水力学综合练习计算说明书.docx

任务1

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设计，校核洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面曲线

一、引用资料

某水库是一宗以灌溉为主、结合防洪、发电的综合利用工程。设带平板闸门的宽顶堰开敞式河岸溢洪道。

水库设计洪水标准

工程等别为III等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为：

p=2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s；

p=0.1%校核洪水位为57.31米，泄量Q=313.60m3/s。

正常水位为52.52m，泄量125.61m3/s；汛前限制水位51.52米；

溢洪道的有关资料

宽顶堰堰顶高程49.00米，堰的相对高度为P/H=0米；

堰顶设两扇平板闸门，溢洪道共设2孔，每孔净宽6.6米，闸孔高

度为3.85m；

闸墩头为圆形，墩厚1.4米；边墩为半圆形，厚1.0m；混凝土糙率

可取n=0.012?0.015；

堰后设陡坡段，泄洪闸陡坡宽14.60米，陡坡分二段，第一段长38.53

米，i=0.258，第二段长17.55米，i=0.281；

陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米；

二、计算原理

（一） 方法：

先根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用分段求和法计算各坡段水面曲线。在此基础上，考虑掺气水深（v7m/s时）设计陡坡段边墙高（比掺气水深超高0.5米）。再按千年一遇洪水校核，即计算出校核洪水流量通过时陡坡段的水面曲线，将各断面水深与边墙高比较，若水深大于边墙高，则应加高边墙，若水深均小于边墙高，则原设计合理。

（二） 采用公式（参考《水力计算手册》或教材）

判别水面曲线型式：

收缩断面水深：h*e

式中

8，一一垂直收缩系数

共轭水深：h,,=七（1+虹-1）c2gh3

c

■aq23T

■aq2

3T

矩形断面临界水深：h=k

式中

a——动能修正系数，当水流为均匀流或渐变流时，一般可取

a=1.05?1.10，实际工程计算中，常取a=1.0

q 单宽流量，m3/s-m

aQ2

断面比能：E$-h+2gA2

水力半径：R=—

x

式中

A 过水断面面积，皿

湿周，m

1

谢才系数：C二一R1/6

n

式中

n——渠道糙率

A-

正常水深h0的试算： Q=-R2/34

式中

i——渠道底坡

流量模数：K2=A—（一-一）4/3

nb+m,h

其中m，=2、T+m

式中

m——边坡系数

三、计算过程：

1、水面曲线分析

⑴水平段（i=0）

1）判别水面曲线型式

先求闸下出流的收缩断面水深h，由于e= 385一-=0.6450.65,

cH（54.97-49.00）

故为闸孔出流，单宽流量--《水力学》律，

故为闸孔出流，

单宽流量

--

《水力学》律，=0.6735,h=e，e=0.6735X3.85=2.59m

251.40

2x6.6

=19.05(m3/s-m)

对应第二共轭水深h,,=L（1+您-1）=4.20mc2gh3c

假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9（hc,-七）=11.1血

在实际工程上一般认为h发生在距离闸门（0.5?1）e=（1.925?3.85）mc

的断面处，若：

水跃长度Lj=6.9（h,,-h）=11.11m+3e=22.66m水平段长度=20.685m，故不发生水跃。

计算临界水深

而hc=2.59mh广3.33m，在平坡（i=0）渠道中，不能形成均匀流，所以只有b

区和c区。

所以c区水面线为七型雍水曲线。

第一流段的末端水深计算

本流段的水深为h1=2.59(m),h2=2.6(m)

①计算E

①计算Es1、

气2、AEs

下游断面上游断面气=bh2=13.2X2.6=34.3(m2)

下游断面

上游断面

E-h+aQ2 oj251.42

Es2-h2+斯7皿6+2x9.8x34.32二5.3377(m)2

A1=bh1=13.2X2.59=34.188(m2)

E=h+^^^=2.59+——2514——=5.3488(m)s1 1 2gA2 2x9.8x34.1882

1

则两断面的断面比能之差为

AEs=Es2-Es1=5.3377-5.3488=-0.0111（m）

②计算平均水力坡降J

水面线为b2型降水曲线，