水力计算实训报告

1、 溢流坝水力计算说明书基本资料：某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设溢流坝。溢流坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为1:0.7，上下游堰高相等，溢流坝共5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，由平面闸门控制。坝址附近河段较为顺直，断面为有主槽和边滩的台地形，主槽断面近似为矩形，并且断面变化较小，平均槽深为9.62m，平均宽度为52m。拟采用底流式衔接与消能形式。（1） 根据水利水电工程等级划分及防洪标准（SL252-2000）规定，本工程等级为五等，主要建筑物属于五级。（2） 水库水位：正常蓄水位：434.20m设计洪水位：435.00m 防洪限

2、制水位：432.00m（3） 五十年一遇设计洪水位对应的下泄流量为1250.00m3/s；（4） 百年一遇校核洪水的下泄流量为1400.00m3/s。（5） 坝址上下游河床高程均为405.0m。（6） 溢流坝轮廓尺寸如下图1所示（7） 河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。一 溢流坝下游河槽的水力计算由“基本资料”可知，溢流坝坝址处附近河段较为顺直，河槽按矩形断面计算。河道的比降i为0.001，糙率n为0.04，河槽宽度b为52m，河槽深度为9.62m。河槽的设计流量按五十年一遇的设计洪水位435.00m对应的下泄流量设计，即Q设为1250.00m3/s;坝址处下游河底的高程均为405

3、.0m。1. 计算水库在设计洪水位（五十年一遇）即下泄流量为Q设=1250.00m3时河槽正常水深的计算 河槽正常水深应按明渠均匀流计算，对矩形断面，各水力要素为： 过水断面面积: A=bh 过水断面湿周: x=b+2h水力半径： R=才系数： C=R1/6 断面平均流速： v=AC 河槽流量： v=AC河槽这一正常水深ht，要求采用试算法。计算： 当Q流=1250.00m3/s时，依据上述公式，河槽正常水深ht计算结果如表1所示：表1：水库设计洪水位时，河槽正常水深ht试算表。单位：m序 号水 深h面 积A湿 周x水力半径 R才系数 C流 速v流 量Q19.0468706.68634.314

4、2.8061313.10828.0416686.11833.8102.6451100.12838.5442696.40634.0702.7271205.27948.7452.469.46.51934.1692.7591248.08858.71452.9269.426.52434.1742.7601250.185由表1可知，河槽正常水深ht=8.71 则坝下游水位为：=河槽底高程+ht =405.00+8.71 =413.71 m2计算水库在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量为Q设=1400.00m3/s时河槽正常水深的计算 河槽这一正常水深ht，要求采用迭代法，即由上述各式解得正常水深ht的迭代

5、式为：h（j+1）=当Q=1400.00m3/s时，根据上述公式，河槽正常水深ht计算结果如表2所示：表2：水库校核洪水位时，河槽正常水深ht计算表。单位：m迭代次数12345hj0.008.309.289.389.39hj+18.309.289.389.399.39由表2可知：校核洪水位时，河槽正常水深ht=9.39m则坝下游水位为405.0+9.39=414.39m 3. 计算并绘制溢流坝下游河槽的“水位流量”关系曲线。 表3：溢流坝下游河槽的“水位流量”关系曲线计算表.注： 其中序号5点为：防洪限制水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号9点为：正常蓄水位时的坝下游河槽水深和对应的下

6、泄流量。序号11点为：设计洪水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号13点为：百年一遇水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号水深h面积A湿周x水力半径R才系数C流速v流量Q水位m1152540.96324.8430.77140.08940622104560.02513.5190.0687.03040733156582.69029.4831.529238. 54640844208603.46730.7561.811376.67840954.4238.860.83.7631.771.91437409.465260624.19431.7482.056534.56941076312644.8

7、7532.5542.273709.16341187364665.51533.2302.468898.26541297.5390675.8233.532.56998412.5108416686.11833.8102.6451100.128413118.71453696.5234.712.7591247.80413.71129468706.68634.3142.8061313.108414139.39488.2870.786.89934.4942.8651398.961414.391410520727.22234.7582.9541535.985415根据上表建立坐标，按比例绘制曲线.（二）确定溢

8、流堰的堰顶高程；设计溢流坝剖面根据“资料”，五十年一遇的设计洪水量为溢流坝的设计流量，即Q设为1250.00m3/s，其对应的设计洪水位为435.00m，溢流坝按实用堰流计算，并采用WES型实用堰剖面。1. 确定溢流坝坝顶高程已知溢流坝共设5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，堰顶设置平板闸门控制流量。 计算堰上设计水头Hd=6.12m堰上全水头 H0=采用WES型实用堰，并假定P/Hd1.33，则流量系数md=0.502，设堰为自由出流，即淹没系数=1.0， H0= = =6.2496 m 查表7.2得闸墩形状系数;查图7.9得边墩形状系数。因0

9、.781 按=0.78代入计算0.922 H0=6.15 m因1 按=0.769代入计算0.923 H0=6.15 m因1 按=0.768代入计算0.923此时，所求得的不变，为0.923。说明H0=6.15 m 已知上游河槽宽为52m，设计洪水位为435.00m，河床高程为405.00m，河槽断面近似为矩形，故上游过水断面面积为： A=52（435-405）=1560 m2m/s堰上设计水头 Hd=H0计算溢流坝坝顶高程 坝顶高程=堰上设计洪水位-Hd =435-6.12 =428.88 m2. 设计溢流坝剖面按资料溢流坝采用WES剖面如图 溢流坝剖面由上游垂直段AB，上游曲线段AO，下游曲

10、线段OC，下游直线段CD，下游反弧段DE组成。下游斜坡段CD坡度md=0.7 =55°59°堰的前沿即堰顶0点上游段BO采用三圆弧，其半径与水平尺寸确定如下：堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：R1=0.5Hd=0.56.116=3.058m X1=0.175Hd=0.1756.116=1.0703m R2=0.2Hd =0.26.116=1.2232 X2=0.276Hd=1.688m R3=0.04Hd=0.2446m X3=0.282Hd=1.7247m O点下游的曲线方程为： （）=0.5（） y=0.5=由已知得OC曲线段计算结果表4：0.512345670

11、.02980.10730.38670.81881.39412.10662.95173.9257 891010.5111213145.02586.24947.59448.31179.058710.640812.339214.152315161716.07918.118120.2685根据表4中数值可绘得堰顶下游曲线OC坡度md=0.7的下游直线段CD与曲线OC相切于C点，C点坐标XCYC可如下求得： 对堰面曲线求一阶导数 =X0.85=0.198X0.85直线CD坡度为： = 故有 0.198Xc0.85= Xc=10.226 Yc=7.915 坝下游反弧半径r按下式计算 r=（0.250.5）

12、（Hd+Zmax）式中上下游水位差Zmax=435413.71=21.29故 r=（0.250.5）（6.116+21.29）=6.8513.703 取r=8m 反弧曲线的上端与直线CD相切与D点下端与河床相切于E点，D点E点及反弧曲线圆心O点得坐标，可用作图法法或下面的分析法确定。 （1）反弧曲线圆心O点 X0=Xc+mx(P2y2)+rcot（） Y0= P2rP2为下游堰高X0=25.57m Y0=15.884m （2） E点 XE=X0=25.57m YE=P2=23.884m （3） D 点 XD=19.017m YD=20.47m根据上述计算结果可绘得堰剖面曲线图。（三）确定水库的

13、校核洪水位；计算水库在正常蓄水位防洪限制水位时的过堰流量；绘制水库(堰上)的“水位流量”关系曲线。（计算数据在表5中）1.确定水库的校核洪水位。已知流量为1400m3/s，计算堰上水头，先假定，可不考虑行进流速水头，；流量系数取为0.510，假定侧收缩系数为0.9.先按自由出流，取淹没系数1.0m查表得，闸墩形状系数为1.45，边墩形状系数为0.7把0.917代入公式重新计算m1.072查表可得1.015 即 m=0.509 和上面假定近似 所以假定成立。即堰上水头为6.590m2、求正常蓄水时的下泄流量已知正常蓄水位是434.20m,因为计算水头不等于设计水头，所以即434.20-428.8

14、6=5.34m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数 根据查表可得0.496=1011m3/s3、求防洪限制水位时的下泄流量已知防洪限制水位是432.00m,因为计算水头不等于设计水头，所以即432.00-428.86=3.14m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数 根据查表可得0.452=428m3/s4.绘制水库（堰上）“水位流量”关系曲线如图。（四）计算水库在正常蓄水位、防洪限制水位时溢流坝下游河槽的正常水深。表5 水库（堰上）与坝（堰）下游河槽“水位流量”关系曲线坐标表 单位：m序 号堰上水头H堰上水位河槽水深h1河槽水位流 量 Q备 注13.12432.004.4409.4439防洪限制水

15、位25.32434.207.5412.5998正常蓄水位36.12435.008.7413.71250设计(50年)洪水水位46.39435.279.39414.391400校核（100年）洪水水位（五）计算水库在正常蓄水位闸门关闭的情况下，每米宽溢流坝段上所受的静水总压力。净水总压力P=106798KN 作用点（压力中心）D=9.19m绘制静水压强分布图于溢流坝剖面图。（六）坝下消能设计。1.水流衔接计算坝址处hc计算公式为：公式中Eo=P1+Ho 其中P1=23.88m 堰上水头 Ho=H+Vo22g 查表8.1=0.9 采用迭代法计算水流衔接形式计算如下表6单位：m堰上水头H流量Q面积A

16、o流速Vo行进流速Vo22g堰上全水头Ho坝前断面总能量Eo单宽流量q收缩断面水深hc共轭水深hc下游水深ht水流衔接形式hc-ht3.1243914040.3130.0053.12527.0058.40.405.84.41.45.3299815180.6570.0225.34229.22219.20.908.77.51.26.12125015600.8010.0336.15330.03324.01.109.88.71.16.39140015740.8890.0406.43030.31026.91.2510.39.390.91根据表6计算结果证明，该坝水流衔接形式均发生远离式水跃，则需采取消能措施，采用挖深式消力池2.消力池设计及其计算（1）消力池设计流量的确定消力池设计流量由表6的计算结果确定消力池设计流