水力学综合计算说明书

水力学综合计算说明书

学校：广东水利电力职业技术学院 系别：水利系 班级：施工监理2班 姓名：黄荣基 学号：110317211 指导老师：杨栗晶

目录

资料……………………………………………………………..3 任务一 …………………………………………………………………4

1.水面曲线分析……………………………………………………...5 (1)水平段（i=0）…………………………………………………5 (2)第一陡坡段（i=0.258）……………………………………….7 (3)第二陡坡段（i=0.281）……………………………………….10 2.边墙高设计……………………………………………………….11 3.校核……………………………………………………………….13 4.陡坡段纵剖面水面曲线图………………………………………16

任务二 ……………………………………………………………….18

1.绘制Z-e/H-Q关系曲线………………………………………..19

Z-e/H-Q关系计算 …………………………………………19 2.绘制Z-Q关系曲线……………………………………………..21 3.绘制堰流Z~Q关系曲线………………………………………..21 堰流Z~Q关系曲线图……………………………………….23

任务三………………………………………………………………..25

溢洪道下游挑流式消能计算……………………………………..25

任务四……………………………………………………………….28

输水涵管过流量计算……………………………………………..29 输水涵管过流量计算表…………………………………………..30

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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。

1. 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=313.60 m3/s。

1、正常水位为52.52m，泄量125.61 m3/s ；汛前限制水位51.52米；输水涵管有关资料

输水涵管主管长147米，直径1.50米；灌溉支管长80米，直径1.00米；发电支管长47米，直径0.80米。涵管进口底高程34.50米，出口底高程34.50米；灌溉支管出口高程27.50米，下游尾水位30.40米。 (糙率n=0.012) 局部水头损失系数：

⑴ 进口拦污闸ξ=0.693 ⑵ 进 口 ξ=0.50 ⑶ 弯 管 ξ=0.40 ⑷ 渐变段 ξ=0.25 ⑸ 闸 阀 ξ=0.20 ⑹ 闸 槽 ξ=0.10 4.其他资料

溢洪道下游河床高程为25.00米；

水库水位～容积～泄量关系（见表1）；溢洪道下泄流量～下游水位关系（见表2）；起挑流量为Q=37.23m3/s；河道糙率n=0.033；下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数k=1.6;水库下游无防洪任务。

闸门运用情况：洪水来临，用闸门控制下泄流量等于进库流量，保持汛前限制水位不变；当闸门底提升到汛前限制水位51.52米时，闸门全开。

3

任务一：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。

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（ν>7m/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。

判别水面曲线型式：

A2/3Q?Ri 正常水深h0的试算：

nA R?

x 矩形断面临界水深 ： hk?3?q2g

已知该水库工程等别为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：

（1)水面分析： p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s；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, 从图中可以得知该泄洪闸的高程为49m.

因此 h=54.97-49=5.97（m) e=3.85(m) e/H=3.85/5.97=0.64<0.65，故为闸孔出流 查《水力学》书中得垂直收缩系数??=0.672， 所以

hc???e=0.672*3.85=2.595(m)

单宽流量q=Q/B=251.40/13.2=19.05(m3/s)

hc8??q2???hc(1??1）3则其的共轭水深：=2.59/2*（（1+8*1*19.052/2ghc（9.8*2.593））1/2-1）=4.33（m）

4

???hc)=6.9*（4.33-2.59）=12.01假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9(hc（m），但是在实际工程中一般认为hc发生离闸门（0.5~1）e的断面处，则实际水跃的位置为13.935m~15.86m<水平段长度（20.685m），故发生水跃。

计算临界水深hk：根据矩形断面渠道临界水深hk的计算，其水面宽度与底宽

相等，即B=b=13.2m

hk?3?q2g21*19.05?3?3.33（m）

9.8 a—为动能修正系数，一般取1.0 q—为单宽流量

水面类型：

根据以上条件，加上该段为平坡，hc=2.595m，hk=3.33m，hc

以闸后断面为控制断面向下游推算，将渠道分成5段。已知1-1断面水深h1=2.595m，h2=2.625m，h3=2.638m，h4=2.668m，h5=2.693m，根据已知渠道全长（即L=20.685m），其中n取0.015。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断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.595m，断面2--2=2.625m 下游断面 A2=bh2=13.2*2.625=34.65（m2） V2=Q/A2=251.4/34.65=7.255（m2）

Es2=h2+ɑv2/2*g=2.625+7.2552/(2*9.8)=5.31（m） 上游断面 A1= bh1=13.2*2.595=34.188（m2） V1=Q/A1=251.4/34.188=7.353（m2）

Es1=h1+ɑv1/2*g=2.595+7.3532/(2*9.8)=5.349（m） 则两断面的断面比能之差为

?ES=ES2-ES1=5.349-5.31=0.039（m）

计算其平均水力坡降J，采用 J=1/2（J1+J2),J=v/(C*R)计算

--2

2

下游断面 X2=b+2h2=13.2+2*2.625=18.45（m）

R2=A2/X2=34.386/18.41=1.878（m）

5

C2=1/n*（R21/6)=1/015*（1.8681/6)=74.05（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=7.3112/(73.9832*1.868)=0.0051116851 上游断面 X1=b+2h1=13.2+2*2.59=18.38（m） R1=A1/X1=34.188/18.38=1.86（m）

C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.861/6）=73.931（m1/2/s） J1=v11/(C12*R1)=7.3532/(73.9312*1.86)=0.0053185685 平均水力坡降

J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0053185685+0.0051116851）=0.005215127

所以流段长度

?L=?Es/（i-－J-）=0.039/（0-（-0.005215127））=7.30158701（m） 因为在图中可以得知该流段总长∑?L=20.685m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--1

由表可以得知5--5断面的水深为2.693m

6

陡坡段水面曲线计算

第一陡坡段（i=0.258）

①判断水面曲线型式

A2/3i，计算出相应 先假设一系列的正常水深h0值，代入天然河道公式Q?Rn的流量Q值。根据水深和流量值绘出h0~Q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h0.

根据已知条件，用明渠均匀流公式进行试算，例

A2/3i 由 Q?Rn 其中面积 A=bh=14.6*0.62= 9.052（m2）

湿周 X=b+2h=14.6+2*0.62=15.84（m） 水力半径 R=A/X=0.072/14.12=0.571（m）

谢才系数 C=1/n*（R^1/6)=1/0.015*(0.43^1/6)=60.73（m1/2/s） 流量 Q?A2/3Ri=6.072/0.015*0.432/3*0.258^0.5=230.624（m3/s） n 设h0=0.62m、0.64m、066m、0.68m、0.7m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，如下表1--2。 第一陡坡正常水深试算表1--2 h（m） A（m2） X（m） R（m） C（m1/2/s） 0.62 9.052 15.84 0.571 60.73051569 0.64 9.344 15.88 0.588 61.02706207 0.66 9.636 15.92 0.605 61.31513596 0.68 9.928 15.96 0.622 61.59520257 0.74 10.804 16.08 0.672 62.39146205 由表数据绘出h0~Q曲线，如图1--1所示

Q（m3/s） 211.0843577 222.1806902 233.4808168 244.9813086 280.6524623 7

如图所示。根据设计流量Q=251.40m3/s，在曲线上的渠道正常水深h0=0.692m 单宽流量 q?Q3

=251.4/14.6= 17.219（m/s） b2aq2317.219 临界水深 hk?3==3.115（m）

9.8g因为hk> h>h0, 而且渠道为陡坡,故水曲线为B2型降水曲线

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h1=2.693米，

假定h2=2.2.685m、h3=2.612m、h4=2.575m、h5=2.476m，根据已知渠道全长（即L=38.531m）。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断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.719m，断面2--2=2.555m 下游断面 A2=bh2=14.6*2.685=39.201（m2） V2=Q/A2=251.4/39.201=6.41(m2）

Es2=h2+ɑv22/2*g=2.685+6.412/(2*9.8)=4.783（m） 上游断面 A1= bh1=14.6*2.693=39.318（m2） V1=Q/A1=251.4/39.318=6.394（m2）

Es1=h1+ɑv12/2*g=2.693+6.3942/(2*9.8)=4.779（m） 则两断面的断面比能之差为

?ES=ES2-ES1=4.783-4.779=0.00445（m） 计算其平均水力坡降J，采用 J=1/2（J1+J2),J=v/(C*R)计算

--2

2

下游断面 X2=b+2h2=13.2+2*2.685=19.97（m）

R2=A2/X2=39.201/19.97=1.963（m）

8

C2=1/n*（R21/6)=1/0.015*（1.9631/6)=74.598（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=6.412/(74.5982*1.963)=0.0037649568 上游断面 X1=b+2h1=14.6+2*2.693=19.986（m） R1=A1/X1=39.318/19.986=1.967（m）

C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.9671/6）=74.625（m1/2/s） J1=v11/(C12*R1)=6.3942/(74.6252*1.967)=0.0036267032 平均水力坡降

J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0037649568 +0.0036267032）=0.0037317873

所以流段长度

?l=?Es/（i-－J-）=0.017/（0.258-0.0037317873）=1.187（m）

因为在图中可以得知该流段总长∑?L=38.531m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--3

由表1--3可以得知5--5断面的水深为2.476m

9

第二陡坡段（i=0.281)

①判别水面曲线类型

其计算方法与第一陡坡段计算方法一样，其试算如下表1--4所示： 第二陡坡正常水深试算表1--4 h（m） A（m2） X（m） R（m） C（m1/2/s） 0.62 9.052 15.84 0.571 60.73051569 0.64 9.344 15.88 0.588 61.02706207 0.66 9.636 15.92 0.605 61.31513596 0.68 9.928 15.96 0.622 61.59520257 0.7 10.22 16 0.639 61.86768892 由表数据绘出h0~Q曲线，如图1--2所示

Q（m3/s） 220.2923208 231.8726996 243.6657626 255.6679311 267.8757534

如图所示。根据设计流量Q=251.40m3/s，在曲线上的渠道正常水深h0=0.674m 单宽流量 q?Q=251.4/14.6= 17.219（m3/s） baq2 临界水深 hk?3=(17.2192/9.8)1/3=3.115（m）

g 因为hk> h>h0, 而且渠道为陡坡,故水曲线为B2型降水曲线 ②、用分段求和发计算水面曲线

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h1=2.476m，假定h2=2.468m、h3=2.455m、h4=2.425m、h5=2.395m，根据已知渠道全长（即L=17.55,m）。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断面和2-2断面为例计算，计算断面1--1=2.49m，断面2--2=2.468m 下游断面 A2=bh2=14.6*2.468=36.033（m2） V2=Q/A2=251.4/36.033=6.977(m2）

Es2=h2+ɑv2/2*g=2.468+6.9772/(2*9.8)=4.952（m） 上游断面 A1= bh1=14.6*2.476=36.15（m2）

10

V1=Q/A1=251.4/36.15=6.954（m2）

Es1=h1+ɑv1/2*g=2.476+6.9542/(2*9.8)=4.944（m） 则两断面的断面比能之差为

?ES=?ES2-?ES1=4.952-4.944=0.008（m） 计算其平均水力坡降J，采用 J=1/2（J1+J2),J=v/(C*R)计算

--2

2

下游断面 X2=b+2h2=14.6+2*2.468=19.536（m）

R2=A2/X2=36.033/19.536=1.844（m）

C2=1/n*（R21/6)=1/0.015*（1.8441/6)=73.828（m1/2/s） J2=v22/(C22*R2)=6.9772/(73.8282*1.1.844)=0.0048421015 上游断面 X1=b+2h1=14.6+2*2.476=19.552（m） R1=A1/X1=36.15/19.552=1.848（m）

C1=1/n*（R11/6)=1/0.015*（1.8481/6）=73.857（m1/2/s） J1=v11/(C12*R2)=6.9152/(74.7132*1.9812)=0.0047953796 平均水力坡降

J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.0047953796 +0.0048421015）=0.004818741

所以流段长度

?L=?Es/（i-－J-）=0.0147/（0.281-0.004818741）=1.665（m）

因为在图中可以得知该流段总长∑?L=28.052m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--5

11

由表可以得知5--5断面的水深为2.384m

边墙高计算：

按50年一遇洪水流量，当断面平均流速v>7m/s时，需考虑掺气水深，在此基础上来设计边墙。

hih?c?0.70lg?0.826 掺气水深 a a1/51?caq?h 陡槽的边墙高度：H?ha?安全超高 已知各断面水深h、流速v、水利半径R，可求出个断面边坡高墙高度。 第一陡坡段（i=0.258）

已知1-1断面高度h1=2.693m、v1=6.394m2/s、R1=1.967m

因为v1<7m/s，所以不用考虑安全超高，故边墙高度为H=h=2.693m

同理，可求出2-2、3-3、4-4、5-5断面边坡墙高度，如表1--6所示

第一陡坡边墙高度1--6

断面 1--1 2--2 3--3 4--4 5--5 h（m） A(m2) 2.693 2.685 2.612 2.575 2.476 R（m） C(m1/2/s) v(m2/s) hX（m）（am) 74.625 74.598 74.347 74.217 73.857 6.39 6.41 6.59 6.68 6.95 0 0 0 0 0 H(m) 2.693 2.685 2.612 2.575 2.476 39.317 19.97 1.967 39.201 19.97 1.963 38.135 19.82 1.924 37.595 19.75 1.904 36.149 19.55 1.849

12

第二陡坡段（i=0.281）

以断面4--4为例计算如下： ca?0.70lgiq1/5?0.826=0.7*lg

17.220.258+0.826=0.2411

1/5

ha?h1?ca=2.425/（1-0.2411）=3.19（m）

其余各断面的边墙高度计算结果列于下表1--7中：

第二陡坡边墙高度1--7

断面 1--1 2--2 3--3 4--4 5--5 6--6 7--7 8--8 h（m） A(m2) X（m） C(m1/2/s) 2.476 36.150 36.150 73.857 2.468 36.033 36.033 73.828 2.455 35.843 35.843 73.779 2.425 35.405 35.405 73.666 2.395 34.967 34.967 73.551 2.375 34.675 34.675 73.474 2.355 34.383 34.383 73.395 2.348 34.281 34.281 73.368 R（m） 1.849 1.844 1.837 1.820 1.803 1.792 1.781 1.777 v(m2/s) 6.954 6.977 7.014 7.101 7.190 7.250 7.312 7.334 Ca 0 0 0.267 0.267 0.267 0.267 0.267 0.267 ha 0 0 3.347 3.306 3.265 3.238 3.211 3.201 H(m） 2.476 2.468 3.847 3.806 3.765 3.738 3.711 3.701 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2.693m，2.476m及下游墙高3.847和3.701mm,

3、按校核洪水量校核边墙高

按千年一遇洪水泄流量Q=313.6米3/秒计算出各坡段水面曲线，计算方法同前。 第一陡坡段如表1--8所示：

13

第二陡坡段如表1--9所示：

14

其掺气水深为表1--10和表1-11，如下所示：

依表可知，千年一遇渗气水深均高于其相对应边墙高度如： 一陡坡：h1渗=3.987m>h1墙=2.693，h5渗=3.792>h5墙=2.476m

二陡坡：h1渗=3.907m>h1墙 =2.476，h5渗=3.772>h5墙=3.701，

综合以上所述，该边坡应该按照千年一遇掺气水深的高度的基础上再增高1m，即H边=Hmax+1=3.987+1=4.987（m）观察两个掺气高度相差无几，所以统一按照5m的边墙高度来进行设计，方可满足要求。

15

1kN1坡长（0.281）28.509mN1N24、绘制陡坡段纵剖面水面曲线图

坡长(0.258)38.618m5(1)16

K陡坡段纵剖面水面画线图N2

边墙高度线5m5(1)坡长(0.258)38.618m坡长（0.281）28.509m17

4边墙设计图

任务2. 绘制正常水位至汛前限制水位～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。 计算原理（二）

（一）方法：先分析资料，正常高水位系指为满足设计的兴利要求，设计枯水年开始供水时应蓄到的水位；汛前限制水位指水库在汛前期允许兴利蓄水的上限水位。绘制正常水位至汛前限制水位前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线时，下泄流量由闸门控制，其值等于进库流量，流量计算按闸孔出流考虑。而绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线时，闸门底提升到汛前限制水位51.52米时，闸门全开, 闸孔高度为e=3.85m。由于设有胸墙，若为堰流，胸墙对水流有局部约束，故要计算e/H判别是闸孔出流还是堰流，若e/H≤0.65按闸孔出流计算，e/H＞0.65按堰流计算。 （二）所用公式（参考《水力计算手册》或教材）

1.绘制 z～

e～Q关系曲线 H计算闸孔出流流量公式 Q=?be2gH 其中 ??0.6?0.18式中 Q—闸孔出流流量(m3/s) ?—流量系数

b— 过水净宽 (m) e— 闸门开度 (m)

H—上游堰顶作用水头（m）

2. 绘制Z～Q关系曲线

闸孔出流流量公式Q=?be2gH 堰流流量公式 Q??s?mB2gH02

其中 ??1?0.2[?k?(n?1)?0]式中 ?s——淹没系数

?——侧收缩系数 ?k─边墩形状系数

18

3e HH0 nb3?m?0.36?0.01PH1.2?1.5PH

?0─闸墩形状系数 m——流量系数 b－每孔的净宽（m） B——过水净宽（m） H0——上游堰顶总水头（m）

1.绘制Z-e/H-Q关系曲线

(1)Z-e/H-Q关系计算

已知断面正常水位为52.52m，泄洪量125.61m3/s，汛前限制水位为125.61m，现假设e/H=0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.65时，计算方法如下： 当e/h=0.15， 正常水面高度Z=52.52m时，H=52.52-49=3.52m，

故e=e/h*H=0.15*3.52=0.528m，?0=0.60-0.18e/h=0.6-0.18*0.15=0.573 Q=?0be2gH=0.573*14.6*0.528*2*9.8*3.52=36.689（m3/s） 同理可算出水位为52.25m、51.85m、51.65m、51.52m时的下泄流量如下表2--1所示

19

正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线计算表2--2如下所示。

2、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关系如下图2--1所示：

20

Z-e/H-Q关系曲线图2--1

3、绘制汛前限制水位以上水库水位（Z)~下泄流量(Q)的关系曲线

（1）闸孔出流Z~Q关系曲线计算

由于e/H≤0.65按闸孔出流计算，现将e设为3.85m不变，由Z=54m计算到Z=57.31m。

当Z=55.00m时

H=Z-49.00=55.00-49.00=6m e/h=3.85/6=0.64 ?=0.6-0.18 Q=?be

21

eh=0.6-0.18*0.64=0.485

3

2gH=0.474*14.6*3.85*2*9.8*6=256.746（m/s）

其他计算结果如下表2--3所示：

闸孔出流Z~Q关系曲线计算表2--3 Z(m） H(m） 54 5 54.5 5.5 55 6 55.5 6.5 56 7 56.5 7.5 57.31 8.31 e/H 0.77 0.70 0.64 0.59 0.55 0.51 0.46 e(m） 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 μ √2gH(m） 0.461 9.8995 0.474 10.3827 0.485 10.8444 0.493 11.2872 0.501 11.7132 0.508 12.1244 0.517 12.7623 Q=μbe√2gH(m3/s） 256.7463 276.6313 295.3324 313.0285 329.8590 345.9345 370.5971 绘制闸孔出流Z~Q关系曲线如图2--2 所示：

（2）堰流Z~Q关系曲线计算

已知闸墩形状系数?0?0.45，边墩形状系数?k?0.7，因为下游水位与上游水位差较大，所以可以看成是淹没出流，故淹没系数?s?1.0.溢流孔数n=2，每孔净宽b=6.6m，堰的相对高度P/H=0，当Z=51.52m时， H=H0=51.52-49.00=2.52m

e=3.85m e/H=3.85/2.52=1.5278

H ??1?0.2??k?(n?1)?0?0

nb2.52?1?0.?20.?7(?21)?0.45 2?6.6?0.9561P3? m?0.3?60.01H

P1.2?1.5H 22

?0.36?0.01?0.3853?01.2?1.5?0

Q??s?mB2gH32

=1.0*0.956*0.385*13.2*2?9.8*2.523/2 =86.0523(m3/s) 其他计算结果详见下表2--4所示：

堰流Z~Q关系曲线计算表2--4

Z(m） 51.52 52 52.52 53 53.52 54 54.52 55 H(m） 2.52 3 3.52 4 4.52 5 5.52 6 e/H 1.528 1.283 1.094 0.963 0.852 0.770 0.697 0.642 e(m） 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 ε md(m） 0.956 0.385 0.948 0.385 0.939 0.385 0.930 0.385 0.921 0.385 0.913 0.385 0.904 0.385 0.895 0.385 σs 1 1 1 1 1 1 1 1 Q=σsεmb√2gH03/2(m3/s） 86.052 110.797 139.472 167.447 199.179 229.631 263.726 296.096 堰流Z~Q关系曲线图如下图2--3所示：

因此，当Z=51.52m~54.5m时，e/H＞0.65为堰孔出流； 当Z=55m~57.31m时，e/H≤0.65为闸孔出流。

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任务3. 溢洪道下游挑流消能计算：水流衔接计算、挑距长度、冲刷坑深度、冲刷坑后坡计算。绘制冲刷坑纵图。 计算原理（三）

（一）方法：先绘制水库水位～泄量关系曲线图和下泄流量～下游水位关系曲线图。再进行设计流量Q=251.4m3/s时的水流衔接形式计算，若此时第二陡坡段末端水深（视为收缩断面水深）对应的第二共轭水深大于或等于下游水深时产生远离式水跃或临界水跃，要进行消能结构水力计算，若小于下游水深，产生淹没式水跃，不需消能。若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。 （二）所用公式（参考《水力计算手册》与教材） 1.、水流衔接形式式计算：水跃方程，前已列； 2、底流式消能或挑流式消能结构水力计算公式。 若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。

表一 水库水位～容积～泄量关系

水 库 (m) 库容(万立米) 泄量(m3/s) 52 2093 98.08 53 2310 151.02 54 2535 211.00 55 2765 252.44 56 3004 280.83 57 3240 306.04 58 3471 330.16 表二 下泄流量～下游水位关系

泄量（m3/s） 水位（m） 2.69 25.00 39.60 27.37 171.64 28.78 401.90 30.38 按50年一遇洪水设计要求，上游水位为 54.97m，流量Q=251.40m3/s，由以上两个表格可以得知由上面两表得出水库水位～泄量关系～下游水位关系如下表3--1所示：

对应的下游水位对应为29.40m 河床高程为25.00m 单宽流量q?Q251.40??17.22m2/s B14.6 由上得第二陡坡段正常水深h=0.674m

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假设发生水跃

跃前水深h，=h=0.674m

2h，8??q20.6748?17.22???(1??1= 跃后水深hc=9.145(m) (1??1）332gh，29.8?0.674 下游水深 ht?29.4-25?4.40

由于h″＞ht,,因此下游会发生远离式水跃，需考虑消能。又因下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数Ks=1.6，水库下游无防洪任务，所以采用挑流式消能结构。

挑流式消能公式：

?(a?ht)空中挑距：L0??12S1sin2??1?1?2?1S1sin2???? ?式中S1——上游水面至挑坎顶部的高差

α——挑坎高度，即下游河床至挑坎顶部的高差 θ——鼻坎挑射角 ht——冲刷坑后下游水深

?1——坝面流速系数，其经验公式为?1?31?其中K为流能比，K?q，q为单宽流量。 1.5gS1T?ht tan?0.055 0.5K水下挑距：L1?式中T——冲刷坑深度

ｈｔ——冲刷坑下游水深

β——水舌入水角，可按下式近似计算

cos???12S1?12S1?z?S1cos?

式中ｚ——上、下游水位差。

0.50.25T?Kqz?ht（Ｋ冲刷坑深度的估算：sｓ

为抗冲系数）

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总挑距Ｌ＝Ｌ０＋Ｌ１ 冲刷坑后坡i?T L当i?ic时，就认为冲刷坑不会危及建筑物安全。

ic为许可的冲刷坑最大后坡，规范提出ic?1/2.5~1/5

挑流消能结构水力基本计算 s1=54.97-30.20=24.77(m) a=30.20-25.00=5.2(m) Z=54.97-49.00=25.57(m) αsin18=0.309 sin36=0.5878 cos18°=0.9511 流能比 K?。 。

q17.22??0.04462 1.51.5gS19.8?24.770.05530.055?1??0.904352 K0.50.044620.5流速系数 ?1?31?入水角β cos???12S1?12S1?z?S1cos?

0.9043522?24.77 ??0.9511?0.93286 20.904352?24.77?25.57?24.77 β=21.12° tanβ=0.3867 （1）空中挑距

?a- L0??s1sin2??1?1?2ht2?1s1sin???21?? ????25.20-4.40 =0.904352?24.77?0.5878 ??1?1?22?0.904352?24.77?0.309?? =36.065（m） （2）冲刷坑深度

因基岩软弱破碎、裂痕发育，故冲刷系数取Ks=1.6

26

0.50.25?25.57-4.40?10.53(m) TS=Ksq0.5z0.25-ht=1.6?17.22

(3)水下挑距的计算

L1?T?httan??10.53?4.40?38.662(m)

0.38617 (4)总挑距

L?L0?L1?36.065?10.53?49.595(m)

冲刷坑后坡 i?身安全，需重新设计。

考虑到冲刷后坡大于0.2，所以我觉得应该增大挑射角，让空中的挑距L0越大，因此我觉得把挑射角增大到220，保证冲刷后坡小于0.2，才可以保证坝身的安全。

T10.53??0.21>0.2，所以危及坝 L49.595

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任务4.计算输水涵管在不同水位下的过流量。

计算原理（四）

（一）方法：分叉管路从主管起点至任一分叉管道的终点都可视为一条串联管道，所以分叉管道的水力计算按串联管道进行。考虑最不利情况，将输水涵管主管与最长灌溉支管长80米串联，最长灌溉支管面积A等于发电支管与灌溉支管这两条支管面积之和（即A1?A2=A），然后再由面积A算出其直径d。由于管道局部变化地方全在输水涵管主管段，故将局部水头损失全考虑在主管段，然后将各管段沿程水损与主管段局部水头损失叠加起来，灌溉支管出口处受到下游水位（30.4m）影响，按串联管恒定淹没出流流量公式可计算在不同水位下的过流量。水位计算范围:35m～57.31m（n=0.012）。

（二）所用公式（参考《水力计算手册》和教材）

流量公式：Q??cA2gz0

式中z0——上下游水位差，z0=z（忽略?0）（m）

A——出口断面面积。（m2）

其中?i—?c?1??iliA2A(i)???i()2diAiAi

其中?i——第i段管道沿程阻力系数。?i=

8g ,C同前。 C2li、di——第i段管道的长度和直径

由图可知主管的长度L=147m且d=1.5m，支管L1=80m，d1=1m，所以得： 发电支管截面面积

AA1??d20.81m2） ?3.1?4?0.50（24442灌溉支管截面面积

2??d12（?3.1?4?0.785m2）

4422总面积 A?A1?A2?0.50?m2） 204.78?51.28（74直径 d=输水涵管主管

A,?d,2d,21.5????0.375m） 水力半径 R1?（X4?d,444A??4?1.2874?1.281(m）

3.14 28

谢才系数

C1?11/611/6??0.375?70.76 6R1n0.012 沿程损失 ?1?

支管计算方法同上

8g8?9.8??0.01 57C1270.7266A,?d2d21.281 R2?????0.320(m2）5

X4?d44

C2?111/61/6??0.32025?68.929m） （Rn20.012 ?2?以上游水位35m为例，得

8g8?9.8??0.01 6522C268.929?30.5?00.4?00.2?50.2?00.1?02.14 ??0.69 3 ?c?1??iliA2A()???i()2diAiAi

=

11471.2812801.28120.0157??（）?0.0165??（）?2.1431.51.28110.785?0.3728

Q??cA2gz0

=0.3728?1.2874?2?9.8?4.6 =4.5572（m3/s)

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其输水涵管流量与水位的关系表如表4--4：

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