侧槽溢洪道的水力计算要点.微课(精)
溢洪道水面线水力计算
溢洪道水面线水力计算溢洪道水面线水力计算是指在溢洪道工程设计中，对溢洪道水面的高程进行计算和确定的过程。
溢洪道水面线水力计算是设计溢洪道工程的基础任务之一，主要用于确定溢洪道的有效堤顶高度，以及判断溢洪流量和洪水对下游防洪安全的影响。
在进行溢洪道水面线的水力计算时，需要考虑以下几个方面的因素：1.水位变化规律：根据设计要求和地区实际情况，确定溢洪道水位变化规律，包括出口水位、最高水位和最低水位等。
这些水位变化规律是溢洪道水面线水力计算的基础，也是设计溢洪道参数的依据。
2.流量计算：通过水动力原理和流量公式，计算溢洪道的设计洪水流量。
洪水流量的计算需要考虑下游水位、流域面积、产流特征等因素。
常用的流量计算方法有三角洪水法、单峰洪水法和双峰洪水法等。
3.溢洪道断面选择：根据溢洪道的设计洪水流量和设计水位，在保持流量稳定的情况下选择合适的溢洪道断面，以满足设计要求。
根据溢洪道断面，可以计算出溢洪道的有效堤顶高度和水面线的高程。
4.水力计算：通过溢洪道的水力计算，确定溢洪道水面线的高程。
水力计算的主要内容包括流速计算、水深计算和堤顶高度计算。
其中，流速计算可以采用曼宁公式、剪应力公式等；水深计算一般根据不同的水位和槽坡来确定；堤顶高度计算需要考虑洪水流量、流速和水深等因素。
5.水面线确定：根据水力计算的结果，确定溢洪道水面线的高程。
水面线的高程应满足下游防洪安全的要求，并考虑水力平衡和溢洪道结构的要求。
水面线的确定一般采用一维水流模型计算，根据不同的水位和流量，得出水面线的高程曲线。
在进行溢洪道水面线水力计算时，需要使用一些计算软件和工具，如水力计算软件、一维水流模型等。
这些工具可以提供准确的计算结果，帮助工程师进行溢洪道水面线的设计和确定。
同时，还需要结合实际工程情况，考虑工程经济性、可行性和社会效益等因素，进行溢洪道水面线水力计算的优化设计。
溢洪道水力设计计算
一、泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算△l1-2=((h2cosθ+a2*v22/(2g))-(h1cosθ+a1*v12/(2g)))/(I-J)J=n2*v2/R4/3b Q13.732.15h2h1v2v1a2a1g0.430.845.4574782.793709 1.05 1.059.81R=0.576423v= 4.125593J=△l1-2= 3.696956式中：△l1-2--分段长度，m；0.838456h1、h2--分段始、末断面水深，m；v1、v2--分段始、末断面平均流速，m/s；a1、a2--流速分布不均匀系数，取1.05；θ--泄槽底坡角度，I---泄槽底坡，I=tgθ；J---分段内平均摩阻坡降；n---泄槽槽身糙率系数，v---分段平均流速R---分段平均水力半径。
1、泄槽上游接宽顶堰、缓坡明渠或过渡断时，h1=hk；2、泄槽上游接实用堰、陡坡明渠时，起始计算断面分别定在堰下收缩断面或泄槽首端以下3hk处，则：h1=q/(φ√2g(Ho-hkcosθ))q g Hoθφhk h1#DIV/0!式中：q---起始计算断面单宽流量，m3/(s*m)；Ho---起始计算断面渠底以上总水头，m；φ---起始计算断面流速系数，取0.95；θ---泄槽底坡坡角；二、泄槽断水流掺气水深的计算hb=(1+ζ*v/100)*hζv h hb式中：h、hb---泄槽计算断面的水深的掺气后水深；v---不掺气情况下泄槽计算断面流速；ζ---修正系数，取1~1.4m/s，流速大者取大值。
三、泄槽收缩段的计算1、波峰后的水深、流速。
h2=h1(√1+8Fr12sin2β-1)/2h1βv g Fr1h2#DIV/0!#DIV/0!v2=v1cosβ1/cos(β1-θ)v1β1θv2式中：β---冲击波波角θ---边墙偏转角Fr1---起始断面弗劳德数h1、h2---起始断面与波峰下游断面水深，m；v1、v2---起始断面与波峰下游断面流速，m/s；2、泄槽边墙收缩（扩散）角θ按经验公式：tgθ= √gh/(kv)g h k v tgθ9.813#DIV/0!式中：h---收（扩）断面首、末断面的平均水深v---收（扩）断面首、末断面的平均流速k---经验系数，可取k=3.03、弯道段最大横向水面差的计算Δh=Kv2b/(gr0)K v b r0gΔh#DIV/0!式中：Δh---弯道外侧水面与中心线水面的高差，m；b---弯道宽度，m；r0---弯道中心线曲率半径，m；K---超高系数，查P53《溢洪道设计规范》0.2442220.8656890.439754θI n R1R20.2442220.2491960.0330.7482444730.4046020.038638Q b v h224.615 5.350.9224.615 6.5626666670.7524.6157.5723076920.6524.6158.3423728810.5924.6159.1148148150.5424.6159.8440.524.61510.472340430.47。
侧槽溢洪道(河海大学水工建筑物课件)解读
（8－29）
对于棱柱体侧槽
0 ，则有 s
Q2 2Q dQ i0 2 2 dh C R g 2 ds ds Q2B 1 g 3
（8－30）
令式（8－29）中
Q2 Q 2 2Q dQ i0 2 2 0 3 2 C R g s g ds
（8－31）
＋1断面流量、水深、断面平均流速为Q+dQ、
h＋dh、V+dV；两断面在槽底相距ds。由变量流 的动量定律可导出下列水面线微分方程：
Q2 Q 2 u Q dQ i0 2 2 2 （8－28） 3 dh C R g s V g 2 ds ds Q2 B 1 g 3
第四节 其他型式的溢洪道 一、井式溢洪道
1、 组
成：溢流喇叭口、渐变段、弯曲段、泄水隧洞、出口消能段及尾水渠。 2、工作原理：井式溢洪道工作时水流从四周经环形堰径跌入喇叭口，并在一定 深度处水舌相互汇交，逐渐成有压流，再经 隧洞泄往下游进入喇叭口的流量决定于堰 顶水头、堰的型式和周长；流量能否顺利 泄出隧洞取决于隧洞的断面尺寸以及竖井 内形成的压力水头。进水为自由堰流，出
设备。
图8－47 河岸虹吸溢洪道首部
1－遮檐；2－通气孔；3－挑流坎；4－弯曲段；5－排污孔
•
4、设计要求：
（1）虹吸管的真空值不得超过（7.5~8）米水柱高； （2）虹吸作用开始前，为堰流；形成之后为管流； （3）通气孔的面积约为虹吸管横断面的（2~10）％。
8－38 侧槽内复杂的流态
二
侧槽内水面曲线的计算
设侧槽断面按一定规律沿程扩展，各断面流 量按一定规律沿程增加。取侧槽的一个微分段 考虑，其底坡为 i ，为更具普遍性计算，自 0 侧槽进入侧槽的流向与槽轴线不正交，正交于 槽轴线的流速分量为u（与u垂直的另一分量为 v）。如设通过n－n断面的流量为Q，水深为h， 过水断面为 ，断面平均流速为V，；而在n
溢洪道水力计算(刚刚来过)
上游总水头E 0：流量底宽流速系数上游总水头收缩断面水深断面流速Q b φE 0h c v4.9 1.50.90310.92222860.2513.066667基本公式：跃前水深跃前流速弗劳德数跃后水深消力池长h 1v 1Fr 1h 2L(5.5<Fr1<9)0.2513.0666678.3437312 2.8276016117.78545113基本公式：跃前底宽跃后底宽跃前水深跃前流速弗劳德数跃后水深消力池长b 1b 2h 1v 1F r1h 2L k560.2513.06666678.343731196 2.581235314.228361基本公式：水跃淹没度流速系数流量消力池宽度收缩断面水深下游水深跃后水深σφQ bh 1h t h 21.050.95 4.91.50.25 1.22.82760162、等宽距断面消力池的水利计算3、溅扩式矩形断面消力池计算4、等宽矩形下挖式消力池计算底流水跃消能水力计算1、计算收缩断面水深：流速系数φ取值见表或者根据经验公式计算E 为以下游河床面为基准面的上游总水头22202c c h g q h E φ+=()18122112-+=Fr h h 111/gh v Fr =()2121121812b b Fr h h -+=Zh h d t ∆--=2σ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=∆2222222112h h gb Q Z t σϕLL k 8.0=LL k 8.0=出口水面跌落池深池长△Z dL k 0.356803792 1.412177914.228361LL k 8.0。
溢洪道水力计算(报告部分)
溢洪道水面线根据能量方程，用分段求和法计算，公式如下：
式中：
△l1-2：分段长度，m；
h1、h2：分段始末断面水深，m；
v1、v2;分段始末断面平均流速，m；
α1、α2:流速分布不均匀系数，1.05；
θ：溢洪道底坡角度，（0）；
i：底坡，i＝tgθ；
J：分段内平均摩阻坡降；
n：糙率系数；
桩
水深(m)
流速(m/s)
设计底高程(m)
水面线（m）
号
0+000
1.100
1.548
1.540
1.840
0+020
1.100
1.548
1.540
1.840
0+040
0.733
2.681
1.029
3.178
0+060
0.468
4.853
0.730
5.176
0+080
0.918
2.783
1.289
3.298
1.1溢洪道
溢洪道基本情况说明
1.1.1溢洪道水力计算
1、临界水深计算
采用以下公式计算：
式中：
hk:临界水深，m；
α：不均匀系数，取1.05；
q：单宽流量，m/(s.m)；
计算得：hkm。
2、正常水深计算
采用以下公式计算：
Q=CA Ri
式中：
3
Q：溢洪道200年一遇泄量，m/s；
C：谢才系数，采用曼宁公式计算，C=1R1/6
式中：
△S：上、下游断面间的水平距离，m；
Z1，Z2：1、2断面水位，m；
3
学习分享-泄槽溢洪道的水力计算(个人整理)
项 目单位数值计算公式备注g——重力加速度m/s²9.81 Array水库正常蓄水位m62.5校核洪水位m63.58Q——最大洪水流量m³/s39L0——侧堰溢流前缘长度m25堰顶高程m62.5H——堰上水头m 1.08溢流堰采用宽顶堰形式m——流量系数/0.32（一）、侧槽长度计算L——侧槽长度m24.51L=Q/[m（2*g）^0.5*H^1.5]取侧槽L m24.50槽端长度m0.50（二）、拟定侧槽尺寸b0——起始断面底宽m2b L——末端断面底宽m4n1——溢流堰侧的坡比/0.5n2——靠岸侧的坡比/0.5i——底坡坡比/0.001（三）、选定侧槽末端水深h k及控制段尺寸1、控制断面临界水深及相应流速计算h k——控制断面临界水深m 2.13h k=[aQ^2/(g*b L^2)]^(1/3)侧槽段及控制段近似按矩形断面计算V k——控制断面临界水深的相应流速m/s 4.57V k=Q/（b L*h k）侧槽末端底宽b L同控制段2、侧槽末端水深及相应流速计算b L/b0/2b L/b0=5时，b L/b0=1.5；η——h L/h k的系数/ 1.28b L/b0=1时，b L/b0=1.2；其余内插计算h L——侧槽末端水深m 2.72h L=η*h kV L——侧槽末端的相应流速m/s 3.59V L=Q/（b L*h L）3、控制段末端坎高ζ——局部水头损失系数/0.2d——控制段末端坎高m0.09d=(h-h k)-(1+ζ)[(V k2-V L2)/(2*g)]L4、计算侧槽各断面水深q——溢流堰单宽流量m³/s 1.56h i-1=h i +Δy-i ΔX V i-1=Q i-1/（b i-1*h i-1）糙率n 0.0140.0140.0140.0140.014水面宽B4.00 3.49 3.00 2.50 2.00过水断面面积（m²）10.8711.5610.949.717.99湿周Х（m）9.4410.1110.3010.279.99水力半径R（m） 1.15 1.14 1.060.950.80临界坡度i k0.00432680.00532270.0064775460.0080576560.01035临界水深h k2.1319651.92942031.6457955871.2008786630.249356试算法计算各断面间的水位差及各断面水深（忽略水流阻力影响）项目单位数值Q i ——i断面流量m³/s 39.00Q i-1——i-1断面流量m³/s 29.33b i ——i断面底宽m 4.00b i-1——i-1断面底宽m 3.49h i ——i断面水深m 2.72h i =h i+1h i-1——i-1断面水深m3.09ΔX——断面间的距离m 6.2Δy——断面间的水位差m 0.378试算值V i ——i断面流速m 3.59V i =V i+1V i-1——i-1断面流速m 2.72Δy——断面间的水位差m0.566281()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-++⨯=∆------111111i i i i i i ii ii i Q Q Q V V V Q Q V V g Q y。
溢洪道水力计算(刚刚来过)
水深
流速
h
v
1.95287844 4.27147255
1.72941966 4.82339067
1.50596089 5.53909915
1.28250211 6.50421283
1.05904333 7.87660564
0.83558455 9.98303122
修正系数 ζ
1 1.1
掺气后水深 hq
1.04773326 4.99995434
0.85847701 4.99974549
0.75538783 4.99982403
0.68861078 5.00000288
0.64150427 5.00016856
0.60652796 5.0000632
0.57966032 5.00041114
0.55851644 5.00021162
1.95287844 1.72941966 1.50596089 1.28250211
1.14246 0.92734289
边墙加高 △h 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
段面积A 水力半径R 计算流量Q 正常水深h0 2.73450856 0.39564601 50.0503807 0.45575143
出口断面 0.83558455 5.01350731 9.98303122 5.33353506 6.07627707
泄槽段水位差：
计算式
hk
h0
△h
不均匀系数 α
△h=hk-h0 1.95287844 0.83558455 1.11729389 1.05
分段并确定各段计算水深：
h1
h2
h3
h4
h5
溢洪道水面线水力计算
0.00776148 0.26749313
2.29006764 0.28166584 40.4817272
0.03144124
0.00601047 0.26924414
2.41710146 0.29314067 40.7520396
0.03788887
0.00477654 0.27047807
2.54413528 0.30346957 40.9879184
泄槽水面线计算（分段求和法）
1、基本资料
1.1 洪水资料
（洪水资料 根据调洪演
溢洪道下泄的最大流量（Q）：
堰上走水深（h）： 0.8
1.14 （m3/s） （m）
1.2 溢洪道资料：
泄槽宽度（B）：
1 （m）
泄槽长度（L）：
40 （m）
泄槽底坡（i）： 0.27525461
泄槽糙率（n）：
0.02
泄槽边坡系数（m1）：
0.04245278
0.00387775 0.27137686
0.04245278
0.00387775 0.27137686
2.6711691 0.31281604 41.195664
渠道水面线的计算
度，推求水深，适用于棱柱形和非棱柱形渠道）
行进水头 断面比能 比能损失
h
ES
△ES
湿周 χ
水利半径 R
（假设水深，推求分段长度，适用于棱柱形渠道）
比能损失
湿周
水利半径 曼宁系数 平均坡降
△ES
χ
R
C
i
i-j
2.036 0.25442043 39.8011239
0.00772244
0.01034875 0.26490586
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计算段内平均摩阻 坡降
计算段水平 长度
侧槽壁面糙率系数
J
n2 v R
4
2
计算段内平均流速 计算段内平均水力半径
3
பைடு நூலகம்
（二）侧槽水力计算的步骤： 已知Q设计、▽堰顶、hs（允许淹没水深）、 （底宽 b 变率） i0（槽底坡度）、hl（槽末水深） 1.由给定的Q和堰上水头H计算侧堰溢流前缘长度L。 2.列侧槽末端断面与调整段末端断面（控制断面）之间的能量方程，
水工建筑物•微课
侧槽溢洪道的水力计算要点
主讲人 专业带头人 杨 勇 副教授
2014.09
项目6 河岸溢洪道
水布垭水电站溢洪道
岳城水库溢洪道上游
岳城水库溢洪道下游
桥墩水库溢洪道
公伯峡
糯扎渡水电站
侧槽的水力计算要点 侧槽中水流波动很大，内部结构十分复杂，要精确地分析水流的情况 是比较复杂的，下面介绍《SL253—2000溢洪道设计规范》推荐的计算方法， 在上述选定参数的基础上，计算侧槽水面曲线，并据以计算槽底方程，完成 侧槽各项尺寸的设计任务。 （一）侧槽水面曲线的计算公式 计算侧槽内的水面曲线，可利用由动能原理导出的水面曲
主持单位:
黄河水利职业技术学院 福建水利电力职业技术学院 湖南水利水电职业技术学院
参建单位:
杨凌职业技术学院
四川水利职业技术学院 山西水利职业技术学院
长江工程职业技术学院
重庆水利电力职业技术学院
线差分公式逐段推算。
差分公式为： 上断面的平均流速 （▲）
y
下断面的平均流速
通过上游断面的流量
(v1 v2 ) Q2 Q1 ( v v ) ( v v ) J X 1 1 2 2 2g Q Q 2 1
上下游两计算断 面的水位差
通过下游断面 的流量
0
bl
计算控制断面处底板的抬高值d。
3.根据给定的m、b0/bl、i和hc，以侧槽末端作为起始断面，
按（▲）式逐段推求各相邻断面之间的高差Δy及水深。 4.根据侧槽首端溢流堰允许的淹没水深hs，定出侧槽首端水位，减去 水深得首端槽底高程。其他各断面槽底高程可按底坡确定或按水位减水 深确定。
谢谢各位！