陡坡水力计算
溢洪道陡坡控制断面的水力计算
制 断 面 亦 多 为 矩 形 断 面 ，有 ＝ ｑ ／ ｈ（ ｑ — —单 宽 流 量） 。对式 （ １ ） 求导数 ， 并令 其 等于零 ， 则有 ：
ｄ Ｅ Ｉ ｄ ｈ ＝ １ ＋ ａ Ｋｑ ２ １ （ ｇ ｈ ） － ａ ｑ ： ／ （ ｇ ｈ 。 ） ＝ ０ （ ２ ）
交 界 断 面 ，完 成 了 Ｍ２曲线 向 Ｓ ２形 降 水 曲线 的 过 渡 。将 此交 界 断 面称 为 控 制 断面 ， 控 制 断 面处 水 流
为 临界 流 ， 水深 为 ｈ ｋ 。
Ｋ —— 控 制断 面水 流 的平 均 曲率 ： 重 力加 速度 ；
— —
—
—
水深 ： 控 制断 面水 流 的平 均流 速 。
运算 。 得 到单位 水重 控 制断 面的 比能公式 ： Ｅ ＝ （ １ － ａ Ｋ ｖ ） ＋ ｃ ２ ／ （ ２ ｇ ） 式中：
— —
（ １ ）
简便合 理 的计算 方法 以满足 工程设计 的基本要 求 。
２ 现 行溢 洪道 陡坡 控制 断面 水深计 算 方法分 析
１ 前 言
系 ．但 所 有 实 测 的点 都 低 于 按 缓 变 流 方 法算 出 的
Ｋ—
在 溢洪 道 陡槽水 力 设计 中。 水 面 线 的计算 确定 是 主要 的任务 之一 。而其水 面线 的计算 首先 要确定
陡坡 起始 断 面水 深 （ 即控制 断 面水 深 ） 。现行 的水力 学 教材 及 相关 规 范介 绍 的计 算 方 法 ￣ １ － ２ ］ ， 不 论溢 洪 道 的控 制建 筑物是 堰 、闸 、堰 闸结合 还 是无控 制建筑 物 ，其 陡坡 控 制断 面水 深都 是 以一 般缓变 流临界水
由于一般认 为溢 洪 道控制 断 面处 水流 弯 曲起 主 要作 用 ， 式（ １ ） 忽 略 了惯 性 力 的影 响 ， 同时溢 洪 道 控
跌水与陡坡
第六章
跌水与陡坡
3）平底胸墙孔口泄流计算
Q ab 2 gH 0 , a为孔口高度，b为孔口总净宽。 对于胸墙底缘为1/4圆弧（半径为R），当 R 0.33时，采用下面公式： a
=0.615-0.23
a a R 0.75 0.5 （1-11 . ）（ ） H0 H0 H0
对于梯形缺口淹没泄流 ，可采用公式：
3 a a Q M 没 b平均 H 2，其中，M 没 M（1.1 - 0.1 ）（ 4.0） an an
a为淹没度， an 为极限淹没度 ，a H下 - P H下 为下游渠道水深 ，P为跌水跌差
第六章
跌水与陡坡
二、闸门控制段的水力计算 主要任务：确定闸孔数量和闸孔尺寸 1.堰流计算
解：应用试算法 先假设b 平均 1.8m， 代入公式：
M 2.25 - 0.15
计算H 1 和H 2 ：
b平均 H
1.8 2.25 - 0.15 0.716 1.79
H 1 H max 0.025(H max H min ) 1.79 - 0.25 （1.79 - 0.716） 1.521m H 2 H min 0.025(H max H min ) 0.716 0.025 （1.79 - 0.716） 0.985m
第六章
跌水与陡坡
2.菱形陡坡（图p140） 布置形式：上部扩散下部收缩，在平面上呈菱形。在收缩 段的边坡上设置导流肋。 作用：减轻了对下游的冲刷。 3.陡坡段的人工加糙（图p140） 作用：对促使水流紊动扩散，降低流速，改善下游流态及 消能均起着重要作用。 加糙形式：有交错式矩形糙条、单人字形槛、双人字形槛、 棋布形方墩等。
陡坡水力计算
一、陡坡的纵横断面
陡坡段的主要水力特性是陡坡急流。流速高,紊动剧烈，惯性大，对边界条件的变化敏感。
陡坡纵断面，工程上常用1:2.5~1:5.0，软基上缓一些，岩基陡一些，应满足下式：
式中:矩形和梯形，土基上多为梯形，岩基上多为矩形，碎破程度较高的岩基也可为梯形。
式中：P为陡坡段总落差，m；
为陡坡的坡度
1、渠道小陡坡水力计算
陡坡为矩形断面，消力池为矩形断面，进口为扭坡。
（1）进口宽度计算
进口宽bc按下式计算：
(2)出口消力池深度计算
消力池深度按下式计算：
取 =1.0
陡坡、消力池为梯形，消力池深度按下式计算：
陡坡宽度需考虑消力池特性。主要控制消力池来流弗汝德数，其值应大于2.5，最好大于4.5.原因是小于2.5，消能率太低，在2.5~4.5之间消能率不高，在4.5~9.0之间消能率较高。一般底宽大，弗汝德数大，有利于消能。
二、陡坡水力计算
渠道上的陡坡，底坡都大于临界底坡，陡坡为急流，水面为b2型降水曲线。大落差长陡坡，降水曲线在陡坡途中结束，其后水流一般接近均匀流，末端水深等于均匀流水深，陡坡长度按下式计算：
水力计算及实例讲解
⑵铸铁管：
1 dv λ 0.102236 ( 5158 ) 0.284 d Q p dv 0.284 Q 2 T 6 1 6.4 10 ( 5158 ) 5 l d Q d T0
λ 0.03
Re 2100 65 Re 10 5
p 11 .8Q 7 10 4 dv Q 2 T 6 1.9 10 (1 ) 5 l 23Q 10 5 dv d T0
3、湍流状态（Re＞3500） ⑴ 钢管（PE管计算公式同钢管）：
λ 0.11(
K 68 0.25 ) d Re
1、设备负荷计算。 要根据燃气压力、温度、热值换算工况流量。需要注意 的是标准状态的定义。商业贸易中所说的标准状态一般 是“20℃、1标准大气压”，而 “0℃、1标准大气压” 的标准状态的概念是用在实验室里的，这就需要在引用 基础参数时查看当地供气公司提供的燃气参数的标注状 态。同时我们计算用的热值应是燃气低热值，而非高热 值，两者的区别就是：高热值多了燃烧产物冷凝成液态 所放出的热量，目前这部分热量在日常生活中是不能利 用的，所以在负荷计算中不能套用高热值。 故公式计算中基准参数： T0＝273＋20＝293K， P0＝101.325×103Pa， 燃气热值为低热值。
P 2 P22 dv 0.284 Q 2 T 9 1 1 1.3 10 ( 5158 ) L d Q d 5 T0
式中 P1—燃气管道起点压力（绝压KPa）； P2—燃气管道终点压力（绝压KPa）； Lபைடு நூலகம்燃气管道的计算长度（Km）。
水力计算注意事项
水力计算的目的就是选择合适的管径、设备来满足管 线上所有用气设备的正常工作，即在经济、合理的前 提下满足用气设备的压力和流量要求。 水力计算书包括两方面内容： 1、管径选择计算； 2、设备选型计算。 民用户一般直接套用水力计算图表即可，小于 2000户的负荷多采用燃具同时工作系数法来确定计算 流量，大于2000户的多采用高峰系数法来确定计算流 量。
流域坝系陡坡水力计算
陡坡水力计算a 、 临界水深矩形断面临界水深按下式计算：32k g αq h =式中：k h —临界水深，m ；α—流速分布不均匀系数，可取1.1；q —陡坡单宽流量，m 3/（s.m ）；g —重力加速度，可取9.81m/s 2。
b 、正常水深正常水深按明渠均匀流公式计算：Ri ωC Q =式中：Q —陡坡最大泄洪流量，m 3/s ；ω—断面过水面积，m 2，对于矩形形ω=bh 0； b —陡坡底宽，m ；h 0—正常水深，m ；C —谢才系数，611R n C =；R —断面的水力半径，m ，为过水断面面积与湿周的比值，R=ω/χ；χ—湿周，即过水断面内水流与卧管接触线的长度，m ，矩形断面2h b χ+=；i —比降，比降视其地形地质条件，一般为1/3—1/5； n —糙率，0.017。
c 、水面曲线计算陡坡降水曲线随它本身长度和陡坡长度的不同，产生两种情况：一种是降水曲线长度小于陡坡长度，即降水曲线在陡坡中途结束，水深在此以下逐渐接近等速流，陡坡末端水等于正常水深；另一种是降水曲线大于陡坡长度，陡坡末端水深按明渠惭变流公式计算。
陡坡水面曲线采用逐段累计法计算，这种方法首先假定第一断面（即陡坡起始断面）水深为临界水深，然后向下按递减假定第二、第三¨¨¨直至末端段面水深，用下式求出相邻两段面间的斜距，最后把计算的斜距累加，与陡坡长比较。
J)ΔL(i )2gV α(h )2g V α(h 21212222-=+-+ 式中：h 1—断面1的水深，m ；V 1—断面1的平均流速，m/s ；α1—断面1流速不均匀系数；g —重力加速度，可取9.81m/s 2；h 2—断面2的水深，m ；V 2—断面2的平均流速，m/s ；α2—断面2流速不均匀系数；△L —1、2两断面间距离，m ；i —陡坡坡度；J —平均水面比降)J (J 21J 21+=，任意断面的水面坡降按下式计算：34222R ωQ n J。
水力坡度
水力坡度两相流中固体物料一般在紊流中输送，其悬浮程度主要取决于紊流扩散有关的浆体流速同时某一压力下，浆体在管道流动中必须克服与管壁产生的摩擦力和湍流时层间的阻力，统称摩擦阻力损失，也即水力坡度水力坡度，又称比降（WATER SURFACE SLOPE OR GRADIENT）：河流水面单位距离的落差，常用百分比、千分比、万分比表示。
如河道上A、B两点的距离为100公里，B点的水位比A点高20米，则水力坡度为万分之二（20米除以100公里，即20米除以100，000水力坡度，又称比降（WATER SURFACE SLOPE OR GRADIENT）：河流水面单位距离的落差，常用百分比、千分比、万分比表示。
在水力学中，水力坡度表明了实际液体沿元流单位流程上的水头损失，水力坡度也就是总水头线坡度。
它是单位重量液体沿流程单位长度上的机械能损失。
什么是水力坡度？可以用形像生动的语言描述一下吗？，“比降”就是上游水位减去下游水位的差，再除以两点间的距离。
比降越大，水位落差越大。
“长江三峡两岸都是高山峡谷，这对江水有较大的控制作用，使这一段江水的比降比平原型水库高得多，达到千分之一点九至千分之三左右，因此高峡平湖其实不平。
”水力坡度，又称比降（ＷＡＴＥＲＳＵＲＦＡＣＥＳＬＯＰＥＯＲＧＲＡＤＩＥＮＴ）：河流水面单位距离的落差，常用百分比、千分比、万分比表示。
如河道上Ａ、Ｂ两点的距离为１００公里，Ｂ点的水位比Ａ点高２０米，则水力坡度为万分之二（２０米除以１００公里，即２米除以１００，０００米。
）国外常用另一种表示方法，称每１００公里升高２０米）。
在自然状态下，在没有葛洲坝大坝时，从重庆到宜昌的平均水力坡度为万分之２．３，即１００公里长度中有２３米的水位差。
三峡水库的防洪库容是在大坝处海拔１４５米到１７５米之间的库容，当大坝处蓄水至海拔１７５米时，大坝上游的水位不是１７５米，而是高于１７５米，距大坝越远，水位增高越大。
消力井、陡槽水力计算
陡槽水力计算———参考《中小型水库设计》中册
以下进行水面曲线计算:
(一) 渐变槽计算
2
由公式Э
因Э1+iL与Э2+h f很相近，说明假设的 h2= 1.652米是合适的。
(二) 陡槽计算
4 陡槽流速及掺气水深
当陡槽中流速大于允许不冲流速时陡槽应采取以下措施：
（1）采用较高的混凝土衬砌；
（2）减缓陡槽坡度；
（3）当流量较小时，可采用人工加糙的措施。
(三) 消能计算
1 求第一共轭水深 h、和第二共轭水深 h＂
取陡槽末端水深为第一共轭水深 h、=0.585则ξ、=h、/h k=0.34由公式计算出第二共轭水深 h＂= 3.78h＂/hk= 2.21≤5故适用当h＂＞h b(为下游渠道水深)说明在陡槽末端不会立即产生水跃，需要设置消力池。
2 消力池深度 d的计算
下游渠道水深 (m) h b= 2.00
消力池深度(m)d=σh＂-h b= 2.16
3 消力池长度 L k的计算
因陡槽末端与消力池连接，故可取消力池长度等于水跃长度。
水跃长度的计算：
对于梯形断面渠床，单宽流量可按渠底及水面的平均宽度计算，即
q=Q/b+mh=
B1、B2为水跃前后两断面的水面宽度。
B1=b+2mh、=9.17
B2=b+2mh＂=15.57
水跃长度 L n=5h＂(1+4((B2-B1)/B1)^0.5)=82.11米
故消力池长度取为Lk=82米。
水循环知识：水循环中的陡坡
水循环知识：水循环中的陡坡水循环是地球生态系统中至关重要的一个环节，它是自然界中的一系列复杂的过程，包括水蒸气的升华、水的凝结变成云、雨水的降落、地表径流、地下水的补给和蒸发等。
水循环的过程中，涉及到不同形态和形式的水，其中有一种地形——陡坡，它在水循环中有着重要的作用。
陡坡是地形上的一个重要特征，在水循环中扮演着重要的角色。
陡坡指的是地形高差较大，坡度较陡的山坡或斜坡。
在水循环过程中，陡坡可以影响水的循环和改变水的流动路径。
陡坡上的降雨水会在坡面上流动，形成溪流、河流等，进而形成水系，最终流向大海或高处形成湖泊、沼泽等水域。
在这个过程中，陡坡扮演了重要的角色，它使水流速度加快，流向更加明显，因此在水文循环和生态循环中，陡坡的地形特征会影响许多水文因素，包括降水量、径流量、水的保留时间、水的净变化等。
陡坡对水文循环的影响可以从多个方面进行分析。
首先，陡坡的高差较大，坡度较陡，导致了水在陡坡上流动速度加快。
在连续的弯道中，水会形成瀑布、瀑布或其他水的形式，加剧了水的流动，并增加了水的能量。
这一点对于河流或流水水域（如溪流、小河等）尤为重要，因为水流的快慢和不同的纵向降落，会对其所经过的地形产生不同的冲击力。
其次，在陡坡上，因为水流速度加快，水的冲刷力大，容易形成沟谷，造成土壤侵蚀和水土流失。
这对于水文循环和生态环境产生了负面影响，因为它使水的保留时间缩短，土壤质量下降，使陡坡上的生物栖息地遭受破坏。
如果沟谷发展到一定阶段，就必须采取相应的治理措施，如植被覆盖、垂直措施等，以保护土地和水的循环。
陡坡还可以影响水文循环的渗透性。
陡坡通常是由坡面和坡脚组成，坡脚部分处于低洼地带，通常容易积水。
如果土地在坡脚上被开垦或大量采伐，将会影响到水的渗透性和路径，使水很容易积聚并无法真正进入地下水层中。
由于地球表面流水的时间相对很短，这使得水更难被地面吸收，且增大了同时就会使地下水紊流增多。
因此，陡坡的土地使用和环保状况对水文循环的影响是极大的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、陡坡水力计算
渠道上的陡坡，底坡都大于临界底坡，陡坡为急流，水面为b2型降水曲线。大落差长陡坡，降水曲线在陡坡途中结束，其后水流一般接近均匀流，末端水深等于均匀流水深，陡坡长度按下式计算：
式中：P为陡坡段总落差，m；
为陡坡的坡度
1、渠道小陡坡水力计算
陡坡为矩形断面，消力池为矩形断面，进口为扭坡。
（1）进口宽度计算
进口宽bc按下式计算：
(2)出口消力池深度计算
消力池深度按下式计算：
取 =1.0
陡坡、消力池、陡坡的纵横断面
陡坡段的主要水力特性是陡坡急流。流速高,紊动剧烈，惯性大，对边界条件的变化敏感。
陡坡纵断面，工程上常用1:2.5~1:5.0，软基上缓一些，岩基陡一些，应满足下式：
式中: 为陡坡度
为土壤的内摩擦角。
陡坡横断面多为矩形和梯形，土基上多为梯形，岩基上多为矩形，碎破程度较高的岩基也可为梯形。