Excel水力计算展示——堰顶高程确定演示(精)
巧用EXCEL和AUTOCAD绘制WES实用堰
巧用EXCEL 和AUTOCAD 绘制WES 实用堰摘要：在曲线型实用堰中，WES 实用堰凭借其众多优点，成为广泛使用的一种堰型。
然而的其绘制较繁琐，因些需借助EXCEL 和AUTOCAD 共同完成绘制。
绘制WES 堰实用难度最大的是堰顶下游曲线段和与之相切的直线段。
本文重点介绍该两段的绘制。
关键词：WES 实用堰 ；AUTOCAD ；EXCEL ；1.问题的提出WES 实用堰是水工最常见堰型之一，在水利工程中有广泛使用。
但是WES 实用堰的精确绘制是比较困难而且也相当繁琐，尤其是堰顶下游曲线段和与相切的直线段以及切点的确定。
但是作为工程设计人员比较熟悉的绘图软件AUTOCAD 和表格处理软件EXCEL ，通过一定数学方法，能有效地解决的这个问题，从而使设计人员从繁琐的绘图和计算中解脱出来，把精力放在方案的比选上。
2.WES 实用堰的确定大家都知道，WES 实用堰主要由四部分组成：堰顶上游曲线段，堰顶下游曲线段，直线连接段，下游反弧段。
堰顶上游曲线段一般有三种型式，即三段圆弧曲线式，二段圆弧曲线式，椭圆曲线式。
下游反弧段一般为圆弧式。
由于堰顶上游曲线段和下游反弧段的绘制都比较简单，所以本文将不作详细介绍，而是重点介绍堰顶下游曲线段和与之相切的直线段的绘制。
在介绍绘制之前，我们需将用对曲线方程和直线方程进行必要的变型，并且找出相切点，从而给出它们的通用公式。
----○1 对该方程进行适当变形即得---○2 与堰顶下游曲线相切的直线方程可假设为g(x)=mx+b‘---○3组联立方程○1 ○2 ○3 即可求得切点其中h ：为堰剖面的定型设计水头。
k 、n ：与上游剖面坡度有关的参数 m ：直线斜率。
到目前为止，直线方程和切点坐标通用公式都已经求出。
从公式中可以看出，只要给定参数k,n,h,m 便可得出直线方程和切点坐标。
已知k 、n 由下表确定h 取值可根据上游堰高与设计定型水头的关系来确定。
当堰高P1≥1.33H 的高堰，取H =（0.75～0.95）Hmax ；对于P1＜1.33H 的低堰，取H=（0.65～0.85）Hmax 。
巧用EXCEL绘制水闸水位-流量关系曲线
线命名）再利用【 】 ， 值 选择 Ａ Ａ ０区域 内的数据 ， ４１ 利
用 【 值】 Ｙ 选择 ＢＢ ０区域 内的数据 ， 【 ４１ 点击 确定 】 到 得
『 ］ Ｇ ５ ４ ３— ０ ８开发建设项 目水土保 持技术 规范 ［ ］ ２ Ｂ ０ ３ ２０ ｓ ．北
京： 中国计划 出版社 ，０ ８ ２０． ［ ］ 中国、 ３ 加拿大水土 保持协 作组 ．广东水 土保 持研 究 ［ ． Ｍ］
北 京 ： 学 出 版 社 ，９ ９ 科 １８ ．
闸流量计 算 公式 如下 ： Ｑ ＝ｕ ｎ ／ ｇ 一ｈ ） ｅ ｂ，２ （
芦苞 水 闸位 于广 东 省 北 江 下 游 的佛 山市 三 水 区芦 苞镇 芦苞 涌 口 ， 属大 型 分 洪 闸 ， 是 北 江 大 堤 防 洪 工 程 也
式 中
＝
为流 量 系数 ， 下式 求解 ： 按
增 刊 ２１ ０ １年 ８月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＡＴＥＲ Ｗ ＲＥＳ ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹ ＤＲＯＰＯＷ ＥＲ
Ｓｕ ｌｍ ｅ ｔ ｐｐ ｅ ｎ Ａｕ ． ０１１ ｇ２
巧 用 Ｅ Ｃ Ｌ绘 制 水 闸水 位 一流量 关 系 曲线 ＸＥ
潘锦 江
（ 东省 北 江流域 管 理局 北 江 大堤 管理 处 ， 东 三水 广 广
… …
图 １ 芦 苞 水 闸 水 位一 流 量 关 系 曲线
图 １ 示 的图表 即为利 用 Ｅ Ｃ Ｌ绘制 而 成 的芦 苞 所 ＸＥ 水 闸水位 一流 量 （ ｈ～Ｑ） 系 曲线 ， 该 曲线 图 中 ， 关 在 边
Excel水力计算展示——消力坎式消力池水力计算 设计.
Excel 水力计算展示之专题11. 消力坎式消力池的水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，也可以采用修建消能墙，使墙前水位壅高，以期在池内发生稍有淹没的水跃。
其水流现象与挖深式消力池相比，主要区别在于池出口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。
水力计算的主要任务是确定墙高C 和池长B L 。
【工程任务】如图所示为一5孔溢流堰，每孔净宽b=7m ，闸墩厚度d=2m ，上游河道宽度与下游收缩断面处河道宽度相同，即d 0c B B nb (n 1)==+-，上下游水位的高程如图中所注，当每孔闸门全开时，通过的泄流量Q=1400m 3/s ，试求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。
【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面收缩断面处河底总能量为[]220021022()v Q E p H p H gg p H B α=++=+++ （式11-1）将 11551055()p p m ==-=162.41557.4()H m =-= 31400(/)Q m s =0(1)57(51)232()B nb n d m =+-=⨯+-⨯=代入上式可得： []2021400557.462.41()29.8(557.4)43E m =++=⨯⨯+⨯收缩断面处的河道宽度043()c B B m ==，则收缩断面处的单宽流量3/1400/4332.56(/())c c q Q B m s m ===坝面流速系数10.015/10.01555/7.40.885p H ϕ=-=-⨯= 收缩断面水深的计算公式为20222c c cq E h g h ϕ=+ （式11-2） 即 222232.5669.662.4129.80.885c c c c h h h h =+=+⨯⨯ 经迭代得 1.061()c h m =c h 的共轭水深为：22331.06132.56''(181)(181)13.758()229.8 1.061c c c h q h m gh =+=⨯+⨯=⨯ 下游水深11010010()t h m =-=。
Excel水力计算展示——消力坎式消力池水力计算设计.
Excel 水力计算展示之专题11.消力坎式消力池的水力计算当泄水建筑物下游发生远离式水跃时，也可以采用修建消能墙，使墙前水位壅高, 以期在池内发生稍有淹没的水跃。
其水流现象与挖深式消力池相比，主要区别在于池出 口不是淹没宽顶堰流而是淹没折线型实用堰流。
水力计算的主要任务是确定墙高C 和池 长L B 0【工程任务】如图所示为一 5孔溢流堰，每孔净宽b=7m ，闸墩厚度d=2m ,上游河道宽度与下 游收缩断面处河道宽度相同，即Bo=Bc= nb + (n-1)d ，上下游水位的高程如图中所注, 当每孔闸门全开时，通过的泄流量 Q=1400m 3/s ，试求：判别底流衔接形式，如为远趋式水跃，试设计一消力坎式消力池。
【分析与计算】1.判断是否需要修建消力池上游水面收缩断面处河底总能量为p = p = 55-10= 5m （）水力分析与计算a E 0 =p+H +^^ = p + H +2gQ 22g Rp 1+H ）B 0]2（式 11-1）H =1 6 2. 4 1=5 5 n7. 4Q =1 40Onn S )B 0 = nb+( n/) d =5 x 7 +( 5 -2= 3r2 ()代入上式可得:E 0 =55 +7.4 +=62.41(m)2X9.8X [(55+7.4)x43r收缩断面处的河道宽度B 0 = Be =43(m),则收缩断面处的单宽流量 q c =Q/B e =1400/43=32.56(m 3/(Sr))坝面流速系数半=1-0.015 p/H =1 —0.015x55/7.4 =0.885 收缩断面水深的计算公式为经迭代得h c =1.061(m)h e 的共轭水深为:h e '今卜8話"譽(卄91^"13.758何下游水深h t =110-100 =10(m)。
因为n <13.758(m)，所以产生远离式水跃，故需要 修建修建消力池，或修建消力坎。
常用水力计算Excel程序说明(doc 15页)
目录目录 (1)常用水力计算Excel程序使用说明 (1)一、引言 (1)二、水力计算的理论基础 (1)1.枝状管网水力计算特点 (1)2.枝状管网水力计算步骤 (2)3.摩擦阻力损失,局部阻力损失和附加压头的计算方法 (2)3.1摩擦阻力损失的计算方法 (2)3.2局部阻力损失的计算方法 (3)3.3附加压头的计算方法 (4)三、水力计算Excel的使用方法 (4)1.水力计算Excel的主要表示方法 (5)2.低压民用内管水力计算表格的使用方法 (5)2.1计算流程： (5)2.2计算模式： (6)2.3计算控制： (6)3.低压民用和食堂外管水力计算表格的使用方法 (7)3.1计算流程： (7)3.2计算模式： (7)3.3计算控制： (7)4.低压食堂内管水力计算表格的使用方法 (8)4.1计算流程： (8)4.2计算模式： (8)4.3计算控制： (9)5.中压外管水力计算表格的使用方法 (9)5.1计算流程： (9)5.2计算模式： (9)5.3计算控制： (10)6.中压锅炉内管水力计算表格的使用方法 (10)6.1计算流程： (10)6.2计算模式： (10)6.3计算控制： (11)四、此水力计算的优缺点 (11)1.此水力计算的优点 (11)1.1.一个文件可以计算不同气源的水力计算 (11)1.2.减少了查找同时工作系数，当量长度的繁琐工作 (12)1.3.进行了计算公式的选择 (12)1.4.对某些小细节进行了简单出错控制 (12)2.此水力计算的缺点 (12)2.1不能进行环状管网的计算 (12)2.2没有采用下拉菜单等可操作性强的方式 (12)2.3没有将某些已有的管件压损计算公式模块嵌入计算表中 (12)2.4没有将气源性质计算公式计算表中 (12)五、存在问题的改进 (13)六、后记 (13)常用水力计算Excel程序使用说明一、引言随着我国经济的迅猛发展，人们对居住环境及生活条件改善的需求更加迫切。
Excel水力计算展示——堰顶高程确定演示(精)
55.0 11.48 43.52
经校核，满足自由出流条件，以上按自由出游计算的 结果正确 。
水力分析与计算
水力分析与计算子项目
四 课下练习
某土石坝中设溢洪道，底坎采用WES堰。已知设计流量 Q=1400m3/s，上游水位高程165.0m，筑坝处河床高程为
100.0m，堰上游为垂直段，边墩头部为圆弧形，闸墩头部为尖
H0 nb
需用迭代法计算H0
水力分析与计算子项目
三 用excel计算堰顶高程
=1-0.2*($C$5+($D$3=IF(ABS((D9-D8)/D9)<0.01,"是 1)*$B$5)*C9/$D$3 ","否，继续迭代") =IF(B9/$A$5>1,1,B9/$A$5)
=($A$3/($B$3*D8*$C$3*$D$3*$ A$5*SQRT(2*9.8)))^(2/3)
水力分析与计算
水力分析与计算子项目
二 工程任务
某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面垂直。闸墩 头部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当 设计流量为5500 m3/s时，相应的上游水位为55.0m，下游水位 为39.2 m，上、下游河床高程为20.0m，确定该实用堰堰顶高 程。
堰前总水头
H0 11.53(m)
160 55.0 20.0 5600(m2 / s)
过水断面面积 43.52 A0
断面平均流速 v0
Q 5500 0.98(m / s) A0 5600 2 v 堰前水头 H H 0 0 11.53 0.05 11.48 d 0 2g
H0 Q s mb H 20g H 1 0.2 ( n 1) 0 1, 按1计算 k 0 nb b 用基本参数中的
Excel水力计算展示——闸孔尺寸确定演示(精)
2.确定（计算）闸门的相关参数
3.编写试算程序
水力分析与计算
水力分析与计算
二 excel求解过程
水力分析与计算
注：褐色部分为基本参数，人工输入；绿色部分为程序自动运算，切勿人工修改！
水力分析与计算子项目
二 excel求解过程
A7=F4-E4
ht h0
) B7=C4*D40(忽略不计D7=B4+C7^2/(2*9.8) 2 B nb v P 1 H0 H 0 2g
水力分析与计算
闸孔尺寸EXCEL计算
水力分析与计算
水力分析与计算
三 Excel表格使用
情形一：
将流量改为4m3/m， 其他条件不变。
试算结果：
e=0.55m
情形二：
将流量改为6m3/m， 其他条件不变。算
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水力分析与计算
主持单位: 广东水利电力职业技术学院
e
水力分析与计算
水力分析与计算
一 工程任务
思路分析：
①
判断是否为闸孔出流
e 0.1 0.65 H
e
②
先按照闸孔自由出流计算，进而判 断下游出流形式
淹没出流（淹没式水跃）
Q0 s be 2 gH 0
自由出流（远趋式、临 ③ 界式水跃）
Q0 be 2 gH 0
④ σ ，μ 均与e有关，故类题目应采用试算法 s 水力分析与计算
e 0.65堰流 H
水力分析与计算
二 excel求解过程
Q c s be 2 gH H h '' 0 h3 h0 0.01 c '' t 淹没出流 c 2 gh c Q0 水力分析与计算
08 堰顶高程的确定
Q A0
5500 5600
0.98(m / s)
堰前水头
Hd
H0
0v02
2g
11.53 0.05 11.48
堰顶高程 55.0 11.48 43.52
经校核，满足自由出流条件，以上按自由出游计算的 结果正确 。
/
水力分析与计算子项目
水力计算Excel展示厅
之八 堰顶高程的确定
/ 水利水电建筑工程
水力分析与计算子项目
一 计算公式
堰流的基本计算公式：
3
Q s mb 2g H02
式中： Q 为过堰流量，m3/s； σs为淹没系数，当自由出流时， σs=1； ε为侧收缩系数，无侧收缩时，ε =1 ； H0为堰上总水头，m。
=($A$3/($HBb$03*D18,*按$C1$计13*算$0D.$23*$ki1(in1 1)00.0Hn1b0
A$5*SQRT(2*9.8)))^(2/3)
3
Q s mb 2g H02 用上一次迭代出的
=($A$3/($B$3*$D$5*$C$3*$D$3*$
A$5*SQRT(=2I*F9(.B88)/)$)A^$(=521>/-130,).12,*B(8C/5$+A($D53)-1)*B5)*C8/D3
3
Q s mb H20gH10,2按1计 1算 用基本参数中b 的
0.2 k
(n
1) 0
H0 nb
/
/
水力分析与计算子项目
二 工程任务
某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面垂直。闸墩 头部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当 设计流量为5500 m3/s时，相应的上游水位为55.0m，下游水位 为39.2 m，上、下游河床高程为20水力分析与计算子项目
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水力分析与计算
水力分析与计算子项目
二 工程任务
某河道宽160m，设有WES型实用堰，堰上游面垂直。闸墩 头部为圆弧形，边墩头部为半圆形。共7孔，每孔净宽10m。当 设计流量为5500 m3/s时，相应的上游水位为55.0m，下游水位 为39.2 m，上、下游河床高程为20.0m，确定该实用堰堰顶高 程。
H0 Q s mb H 20g H 1 0.2 ( n 1) 0 1, 按1计算 k 0 nb b 用基本参数中的
水力分析与计算
3 2
水力分析与计算子项目
堰顶高程EXCEL计算
水力分析与计算
水力顶高程
计算结果：
H0 nb
需用迭代法计算H0
水力分析与计算子项目
三 用excel计算堰顶高程
=1-0.2*($C$5+($D$3=IF(ABS((D9-D8)/D9)<0.01,"是 1)*$B$5)*C9/$D$3 ","否，继续迭代") =IF(B9/$A$5>1,1,B9/$A$5)
=($A$3/($B$3*D8*$C$3*$D$3*$ A$5*SQRT(2*9.8)))^(2/3)
H0 i 1 1 0.2 ( n 1) H0 k 0 0.01 nb 1, 按1计算 i 1 b
3 2
Q s mb 2 g H 0
用上一次迭代出的
=($A$3/($B$3*$D$5*$C$3*$D$3*$ A$5*SQRT(2*9.8)))^(2/3) =IF(B8/$A$5>1,1,B8/$A$5) =1-0.2*(C5+(D3-1)*B5)*C8/D3
问题分析：
水力分析与计算
水力分析与计算子项目
二 工程任务
H
Q 问题分析： H 0 mB 2 g S
23
s 先假设自由出流，该值为1，最后校核。
m 0.502
k 0.7 0 0.45
水力分析与计算
1 0.2 k (n 1) 0
水力分析与计算
圆形，顶部与上游面齐平，闸孔数n=5，每孔净宽b=12m，试 确定堰顶高程。
答案：堰顶高程105.08m
水力分析与计算
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水力分析与计算
主持单位: 广东水利电力职业技术学院
黄河水利职业技术学院 参建单位: 杨凌职业技术学院 安徽水利水电职业技术学院 山西水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 长江工程职业技术学院
堰顶高程
55.0 11.48 43.52
经校核，满足自由出流条件，以上按自由出游计算的 结果正确 。
水力分析与计算
水力分析与计算子项目
四 课下练习
某土石坝中设溢洪道，底坎采用WES堰。已知设计流量 Q=1400m3/s，上游水位高程165.0m，筑坝处河床高程为
100.0m，堰上游为垂直段，边墩头部为圆弧形，闸墩头部为尖
水力分析与计算
Excel水力计算展示厅 堰顶高程确定
主讲人：韩红亮 杨凌职业技术学院
2014.11
水力计算Excel展示厅
堰顶高程确定
水力分析与计算
水利水电建筑工程
水力分析与计算子项目
一 计算公式
堰流的基本计算公式：
3 2
Q s mb 2 g H 0
式中： Q 为过堰流量，m3/s；
σs为淹没系数，当自由出流时， σs=1； ε 为侧收缩系数，无侧收缩时，ε =1 ； H0为堰上总水头，m。
堰前总水头
H0 11.53(m)
160 55.0 20.0 5600(m2 / s)
过水断面面积 43.52 A0
断面平均流速 v0
Q 5500 0.98(m / s) A0 5600 2 v 堰前水头 H H 0 0 11.53 0.05 11.48 d 0 2g