水力学计算说明书

1、水力学计算说明书水力学实训设计计算书指导老师：柴华.、/-X-刖H水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。水力学课程的理论性强，同时乂有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验

2、技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。综观所有人类文明，几乎都是伴着河、海而生的通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。4 / 16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

3、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,堰底高程为17.45,计算下游收缩断面水深hc,P=18.70-17.45=1.25mH=25.20-18.70=6.5mP/H=l.254-6.5=0.19<0.8为自由出流m=0.32+0.171(P/H)637二0.442设HlH,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0.01

4、4.故查表可得：Co=0.45Ck=0.7e=1-0.2(鼠+(n-1)Co)XHo/nb=O.92Ho=(q/(em(2g)"0.5)23=6.77mE(产P+H()=6.77+l.25=8.02m查表的：流速系数巾=0.94水力学计算说明书根据公式Eo=hc+q2/2g4)：hc2-可求出hc=3.63mq=Q/B=633.84-22=31.69m7s则其共甄水深：”=%(1+8q2/gh/严-1)=5.92m水跃发生位置Lj=6.9(hc”-hc)=6.9X92-3.29)=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

5、宽度与底宽相等，B|JB=b,aQ2Ak3,2,3gBKb令夕=苧，则儿=，竺，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CO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hl=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l-lhi=3.63米Ai=

6、bhi=3.63X20=72.6m2vi=Q/Ai=633.8/72.68=8.73(a=l)Esi=hl+vi2/2g=3.63+8.732/(2X9.8)=7.518m同理，可算出h2=3.634m,A2=72.68m2,v2=8.72nr/s,Es2=7.514AEs=-O.0046计算平均水力坡降V211J=1/2*(J,+J2)J=计算=27,268,&=2.665,C2=*2.6656£o0046同理：Ji=0.003489J=1/2(Ji+J2)=0.0348AL=:=131YAL«5m.其他断面如表所示i一J-0.00348-精螂浙醐嶙Hh(r)bf

7、a)财2)血瑜C(ft0.5/s：“点）J/猊4典AK*srEsiJHJ伽i<Al=AEs/irD汴L3.632072.5收62.66324虬5皤N而0.0089U8O8L518O也则5粗20.003090.0I3W31,3。2MH腼3脚72.6821.2682M90,5781898.WQM3O3.ML51W1.3DM-D.0M52T210.0034119090.0D3H21.3039543?筒翘3,638花76几2762.6675590,5889698.110831娜623.87135521.50915522.6111386-0.004499130.003W1-0.0DM1.30013

8、5931H腼3眦?2M21,2842翻90,6011338.10126M0期刚3.862856T.M3.9118546-O03910.0034W0.00K51,倒硼!1M腼通72.9121,2912.6715890.6111658.69明。刖涮5建谶21.50094225网珈7神以图可知5-5断而水深可得为3.646m依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示14 / 16陡坡段水面曲线计算(I：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h。值，代入天然河道公式Q二AC后，计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出h°Q关系曲线，然后根据已知流量Q,在曲线上查

9、出需求解得天然河道水深ho.求h0,hk,判别水而线类型。设h0=2.49,2.485,2.475,2.465,2.45.,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1ho (m)A(m:)%(m)2. 4954. 7826. 982. 48554. 6726. 972.47554.4526.952.46554.2326.932.4553.926.9Q= VRi(m3/s) 642. 5361239 639.6710004 633.9601409 628.2751439 619. 7961729R(m)2.0303932.0270672.0204082.0

10、137392.003717C(m17s)26.0306825.9880425.9026725.8171725.68869由表数据绘出hoQ曲线，如图所示。根据设计流量Q=633.8m力，在曲线上差的渠道正常水深ho=2.474m临界水深令4=号，则竺一,q为单宽流量，a为动能修正系数。所以：h*(q7g)39m。H-Q曲线图642.5361239639.6710004633.9601409628.2751439619.7961729H-QHlakl(3)判断水面曲线的型式hk>h>ho,渠道为陡坡，故水曲线为艮型降水曲线(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

11、知1-1断面水深hl=3.646米，假定h2=3.21米、h3=2.966、h4=2.775h5=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l-lhi=3.646米Ai=bhI=3.63X20=80.201nrv1=Q/Ai=633.8/80.201=7.9026(a=l)Es1=h1+v12/2g=3.646+7.92/(2X9.8)=6.83Im同理，可算出h2=3.21m,Az=70.62m2,v2=8.97nr/s,Es2=7.319AEs=O.4877计算平均水力坡降-V

12、2J=1/2*(J,+J2)7=计算/2=28.42,叫=2.4849,C2=89.52CjR同理：J1=0.002755J=1/2(J+J7)=O.OO34AL=0487=5.04VAL«20.12/?其他断面如表所i-J0.0966乙施就浙就面蛾16“腼hb回kWWC(nO.S/sv(n/s)Jv2/2g(i)Mn)AEs=Es2-EslJR岛)/2i-ril=AEs/(L-D汕1-1腼3.硼2280,20129.2912.138089Q,9跳367,期M0.0027553118631596,83590.W7218220.0033999030.09660015,雌福0912魏12

13、110.6228.422M89,52收90,0*451109531?1319537?5,岷阳1Q,4聊航910.009413D.0954059<1,821081754mi2.96665,2522T.9322.336183,6077999.713110.00510q,81349MIH9OT9,86995880.00572425T0.09421575,则38飒54T腼2.77561.0527.552.2159187,83157310,38170.00630415,498915?8.213915715.11翻0.467116510.00685340.09314365.0150163655-5腼

14、2.63357,92621.2662.1244887,2365021。醐50.000818.10803228.741032220.12936说0以图可知5-5断而水深可得为2.633m依据断面数据，画出水而曲线图，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可求出个断面边坡局墙1T断面高强计算:已知h尸3.646m、vx=7.902m7s>R尸2.738mB二1-=0.897641+A二gRha=3.6464-0.89764=4.54364P陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2nl故边坡墙高度为：6.5m同理，可求出2-2、3-3,4-4&g

15、t;5-5断面边坡墙高度，如表所示：断面h(m)A(m2)x(m)R(m)C(m*0.5/s)v(m/s)Ph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2.77561.0527.552.21597187.83157310.3816540.801186

16、5.5761865-5断面2.63357.92627.2662.124477487.21650210.9415460.7766945.409694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儿值，代入天然河道公式Q二AC板，计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出hoQ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h（）.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,湿周求水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。水深试算2h0(m)A(m2)X(m)R(m)C(mx

17、7s)Q=VRi(m7s)244261.69230821.69625714.61741.941.825.81.62015520.77122635.93551.89741.73425.7941.61797320.74325633.64921.8540.725.71.58365820.3033598.39541.839.625.61.54687519.83173562.0565由表数据绘出hoQ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ho=1.896m临界水深鼠二(q'/g)19.39m。H-C曲线图H-Q 111(5)判断水面曲线的型式因为渠道为陡坡，

18、且鼠>h>h。,故水曲线为c。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hl=2.633米，假定h2=2.3米、h3=2、h4=L8、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l-lhi=2.633米Ai=bhi=2.633X22=57.926m2V尸Q/AI=633.8/57.926=10.94(a=l)Esi=hl+vi2/2g=3.63+8.732/(2X9.8)=7.518m同理，可算出112=2.3ni,A

19、2=50.6m2,V2=12.5m2/s,Es2=10.3AEs=l.56计算平均水力坡降-V2J=1/2*(JI+J2)J=计算Z2=26.6,&=1.9,C2=85.6CR_£J56同理：Ji=0.0074J=1/2(Ji+J2)=O.O93AL=4.8528.97;?0其他断面如表所示搬就椭鼬缴518ffih(n)bli)Eli)u冰)J加AEs-EsrES叫+JMi-rAl=AEs/(i-r)池卜崛22几描21.2KIMi股膈0210.J115g.0074Dll划腿2L5637M690.0090(L321B1LU959!.350.SIUijoa15.62517312.

20、5251amB,Q帆5i丽m卿E醐um0.3W2HUM1刈261.692318101脚91D.5O12.58621212.060HIIWK0.02U2加325L3512WhH1.833.i25.61.54681|W9915.0051I.0241SI81U6MI2UMIi岫机2.WS5030.0219010.30215159,就4681.6225.2(,m姆加M11.0喷阴918,13515娜觥2&9陶就BT以图可知5-5断而水深可得为1.62m依据断面数据，画出水而曲线图，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可求出个断面边坡局墙1

21、-1断面高强计算:已知hi=2.633m、vfIO.9m7s>Rf2.Im一二二0力1+Z二gRha=3.6464-0.77=3.4P陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2nl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(m*0.5/s)v(m/s)Ph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

22、断面244261.692307783.97239414.4045450.6151754.6151754-4断面1.839.625.61.54687582.72418916.0050510.5420364.3420365-5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，可得陡坡各断而曲线图如下：（方法与百年计算相同）一陡坡OWMK1152.5ffih(n)b(n)峋2)xto附C(i0.5/s7tfs)J典T-m

23、i<Al=4Es/(i-Il池，硼22机别29.观2.M90.W69,歌加O.DO>015617阿邮喇就。，则2嗽10.095785?3,2261595682-2腼16.1228.92M320990,387158网otei4.88608368.4W163.2261586哪556860.0048925350.09500754.5318089933.2611.7228.522.5N1389,702616蝴5蒯U1O28,耐2TJ57姗60.005怖160.0015?5.6025995543.01册倒28.14M001489,00808811.14150.00026.33336959.4

24、03369513.36。珊0.6256190460.0071602630.09281876.7401510555嘀面2融63酗2T捌麟9958MB61911,$273WW11ml20,100719刈二陡坡段猴就渐就醐赞752.5殖hh)b(n)xh)RMCW.5/3；V(i/s)JiEsEsfEsr=(j.wi-."Al=AEs/(i-DEAL1-18M2阳22263,他21.7842.2893588,31361911,8273D.DOTO7.1W510.QW1.639192320.009W0.32151625.09832014522骊2.5656.3221.122.016706.8

25、86(6813.3S120.0113879.108180811,6681815.09832032.3727D7M30.01182321036嫡1MM3-3H2.25as26.5I.BS19285.W15,202o.oim11.?M154088912,5802.6079158360.0203M0.31075728.39213414Tsit2.02414426小i.msi84,09022316,9329D.023159T14,62涮51S,«52段聊喊0.0272135320.3039123ins1.86240.m25.724L59244%厕nD.0306614ium19,0181922

26、KM235T如T一陡坡渗气水深断面h(m)A(m*2)x(m)R(m)C(m-0.5/s)v(m/s)Ph渗气1-1断面3.645580.20129.2912.738076590.9838369.3826760.8590764.5045762-2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3.0767.5428.142.100142189.00808911.1415460.7912183.

27、8612185-5断面2.89263.62427.7842.289951188.31361911.8272980.7623893.654389二陡坡渗气水深断h(m)A(m*2)x(m)R(m)C(m*0.5/s)v(m/s)Bh渗气1-1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2.2549.526.51.867924585.3656615.202020.6130352.8630

28、354-4断面2.0244.4426.041.706605284.09022116.9329430.5384492.5584495-5断面1.86240.96425.72483.125441.592442918.3697880.4805022.342502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：hl渗=4.5m<hl墙=6.5,h5渗=3.65vh5墙=54二陡坡：hl渗=3.65mvhl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

29、线。1、闸孔出流计算已知断而正常水位为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=0.53mu0=0.685-0.19*e/H=0.685-0.19*0.1=0.666Q=uobey2gH=0.666X20X0.53XA/2*19.6=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)eUoQ(m3/s)240.15.30.530.66671.9525323.80.15.10.510.66667.9

30、184123.50.14.80.480.66662.0146223.20.14.50.450.66656.2925622.90.1.4.20.420.66650.7582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图所示。0.10.20.30.40.50.62471.95139.8203.54263.18318.71417.4523.867.92131.96192.13248.42300.84394.0523.562.01120.49175.43226.83274.69359.823.256.29109.37159.242205.9249.34326.6水力学计算说明书22.950.76

31、98.62143.58185.656224.83294.5Z-e/H-Q2、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，Ho=22.9-18.7=4.2mHP=18.7-17.45=1.25m故P/H=l.25/4.2=0.298>0.24以二0.414(P/H)m=0.414X(0.298)-°"=0.45当P/H<0.24时，“=0.385+0.171X(P/H)0657e=l-0.2W卢(n-1)oH/nb=l-O.2X0.7+(21)X0.45X4.2+2+10=0.952因为下游水位比堰顶低的多，应为自由出流，故8尸1.0Q=52smoB77H3Z2=1.0X0.952X0.45X20X72x9.8X4.25：=326.5m7sZ-Q曲线图Z-Q的线图同理可求出当Z=23.5、24.5.25.5.26.3m时的下泄流量，如表:ZHP