水力学综合练习指导书文档格式.docx
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?
------流速系数：
1/?
L式中：
∑ζ------进口段局部阻力系数之和
闸孔宽b，闸孔高a（见附图二）是待定量，设计中常假设b、a来计算Q，直到Q等于设计流量为止。
表一闸孔尺寸计算表
1
计算结果：
a*b=
校核：
Q
选定结果：
2．喇叭口曲线确定
为了减小进口水损，压力进口段作成椭圆形曲线，曲线方程为：
x2y2
2?
12ba
a------洞高（前面的计算结果）；
b------曲线短半轴b=a/3。
表二进口曲线坐标值计算表
进口两侧边墙作成圆弧形，其半径为r=a/2。
喇叭口示意图见附图三。
（二）取水口工作特性曲线的绘制
为了在运行管理中控制流量，要求绘制在不同开度e下水库水位Z（或水头H）和流量Q的关系曲线（即取水口工作特性曲线）。
闸孔泄流仍按自由出流计算：
f
λf------相应于闸门下收缩断面的流速水头的沿程损失系数，
La?
e2LAc2（）?
a（）?
f?
4RA4Raa
a?
8g2Ca
进Σζ=（ζ
ζ
门+2ζ门槽）（?
ea）2+ζ门------闸门损失系数2
表三不同开度的?
值计算表
表四不同e不同H闸孔的过流能力Q值计算表（单位m3∕s）
2闸后平台扩散段，闸后消能及无压隧洞水力计算
一、已知数据
1．隧洞用浆砌条石砌筑，采用标准门洞形断面，底坡i=1/1000，糙率n=0.02；
2．浆砌条石抗冲允许流速V不冲=5m/s；
3．按地形条件可知隧洞长度约为400米；
4．按工程要求库水位Z=690.00m时，Q≥24m3/s，故设计流量按在水位Z=710.00m时，为Q=30m3/s计算。
因无压隧洞流速较进口段流速小得多，其过水断面宽度将大于闸孔宽度，为保证水流平顺进入隧洞，二者间拟用渐变段连接（进口段至隧洞的平面布置见附图四）
（一）无压隧洞
1．无压隧洞断面尺寸拟定
无压隧洞内水流为均匀流，断面按明渠均匀流设计。
断面宜做成窄深式，取高宽比β=1~1.5,上半部圆形拱的半径r=b/2。
2．流速校核
通过设计流量时的流速V应小于V不冲。
3．尺寸确定
据暂行规范对低流速无压隧洞净空的要求，净空断面积应大于隧洞面积的15%，净空高度&
gt;
40㎝。
（二）闸后扩散段
1．尺寸拟定
因闸孔宽与隧洞宽度不同，需设置一渐变段与隧洞连
接，渐变段底坡拟采用平底坡（i=0）。
3
为避免高速急流脱离边界及冲击波影响水流的稳定，渐变段直线边墙的扩散角宜控制在4°
~8°
内，渐变段长度L1用下式计算。
1（b2?
b1）L1?
tg?
b1------闸孔宽；
b2------隧洞宽；
θ------扩散角。
扩散段进口距闸后3e（e------闸门开度）。
2．扩散段末端水深计算
扩散段进口水深为闸后收缩断面水深hc，但末端水深因其进口有一水面跌落而小于进口水深。
因扩散段渠宽沿程变化，故扩散段末端水深h末按非棱柱体渠道分段求和法计算。
计算流量Q从小到大直至设计流量（从工作特性曲线上可查出各级流量的相应闸孔开度），计算表见五。
（三）闸后消能计算
1．消力池的工作条件
从闸孔泄水一般都是高速水流，闸后需设消力池。
取水口在实际运行时，水头和流量都随时发生变化，为使消力池能适应任何条件下的消能要求，必需确定哪些条件对消力池不利，也就是什么条件下需要的消力池最大。
从运行水位来看，很明显库水位愈高，闸下流速愈大，要求的池身也大。
但消力池最大深度不一定发生在最大流量下，因而应对各种流量进行计算。
综上所述，计算池深度考虑的工作条件是：
①库水位为正常蓄水位710.00m（H=25m）;
②流量Q从小到大直至设计流量。
2．池身计算
用近似公式计算S=ζhc″-ht
ζ=1~1.05
S------各级流量下挖深式消力池深度；
ht------无压隧洞中水深，ht=hc?
;
″h------各级流量下的跃后水深，由下式计算：
h2h?
（?
8Fr1?
1）2
ˊh------各级流量下的跃前水深，因各级流量下斜坡上的水流4
均为急流，其流速变化不大，故可取扩散段末端水深h末为斜坡段末端水深hˊ（即跃前水深hˊ=h末）。
表五各级流量下扩散段末端水深h末计算表
表六水位Z正=710.00m各级流量下跃后水深h″计算表
表七隧洞中各种流量下正常水深h
（即h）计算表
据上述计算结果选定消力池尺寸。
3隧洞与明渠衔接渐变段及渠道断面尺寸
1．本工程明渠线路经过密实粘土，结合地形条件，拟选择渠底坡i=1/5000，渠道不衬砌，粘土允许流速V不冲=0.75~0.95，边坡系数m=1.5（或1.25）,n=0.0225;
2．设计流量Q=30m3/s；
3．明渠全长L6=2000m；
（一）渠道断面尺寸拟定
按均匀流设计，选渠道宽高比β=7。
（二）隧洞与渠道渐变段设计
1．渐变段长度计算
为保证水流平顺流入渠道，隧洞与渠道间宜设渐变段连接。
其渐变段长度由下式计算
1（B2?
B1）
L5?
5
B1------隧洞水面宽
B2------渠道水面宽
1?
r3gr
------隧洞与渠道断面平均流速的平均值；
h------隧洞与渠道正常水深的平均值。
2．渐变段进出口底板高程的确定
由于隧洞和渠道的断面形状、尺寸不一样，为保证通过设计流量时，隧洞和渠道中保持均匀流，而不致产生较大壅水或降水，渐变段底板高程沿流程变化（渐升或渐降）。
其底板的升高或降低值可由下式计算：
V?
V2?
（h01?
h02）?
（1?
1）2g
h01------隧洞正常水深；
h02------渠道正常水深；
ζ------渐变段的局部阻力系数。
据参考书（三）可取
为ζ=0.5，隧洞与渠道连接渐变段附图五。
4渡槽的水力计算
渠道在桩号2+000至2+200间遇一溪谷，拟用渡槽连接。
1．渡槽长L=200m，底坡i═1?
500；
2．渡槽采用矩形断面，用浆砌条石砌筑，n=0.02；
3．槽身边墙不宜太高，拟限定槽内水深h=2.5m，允许流速V不冲=2~6m/s；
（一）槽身断面尺寸拟定
按均匀流设计
（二）进出口渐变段的水力计算
1．进口渐变段计算
进口渐变段长度L，由下式计算
L=2（Bmax-Bmin）
Bmax------渐变段中水面宽度最大值；
622
Bmin------渐变段中水面宽度最小值
坡度高程变化值▽
2v2?
v12▽=（h01-h02）-（1+ζ1）（）2g
h01、h02------分别为上、下游渠槽中正常水位；
ζ1------据参考书（三）取ζ1=0.2。
2．出口渐变段计算
长度L由下式计算
L=2.8（Bmax-Bmin）
式中各项意义同上。
底板高程变化值▽
2v12?
v2▽=（h02-h01）-（1-ζ2）（）2g
ζ------据参考书（三）取ζ2=0.5；
其余各项意
义同前。
5陡槽的水力计算
1．渠道经4+220桩号处有一陡坡地段，据地形条件，确定
陡槽底坡为i=1/10，陡槽斜坡段长度L=100m；
2．陡槽中流量Qmax=30m3/s，Qmin=24m3/s；
3．陡槽断面为矩形，由混凝土砌筑，n=0.017；
水流自然跌落时，上游渠道将发生水面降落，渠内流速增大，可能造成冲刷，为保证上游渠道为均匀流，陡槽进口在平面上采用八字形翼墙收缩。
收缩段底板为平底（i=0），收缩段长度δ=10m，如2.5H&
lt;
δ&
10H，则可按宽顶堰计算收缩段末的宽度b（即陡槽宽度）。
槽身及消力池平剖面见附图六。
（一）槽身水力计算
1．陡槽进口水深为临界水深hk；
2．陡槽内正常水深计算；
3．陡槽水面曲线（b2型降水曲线）计算（列表进行）；
4．陡槽末端水深计算；
5．陡槽末端掺汽水深计算；
掺汽水深由下式计算
7
ha?
h末
h末------陡槽末端水深；
β------由霍尔公式得：
1
V2
K
gR
取K=0.005；
V------陡槽末端断面平均流速；
R------陡槽末端断面水力半径。
（二）陡槽出口消能计算
1．水流衔接计算如为远驱水跃则需建消力池；
2．池深计算；
3．池长计算。
6溢洪道水力计算
1．溢洪道设计洪水流量Qp=800m3/s，此时下游水位Z下
=680m；
2．溢洪道下游最低尾水位Z下min=677m，下游河床高程Z河底=675m；
3．溢洪道单宽流量q=20m3/s.m；
4．下游河床岩石坚硬，但完整性较差。
（一）确定溢洪道上游设计洪水位Z设洪；
1．溢洪前缘长度b；
2．堰顶水头H，堰剖面采用WES剖面；
3．上游设计洪水位Z设洪，Z设洪=Z堰顶+H
Z堰顶------堰顶高程，取Z堰顶=Z正（正常高水位）
（二）挑流消能计算
1．基本数据计算挑射角采用30o，上游库水位为设计
洪水位；
2．冲刷坑深度T计算T=KqZ?
ht；
8
3．空中挑距L0，水下挑距L1及总挑距L计算
据已知及计算所得数据，用下列公式写出不同鼻坎高度a与总挑距L的关系式，并列表进行计算。
S1=Z设洪-Z鼻坎；
L=L0+L1
4．鼻坎高程Z鼻坎确定（据上述计算结果确定）；
5．冲刷坑后坡校核i=T/L；
6．反弧半径r的确定：
初设可由下式确定r=（4~10）hc
hc-----坎上收缩水深，由下式试算而得：
Eq2
0?
hc?
2g?
2h2
c
7．绘出溢流坝剖面图。
9
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