导流水力计算补充资料
06排水管渠水力计算
流量
6/16/2017
排水管渠水力计算
21
2.4.1 设计充满度（h/D） 2.4.2 设计流速(v) 2.4.3 最小管径 2.4.4 最小设计坡度和不设计管段的最小 设计坡度 2.4.5 管道的埋设深度和覆土厚度
6/16/2017 排水管渠水力计算 22
2.4.1 设计充满度（h/D）和超高
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排水管渠水力计算
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管道埋深允许的最大值。 当管道的坡度大于地面坡度时，管道的埋深就愈来 愈大，尤其在地形平坦的地区更为突出。埋深愈大， 则造价愈高，施工期也愈长。 应根据技术经济指标及施工方法确定，一般：
在干燥土壤中，最大埋深不超过7-8m； 在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。
W上 d X w
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排水管渠水力计算
13
梯形明渠的底宽为 6.0m，边坡为1：1.5， 摩擦系数为n=0.056， 渠道中水深为1.2m， 坡度为0.025。计算 该渠道的流量。
采用管径为0.6m的 混凝土作为污水管， 坡度为2.5 ‰，水深 是0.25m，平均流速 和流量是多少？
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充满度：设计流量下，污水在管渠内的有效水深h 与管径D的比值。
h/D =1时，满流—雨水、合流管道 h/D <1时，非满流—污水管道 《室外排水设计规范》规定，重力流污水管道，非满流计算时最 大设计充满度：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
排水管渠水力计算
23
为什么要做最大设计充满度的规定？
（1）预留一定的过水能力，防止水量变化的 冲击，为未预见水量的增长留有余地；
排水管渠水力计算
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污水管道水力计算的设计数据
导流设计所需资料PPT概要
1本坝址区历年实测逐月最大、最小及瞬时平 均流量；（要求具有每日瞬时最大流量）； 2全年及各月不同频率最大流量； 3各种不同施工期内各种频率最大流量（不同分
期包括汛期、春汛及枯水期）； •所需的相关图表
1址各种频率最大洪峰流量及典型年洪峰过程 曲线 2坝址水位流量关系曲线； 3导流泄水建筑物上、下游水位–流量关系曲线 4 水库库容曲线
设计基础资料
•工程等级别
工程等级和建筑物级别
根据工程主要设计文件、报告查阅工程等别 •永久建筑物等级 根据设计文件、规范核实永久性建筑物级别 •临时建筑物等级 根据设计文件、规范确定临时性建筑物级别
水利水电工程施工组织与管理
施工导流概述
设计基础资料
•水文基础数据
水文、气象资料
•气象基础数据
1历年各月气温统计,； 2历年逐月降雨量统计； 3历年各月不同降雨强度出现天数统计； 4常见暴雨中心、降雨强度时间和空间分布, 一 次暴雨历时等暴雨特性 5降霜、雪及冰雹特性
水利水电工程施工组织与管理
施工导流概述
设计基础资料
•主要建筑材料
建筑材料
水泥、钢材、木材、油料、炸药等供应情况、 来源、交通运输条件、运距等 •工程区材料 当地砂石、土料、产地、储量、性质及开采运
输条件 •各种材料物理力学性质及骨料碱活性测定
粗骨料(砾石)物理力学性质 细骨料(砂)物理力学性质
土料物理力学性质
拟定导流方案时, 尽可能利用水利枢纽中永久
引水及泄水建筑物(如隧洞、明渠、底孔等)。 挡水、泄水、引水建筑物等的地基处理要求, 开挖深度范围与岸坡连接的方式等有关资料。
水利水电工程施工组织与管理
的情况、行船允许流速、坡降等。
2 施工期工农业城市用水。 施工导流前期、后期选择导流方式时, 临时泄水孔封 堵, 满足蓄水发电等同时, 应兼顾考虑用水部门要求。 3需要的供水量 年内各季、各月的分配量; 据此纳入泄水建筑物设计、 断面尺寸、高程及封堵孔洞的顺序及时间安排。
施工水力学与导流工程
施工水力学与导流工程前言在河流在修建水工建筑物，由此而引起河道水流的变化，在施工期间往往与通航、筏运、渔业、供水，灌溉会或水电站运转等水利资源的综合利用的要求发生矛盾。
显然，水利水电工程整个施工过程中的水流控制,概括说就是要采取导、截、拦、蓄、泄等施工措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾,避免水流对水工建筑物的不利影响，把河水流量全部或部分地导向下游或拦蓄起来,以保证工程在干地上施工和施工工期不影响或尽可能少影响水利资源的综合利用。
本文就是简单总结施工过程中水流控制的常用方法。
简单介绍了施工导流的基本方法，施工过程中水流的控制。
例如，分段围堰法导流和全段围堰法导流；导流建筑物的布置和水力计算等等。
其中，有些方法介绍的比较详细，并有相关的例题加以论述，有些方法和理论只是作简单的介绍。
一施工导流的基本方法1 分段围堰法分段围堰法亦称分期围堰法，就是用围堰将水工建筑物分段围护起来进行施工的方法。
所谓分段，就是从空间上用围堰将建筑物分成若干施工段进行施工.所谓分期，就是从时间上将导流分为若干时期.分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程中，尤其是通航河流或冰凌严重的河流上。
这种导流方法的导流费用较低,所以国内一些大、中型水利水电工程采用较广。
例如,我国新安江、三门峡、丹江口等枢纽施工中，都采用过这种导流方法。
这种导流方法，前期可以由束窄的河道导流；后期可利用事先修建好的泄水道导流，其类型如下。
㈠底孔导流底孔导流时，应事先在混凝土坝体内修好临时底孔或永久底孔，然后让全部或部分导流流量通过底孔宣泄到下游，保证工程继续施工。
如临时底孔,则在工程接近完工或需要蓄水时要加以封堵。
这种导流方法在分段分期修建混凝土坝时用的比较普遍。
采用临时底孔时，底孔的尺寸、数目和布置,要通过相应的水力学计算决定.其中底孔的尺寸在很大程度上取决于导流的任务（过水、过木、过船、过鱼），水工建筑物的结构特点和封堵用闸门设备的类型。
施工水力学与导流工程
施工水力学与导流工程前言在河流在修建水工建筑物，由此而引起河道水流的变化，在施工期间往往与通航、筏运、渔业、供水，灌溉会或水电站运转等水利资源的综合利用的要求发生矛盾。
显然，水利水电工程整个施工过程中的水流控制，概括说就是要采取导、截、拦、蓄、泄等施工措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物的不利影响，把河水流量全部或部分地导向下游或拦蓄起来，以保证工程在干地上施工和施工工期不影响或尽可能少影响水利资源的综合利用。
本文就是简单总结施工过程中水流控制的常用方法。
简单介绍了施工导流的基本方法，施工过程中水流的控制。
例如，分段围堰法导流和全段围堰法导流；导流建筑物的布置和水力计算等等。
其中，有些方法介绍的比较详细，并有相关的例题加以论述，有些方法和理论只是作简单的介绍。
一施工导流的基本方法1 分段围堰法分段围堰法亦称分期围堰法，就是用围堰将水工建筑物分段围护起来进行施工的方法。
所谓分段，就是从空间上用围堰将建筑物分成若干施工段进行施工。
所谓分期，就是从时间上将导流分为若干时期。
分段围堰法导流一般适用于河床宽、流量大、施工期较长的工程中，尤其是通航河流或冰凌严重的河流上。
这种导流方法的导流费用较低，所以国内一些大、中型水利水电工程采用较广。
例如，我国新安江、三门峡、丹江口等枢纽施工中，都采用过这种导流方法。
这种导流方法，前期可以由束窄的河道导流；后期可利用事先修建好的泄水道导流，其类型如下。
㈠底孔导流底孔导流时，应事先在混凝土坝体内修好临时底孔或永久底孔，然后让全部或部分导流流量通过底孔宣泄到下游，保证工程继续施工。
如临时底孔，则在工程接近完工或需要蓄水时要加以封堵。
这种导流方法在分段分期修建混凝土坝时用的比较普遍。
采用临时底孔时，底孔的尺寸、数目和布置，要通过相应的水力学计算决定。
其中底孔的尺寸在很大程度上取决于导流的任务（过水、过木、过船、过鱼），水工建筑物的结构特点和封堵用闸门设备的类型。
水利工程施工——导流
缺口、梳齿泄流侧收缩系数ε曲线
台形堰（土石过水围堰通常属于这种类型。）
• 据日本车间试验，提出三种流态 (自由出流、过渡 流态、淹没出流) 的出流公式为：
Q mp B 2g H
3 2
mp——台形堰流量系数，见表（6） σp——过渡流淹没系数，见表（6） φp——淹没出流的流量系数，见表（6）
弧形堰形状系数η
河槽形状 宽河槽 窄河槽 Α
15
0.71 0.83
30
0.35 0.48
45
0.20 0.28
60
0.11 0.13
75
0.04 0.04
90
0 0
• 河床上修建水工建筑物，将改变天然的水 水流衔接与消能 ——底流消能 流特性。为了消减集中下泄水流造成的严 重冲刷，应处理好水流衔接和消能。
表（1）分期导流的流态界限
宽顶堰 L/H=2.5～20 自由出流 HS<1.25HK HS<0.8H0 淹没出流 HS≥1.25HK HS≥0.8H0 缓流 I<IK H0>HK 明渠流 L/H>20 急流 I>IK k0<hk
H0——上游水头
h0——正常水深
hk——临界水深
• (1)对于淹没堰流，通过束窄河床的泄水流量Q近 似按下式计算：
≈
≈
0
0
0.29+0.32H/P1
0.28+0.37H/P1
0.45
0.25
1.090
1.032
0.200
0.124
0.8
0.8
2.6
2.6
侧堰（侧堰的轴线与水流方向平行）
• 分期围堰的纵向围堰缺口过水属于此种类型，直 角分水的侧堰泄水流量公式为：
施工导流计算
某水利枢纽工程施工导流建筑物为5级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004初步确定导流标准为5年一遇（P=20%）,5年一遇枯水期洪峰流量为80m3/s，洪水历时为24小时；采用全段围堰（挡枯水期洪水）泄洪洞导流围堰为不过水土石围堰,初步确定泄洪洞底高程663m宽4-6m，高5-7米，洞长400米；试根据拟定的泄洪洞尺寸计算堰前最高水位及最大下泄流量。
假设泄洪洞底坡为0.005，出口为自由出流。
分析：Z-V关系曲线（或Z-F关系曲线）；洪水标准及相应设计洪水过程线；拟定的泄洪建筑物型式与尺寸，并推求q-V关系；水库汛期的控制运行规则；初始边界条件（包括起调水位、初始库容、初始下泄流量）。
水位～库容关系曲线表671100690168067213169117706731666922035674206693224067525169424626763016952701677357696296867841869732686794840查魏璇主编《水利水电工程施工组织设计指南》中隧洞导流水力计算水位-泄量关系。
解：1.根据题意及条件绘制Z-V关系曲线如下图2.洪水标准及洪水过程线洪水标准（P=20%）T（h）Q(m3/s)T（h）Q(m3/s)T（h）Q(m3/s) 009781816151066191121511562083301248215443134222355314342326651528241775162488017203. 拟定的泄洪建筑物型式与尺寸及相应得水力计算，并推求q-V关系该泄洪建筑物为矩形泄洪洞，拟定其宽为5m，高为5m，泄洪洞底高程663m，过水面积A=25m²。
因为隧洞为自由出流判别式如下：无压流H/D<1.2有压流H/D>1.5半有压流或半有压与有压交替的不稳定流 1.2<H/D<1.5式中H----从隧洞进口断面底部算起的上游水头，m。
老松江水电站大坝施工导流方式选择与水力计算 (2)
老松江水电站大坝施工导流方式选择与水力计算1 工程概况老松江水电站位于吉林省抚松县松江河镇老松江村上游1 km处的松江河上，该电站是以发电为主，兼顾防洪、养殖、旅游等综合利用的工程。
工程主要由堆石坝、溢洪道、引水发电隧洞、调压井、电站厂房及开关站组成，工程等别为Ⅲ等。
堆石坝和溢洪道建筑物级别为3级，引水发电隧洞、调压井、电站厂房建筑物级别为4级，其他临时建筑物为5级。
大坝全长378 m。
坝顶高程为745.60 m，防浪墙顶高程为746.80 m，溢洪道进口底高程730.00 m，溢洪道宽10.5 m。
老松江电站坝址处于狭窄的“v”型山谷，常年水面宽度不超过55 m，现有道路通往左、右岸，坝址处左岸地势较陡，地面坡度约30°，右岸地势相对较缓，地面坡度约10°，两岸坝肩均为较完整、坚硬的玄武岩组成，稳定条件较好，坝基地段上部为厚3.0 m左右的壤土夹碎块石，下伏基岩为厚15～35 m的玄武岩，分布于坝基的玄武岩和含泥砂砾卵石层，其透水性较强。
2 导流标准老松江电站堆石坝及溢洪道为Ⅲ级建筑物，厂房及调压井为Ⅳ级建筑物。
围堰失事后，将对下游造成一定损失。
按《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303—2004)的规定及导流建筑物保护对象、失事后果、使用年限、围堰工程规模等综合分析确定本工程导流建筑物级别为Ⅴ级，确定导流围堰洪水标准为5年洪水重现期，洪水频率为20%。
截流期标准为20%旬平均流量。
3 导流方式的选择本工程坝址处河道十分狭窄，施工导流主要针对坝址处施工导流进行方案选择。
施工导流主要负责保证坝址处干地施工，需度过春、秋、大汛洪水，洪水标准根据导流挡水建筑物及保护对象等条件分别确定。
根据上述要求，主要针对三种导流方案进行比选，分别为：3.1 纵向围堰分期导流方式坝址处河道狭窄，根本无法满足的上、下游及纵向土石围堰的分期导流方式。
3.2 导流洞导流方式根据工程施工现场条件，导流洞只能布置在左岸。
水利工程施工——导流
Q Ac 2g(H 0 hs)
(1)
或写成：
Z
vc2
2 2g
v02 2s 2g(H0 hs)
Ac——过流断面面积; v0、vc——分别为行近 流速和收缩断面流速; H0——上游水头; H——上游水深; hs——下游水深; b——矩形河槽宽度; Z——上下游水位差。
2.20
1.70
2.00
2.50
2.10
2.50
3.00
2.40
2.80
3.50
2.80
3.30
4.00
3.00
3.70
4.50
3.50
4.00
5.00
3.80
4.50
5.50
4.00
5.00
6.00
表（4）岩石及加固工程的平均抗冲流速 m/s
项目
平均水深 0.4 1.0 2.0 ≥
砾岩、泥灰岩、泥质板岩、 页岩
①指新鲜未风化的岩石。
2 、坝体缺口、过水围堰水力学计算
• 坝体缺口泄流见图
宽顶堰
• 当堰顶长度L和水头H的关系在2.5H<L≤20H时，按 宽顶堰公式计算，如自由出流时 (堰顶的下游水深 hs<1.25hk或hs <0.8H0)，泄水流量按下式 计算：
3
Q mB
2
g
H
2
0
B——堰孔过水宽度； H0——缺口底槛以上的上游水头； ε——侧收缩系数； m——流量系数。
h0——上游围堰转角处(x/L=0) 水深; bi——沿纵向围堰不同部位的相对自 由水面降差，见下表; H——上游水深。
表（3）ai与bi试验值
表（3）松散体河床平均允许抗冲流速 m/s
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导流水力学计算补充资料
导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸;确定围堰高程及高度;为计算导流方案工程量提供依据。
分为四类介绍:分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。
一、分段围堰法之前期导流的水力计算
要求:束窄河床流速校核;确定上、下游围堰的高程及长度;确定纵向围堰的高程及长度。
1、上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定)绘出束窄河床导流水位计算简图如下:
图中z为上下游水位差,m;v
0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s;v
c
为束
窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。
(1)计算公式[教材公式(1-3)]
上述计算简图中,可近似假定h
c =h
d
,按能量方程:
式中,河床束窄断面处流v
c
为:(公式1-4)
Q
D
为导流设计流量,m3/s、
设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A
u
:
则v
0为而A
u
与河床地形与z有关、
A
u
=f(Hu)=f(z)
(2)试算法求z:
已知:导流设计流量Q
D
;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值);
下游水位-流量关系曲线h
d
-Q;K及其它系数。
计算步骤:
step1:由Q
D ,K求v
c
,校核v
c
就是否小于允许流速[v
c
],并选定各种系数值;
step2:设z=z
s ,求h
u
,=h
d
+z
s。
并查得A
u
;
step3:求v
0=Q
D
/A
u
;
step4:将v
c 与v
代入公式(1-3),求出z;
step5:比较判定 |z-z
s
|<e ,若不满足,回到step2;
e为计算控制精度,可取0.01m,计算至满足精度要求为止、
2、围堰剖面设计
围堰剖面设计包括:堰顶高程计算、堰顶宽度拟定、上、下游边坡拟定、围堰绘横剖面图,并进行上、下游围堰及纵向围堰布置设计。
完成习题时应查阅参照类似工程围堰设计与布置资料。
二、分段围堰法之后期导流的水力计算(底孔、缺口水力计算)
在导流水力学计算中,常遇到两个及以上泄水建筑物联合泄流问题。
最常见的组合有:底孔+缺口联合泄流、隧洞+过水围堰联合泄流、厂房中双层泄水孔联合泄流等。
由于不同建筑物泄水状况相互干扰,对此类问题难以准确计算。
为了使用计算需要,通常假定几种建筑物泄水相互不干扰,即,参与联合泄流的几种建筑物总的泄水能力可由各建筑物单独泄水能力曲线叠加而得。
导流水力学计算中常用联解方程法与图解法解决此类问题。
以下以底孔+缺口联合泄流为例说明其计算应用,如图1所示。
一般来讲,河流枯期流量小时,底孔引导水流,缺口上升。
而汛期流量大时,缺口与底孔联合渲泄洪水。
计算要求:缺口、底孔的过流量及流速、确定二期上、下游围堰的高程及长度、确定二期纵向围堰的高程及长度。
河流流量由小到大增加时的流态:底孔无压-底孔有压-底孔+非淹没堰流-底孔+淹没堰流。
1、上游水位计算 (联合泄流计算工况)
假定:几种建筑物泄水互不干扰。
(1)计算简图及公式
绘出底孔与缺口联合泄流计算简图
:
计算公式:
(1)底孔流量
(2)缺口流量 (3)水量平衡方程: Q D =Q 1+Q 2
Q D 为导流设计流量,m 3/s;各项物理意义参见导流水力学计算补充资料。
一般可联解上面三个方程求解。
2、图解计算法 (联合泄流计算工况)
s g Q σμω)(21下上∇-∇=1s
g mB Q σ2)(2/32缺上∇-∇=
3、围堰高程计算
同前期导流计算方法
4、围堰布置及尺寸
与前期导流法布置类似;注意围堰位置及其相互关系、5、缺口设计
／[q]
、缺口宽度B: B=Q
缺
[q]为临时缺口允许单宽流量,取60-80m3/s/m;
、缺口布置:施工方便:结构可靠: 6、底孔设计
、底孔面积:ω=Q
/[v]
孔
、底孔数目:N= ω /(b*h b)
、底孔布置:从结构要求、封堵闸门设备、底坎高程、河流综合利用等方面考虑。
三、全段围堰法之隧洞导流的水力计算
要求:隧洞的过流量及流速;
确定隧洞过水断面形式及面积;
确定上、下游围堰的高程及长度;
1、上游水位计算
(1)洞内流态:
枯期流量较小时为明流:按明渠水流计算;流量逐步增大时可能出现明满交替流情况:尽可能避免;
汛期流量较大时可能为有压流:按能量方程推导公式计算(计沿程损失);(2)有压流计算简图及公式
导流隧洞有压流计算简图如下。
隧洞有压流计算公式:公式中各项物理意义见导流水力学补充资料。
2、围堰高程及布置
同前
3、导流隧洞洞径D选择(洞径优化)
若洞径 D大,可加大泄流量Q,相应围堰高度低;反之,若洞泾D减小,泄流能力Q减小,会增加围堰高度高,
一般来讲,以隧洞开挖衬砌费用+围堰费用→min
应结合导流隧洞临时支护形式,进行方案的技术经济比较
4、导流隧洞消能防冲
略
四、明渠导流的水力计算
计算要求:明渠的过流量及流速;确定明渠过水断面形式及面积;确定上、下游围堰的高程及长度;
1、上游水位计算
明渠进水口可初估为堰流形式,即可按堰流公式计算渠道进口泄流能力,进而求出相应于导流设计流量Q
的明渠进口上游水位。
D
2、明渠均匀流计算公式
流速v=C√RJ 流量Q=Av=AC√(Ri)
若C采用曼宁公式计算,则
流速v=R2/3i1/2/n
流量Q=AR2/3i1/2/n
式中,n-糙率;R-水力半径;i-坡比
2、渠内水面曲线推求
用于确定明渠边墙高度。
参见水力学。
3、明渠断面选择:
矩形;梯形;复合断面。
4、其余计算同前。