述：两陡坡相接及平坡与陡坡相接各断面墙高分别为6.5m，5.4m及下游墙高4.1m,按千年一遇洪水流量校核，可得陡坡各断面曲线图如下：（方法与百年计算相同）一陡坡二陡坡段一陡坡渗气水深断面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h渗气1-1断面3.645580.20129.2912.738076590.9838369.3826760.8590764.5045

17、762-2断面3.4676.1228.922.632088590.3871589.88570680.8407364.3007363-3断面3.2671.7228.522.514726589.70261610.4921920.8174284.0774284-4断面3.0767.5428.142.400142189.00808911.1415460.7912183.8612185-5断面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.654389二陡坡渗气水深断面h（m）A(m2)x(m)R(m)C(m0.5/s)v（m/s）h渗气1-1

18、断面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.6543892-2断面2.5656.3227.122.076696286.88646813.3611510.6951253.2551253-3断面2.2549.526.51.867924585.3656615.202020.6130352.8630354-4断面2.0244.4426.041.706605284.09022116.9329430.5384492.5584495-5断面1.86240.96425.7241.592442983.1254418.3697880.480502

19、2.342502依表可知，千年一遇渗气水深均低于其相对应边墙高度如：一陡坡：h1渗=4.5m<h1墙=6.5，h5渗=3.65<h5墙=5.4. 二陡坡：h1渗=3.65m<h1墙=5.4，h5渗=2.3<h5墙=4.1.陡坡纵剖面上的水面曲线：任务三：绘制正常水位到汛前限制水位相对开度下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位下泄流量的关系曲线。1、闸孔出流计算已知断面正常水位为24m，汛前限制水位为22.9m，现假设e/H=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6，当e/H=0.1，Z=24时，H=24-18.7=5.3m故e=e/H*H=0.53m0

20、=0.685-0.19*e/H=0.685-0.19*0.1=0.666Q=0be =0.666×20×0.53×=71.95253m3/s同理可算出水位23.8、23.5、23.2及22.9m时的下泄流量如表：”Z（m）e/HH(m)eu0Q(m3/s)240.15.30.530.66671.9525323.80.15.10.510.66667.9184123.50.14.80.480.66662.0146223.20.14.50.450.66656.2925622.90.14.20.420.66650.7582正常水位到汛前限制水位相对开度下泄流量的关系曲线如

21、图所示。e/H Z Q 0.10.20.30.40.50.62471.95139.8203.54263.18318.71417.4523.867.92131.96192.13248.42300.84394.0523.562.01120.49175.43226.83274.69359.823.256.291O9.37159.242205.9249.34326.622.950.7698.62143.58185.656224.83294.52、绘制汛前限制水位以上水库水位下泄流量的关系曲线已知汛前限制水位为22.9m，水库水位为26.3m，当Z=22.9时，H0=22.9-18.7=4.2mH P=

22、18.717.45=1.25m故P/H=1.25/4.2=0.298>0.24 m0=0.414（P/H）-0.0652=0.414×(0.298) -0.0652=0.45 当P/H<0.24时， m0=0.385+0.171×（P/H）0.657=10.2k+（n-1）0H/nb=10.2×0.7+(21)×0.45×4.2÷2÷10=0.952因为下游水位比堰顶低的多，应为自由出流，故s=1.0Q=sm0BH3/2=1.0×0.952×0.45×20××4.23/2=326.5m3/s同理可求出当Z=23.5、24.5、25.5、26.3m时的下泄流量，如表：ZHP/Hm0Q(m3/s)22.94.20.2976190.4480410.9517324.974823.95.20.2403850.4543240.9402448.485624.55.80.2155170.3912020.9333451.567425.36.60.189394