跌水计算书

跌水计算书

项目名称_____________日 期_____________ 设 计 者_____________校 对 者_____________

一、计算简图：

二、基本设计资料

1．依据规范及参考书目： 《水闸设计规范》 （SL265-2001） 《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》 （SL482-2011） 武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版） 《给水排水设计手册(第7册)城镇防洪》 建筑工业出版社，以下简称《手册》 《跌水与陡坎》 （刘韩生等著，中国水利水电出版社） 2．计算参数： 跌水设计流量Q ＝ 5.400 m3/s；跌水级数n ＝ 3级 上游渠底高程▽上游渠底 ＝ 100.000 m 下游渠道水深ht ＝ 1.300 m 上游渠道行近流速vo ＝ 0.000 m/s；动能修正（不均匀）系数α ＝ 1.050 消力池末端水跃安全系数σ ＝ 1.050 消力坎上第二流量系数M ＝ 1.860 末级消力池型式：挖深式消力池 进水口淹没系数σs ＝ 1.000 进水口型式：矩形缺口 进水口侧向收缩系数ε ＝ 0.900 矩形缺口宽度bc ＝ 3.000 m 3．跌水消力池参数： 级数 1 2 3 跌高（m） 2.5 2.5 2.5 池首宽（m） 池末宽（m） 断面型式 3 3 矩形 3 3 矩形 3 3 矩形 池首坡比 -- -- -- 池末坡比 -- -- -- 三、跌水口水力计算

矩形缺口计入行近流速的进水口水深Ho ＝ [Q/（ε×σs×M×bc）]2/3

式中ε —— 侧收缩系数，一般采用0.85～0.95； M —— 宽顶堰的第二流量系数，取为1.62； bc —— 矩形缺口宽度，m； σs —— 进水口淹没系数，一般取1.0。

Ho ＝ [5.400/（0.900×1.000×1.620×3.000）]2/3 ＝ 1.151 m 进水口水深H ＝ Ho－α×vo2/2/g

H ＝ 1.151－1.050×0.0002/2/9.81 ＝ 1.151 m

四、第一级跌水计算

1．消力池共轭水深计算： 该级跌水跌深P＝2.500m，采用降低渠底形成消力池，假定坎高C＝0.800 To ＝ Ho ＋ P ＋ C ＝ 1.151＋2.500＋0.800＝4.451 m 跃前水深h1可由下式确定： To ＝ h1 ＋ Q2 / （2 g φ2 ω12） 式中φ —— 跃前断面流速系数，与跌水壁高度有关，可由《手册》表8.6查得； ω1 —— 跃前断面水流面积，m2； 经试算得到跃前水深h1 ＝ 0.219 m 跃后水深h2可由平底沟渠上水跃基本方程试算得到： αo×Q2/g/ω1＋y1×ω1 ＝ αo×Q2/g/ω2＋y2×ω2 式中αo —— 动能修正（不均匀）系数，取值在1.0～1.1之间； ω1 —— 跃前断面水流面积，m2； y1 —— 跃前水流断面重心离水面的深度，m； ω2 —— 跃后断面水流面积，m2； y2 —— 跃后水流断面重心离水面的深度，m。 经试算得到跃后水深h2 ＝ 1.631 m 2．消力坎上水头计算： 消力坎上过流量按隆起的宽顶堰计算： 台堰高度为消力坎高度，a ＝ C ＝ 0.800 m 矩形断面Q ＝ ε×σs×M×bc×Ho3/2 式中ε —— 侧收缩系数，消力池中不考虑侧向收缩，取1.0； M —— 宽顶堰的第二流量系数； bc —— 矩形断面消力池底部宽度，m； σs —— 淹没系数，中间消力池取1.0。 试算确定进水口水深H，假定H ＝ 0.912 m 消力坎前的行近流速v2 ＝ Q / ω2 ＝ 5.400 / 4.893 ＝ 1.104 m 计入行近流速的进水口水深Ho ＝ α×v22/2/g＋H ＝ 1.050×1.1042/2/9.81＋0.912 ＝ 0.977 m 消力坎上第二流量系数M ＝ 1.860 Q' ＝ 1×1×1.860×3.000×0.9773/2 ＝ 5.390m3/s 当H＝0.912时，计算流量Q'＝5.390≈Q＝5.400，故H＝0.912m即为所求 3．消力坎高度计算： 消力坎高度C按下式计算： C ＝ σ × h2 － H

式中σ —— 淹没安全系数，可在1.05～1.1之间取值； h2 —— 第二共轭水深，即跃后水深，m； H —— 消力坎上水头，不包括消力坎前行近流速在内，m； C' ＝ 1.631 × 1.050 － 0.912 ＝ 0.800 m C'＝0.800≈C＝0.800，故C＝0.800m即为所求 4．消力池长度计算： 消力坎长度L按下式计算： L ＝ L1 ＋ 0.8L2 式中L1 —— 水舌射流长度，m； L2 —— 水跃长度，m。 水舌射流长度L1按有垂直跌水的宽顶堰计算，公式如下： L1 ＝ 1.64 × [Ho × （P ＋ 0.24 Ho）]1/2 式中Ho —— 堰上总水头，m； P —— 算至消力池底的跌水高度，m。 L1 ＝ 1.64×[1.151×（2.500＋0.800＋0.24×1.151）]1/2 ＝ 3.327 m，取L1 ＝ 3.300 m 水跃长度L2按下式计算： 当1.7 < Fr ≤ 9.0时： L2 ＝ 9.5 × h1 × （Fr1 － 1） 当9 < Fr < 16时： L2 ＝ h1 × [8.4 × （Fr1 － 9） ＋ 76] 式中Fr1 —— 跃前断面的佛汝德数，可由下式算得： h2 ＝ 1 / 2 × h1 × [（1 ＋ 8Fr12）1/2 － 1] 将h1 ＝ 0.219，h2 ＝ 1.631代入上式算得Fr1 ＝ 31.468 L2 ＝ 9.5×0.219×（5.610－1） ＝ 9.588 m 取L2 ＝ 9.500 m L ＝ 3.300 ＋ 0.8 × 9.500 ＝ 10.900 m

五、第二级跌水计算

1．消力池共轭水深计算： 该级跌水跌深P＝2.500m，采用降低渠底形成消力池，假定坎高C＝0.770 To ＝ Ho ＋ P ＋ C ＝ 0.977＋2.500＋0.770＝4.247 m 跃前水深h1可由下式确定： To ＝ h1 ＋ Q2 / （2 g φ2 ω12） 式中φ —— 跃前断面流速系数，与跌水壁高度有关，可由《手册》表8.6查得； ω1 —— 跃前断面水流面积，m2； 经试算得到跃前水深h1 ＝ 0.224 m 跃后水深h2可由平底沟渠上水跃基本方程试算得到： αo×Q2/g/ω1＋y1×ω1 ＝ αo×Q2/g/ω2＋y2×ω2 式中αo —— 动能修正（不均匀）系数，取值在1.0～1.1之间； ω1 —— 跃前断面水流面积，m2； y1 —— 跃前水流断面重心离水面的深度，m； ω2 —— 跃后断面水流面积，m2； y2 —— 跃后水流断面重心离水面的深度，m。

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