消力池计算(201003修改版)
消力池计算
挖深式消力池计算流程图1. 假设某一池深d ，计算从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋d ＋v o 2/（2×g ）计算示意图 12. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
3. 计算池内跃后水深hc ″hc ″＝25.021321812−+b b ghc qhc α 其中：b 1――消力池首端宽度；b 2――消力池末端宽度。
4. 计算出池落差Δz :Δz ＝22)'(2hs g q ××ϕα－22)"(2hc g q ×α 其中：hs ′――出池河床水深（下游水深）。
5. 计算水跃淹没系数σσ＝（d ＋ hs ′＋Δz ）/hc ″当1.05≤σ≤1.10时假设正确，否则重新假设池深d 进行计算。
※ 本程序中各值采用国际单位制，不再说明。
参考文献：1.《水闸设计规范》（SL265－2001）2.《水力计算手册》第一版·武汉水利电力学院水力学教研室编·水利电力出版社3.《水力学》（上、下册）第二版·成都科技大学水力学教研室编·高等教育出版社4.《取水输水建筑物丛书· 水闸》第一版·陈德亮主编·中国水利水电出版社程序流程图如下：本文档及程序由龚艳光编制，由于本人水平有限，错误在所难免，欢迎大家试用，提出宝贵意见。
E-mail : **********************.cn坎式消力池计算流程图一、池内计算：1. 从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋v o 2/（2×g ）计算示意图22. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q ………………① 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
消力池稳定计算.doc
***水库工程上坝址重力坝方案消力池稳定计算稿(可研阶段)************有限公司XXXX年11月审定：审查：校核：编写：目录1计算目的根据水工结构布置和水力学计算成果，计算可行性研究阶段上坝址重力坝方案消力池底板的抗浮条件，确定抗浮处理措施和工程量。
2计算要求满足可行性研究阶段要求。
3计算依据《混凝土重力坝设计规范》SL319-XXXX《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX《溢洪道设计规范》SL253-XXXX《***水库工程上坝址重力坝方案水力学计算稿》4计算过程4.1基本参数消力池底板总长30m，宽43m，底板厚2m，底板高程1349m。
消力池结合下游开挖布置，对基础进行固结灌浆处理，固结灌浆孔的间、排距均为2m，呈方形布置，坝基面孔深入基岩8m。
为增强护坦与基础连接布置基础插筋锚固，插筋为Φ25@2m×2m，入基岩深5.0m。
底流消能跃前水深按取泄槽末端的水深，根据泄槽水面线结果取末端水深。
4.2 计算公式消力池底板抗浮稳定复核计算按照不设排水孔考虑，计算工况： (1)宣泄消能防冲的洪水流量。
(2)宣泄设计洪水流量。
(3)宣泄校核洪水流量。
根据《溢洪道设计规范》SL 253-XXXX 规定，底板的抗浮稳定计算公式按照下式计算：12312f P P P K Q Q ++=+式中：P 1—底板自重，KN ；P 2—底板顶面上的时均压力，KN ；P 3—当采用锚固措施时，地基的有效重量，KN ； Q 1—底板顶面上的脉动压力，KN ； Q 2—底板底面上的扬压力； (1)护坦自重护坦长度30m ，宽度43m ，厚度2m ，混凝土容重24KN/m 3。
(2)时均压力时均压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-XXXX 中的要求，cos tr w p h γθ=式中：p tr —— 过流面上计算点的时均压强代表值(N/m 2)；w γ—— 水的重度，(kg/m 3)； h —— 计算点的水深；θ—— 结构物底面与水平面的夹角，θ=0。
消力池计算
下游水深计算（校核工况）
消力池深度计算
收缩断面水深计算
堰顶行进流速 0 流速系数 0.9 堰高 0.3 流速 0
计算 过水面积A 7.33606721 水力半径R 0.86865106
计算 流量 27.78 消力池宽度B 6
Lk 3.90459198
取消力池长度5.0m
V X 3.14153439
水深 2
水深 0.742
单宽流量q 4.63
h1 1.031523034
消力池长度的计算 Fr1 Lj 1.41172322 4.880739975
Hk 1.008
Q 39.9
B 12.6
共轭水深的计算
跃前水深H1 0.13 流量Q 9.2 宽度B 8
校核工况时消力池 堰顶总水头Ho计算 堰宽B 12.6 堰前总水头Eo 9.699603387 收缩断面流速V 11.40320784 流量Q 74.29999907 糟率 0.017 4.129552 流量Q 74.3 收缩断面水深hc 0.517119874 弗洛的数Fr 5.06545414 下游水深ht 1.075437967 谢才系数C 57.99725361 单宽流量 5.896825397 跃后水深h2 3.454909932 溢洪道宽度B 12.6 坡比 0.00973 9.699552
C ik 14.616 0.868965517 57.4625 0.00344
R
单宽流量q 1.15
跃后水深H2 1.377346403
校核工况时消力池水面线 堰顶行进流速 7.952 流速系数 0.85 堰高 5.57 流速 7.952
核工况） 过水面积A 13.55051839 水力半径R 0.91862466
消力池计算
**********************************************************************计算项目：消能工水力计算1********************************************************************** ----------------------------------------------------------------------[ 消力池断面简图]--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[ 计算条件]----------------------------------------------------------------------[基本参数]消能工类型:下挖式消力池计算目标:设计尺寸上游底部高程:1.000(m)下游底部高程:0.000(m)消力池首端宽度:6.000(m)消力池末端宽度:6.000(m)水流的动能校正系数:1.000泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950消力池出流流速系数:0.950水跃淹没系数:1.050是否计算消力池前段长度:交互消力池前段长度:0.000(m)自由水跃跃长计算系数:6.900水跃长度校正系数:0.750是否计算消力池底板的厚度:计算消力池底板计算系数K1:0.200消力池底板安全系数K2:1.300消力池底板的饱和重度:25.000(kN/m^3)脉动压强系数:0.050海漫长度计算系数Ks:10.000河床土质允许不冲流速:1.000(m/s)水位流量的组数:1序号单宽流量上游水位下游水位扬压力(m3/s*m) (m) (m) (kPa)1 6.500 3.020 2.020 1.000----------------------------------------------------------------------[ 计算过程]----------------------------------------------------------------------1、判断是否需要建消能工。
消力池
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
矩形断面共轭水深比与弗劳德数的关系 Fr " 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
2
η 1 0.170 0.305 0.425 0.530 0.626 0.705 0.785 0.860 0.935
Fr
2
η 1
Fr2 13 14 15 16 17 18 19 20 21
η 1 11.35 11.45 11.50 11.60 11.70 11.80 11.85 11.90 12.00 12.05 12.14 12.20 12.30 12.40 12.46 12.57
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2.00 2.37 2.70 3.00 3.27 3.52 3.75 4.00 4.20 4.42
η 1 9.62 9.70 9.80 9.90 10.00 10.05 10.12 10.30 10.35 10.50 10.55 10.60 10.70 10.80 10.85 10.95 11.00 11.10 11.30
Fr2 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85
挖深式消力池池深计算
一、输入参数 过闸流量 闸宽 消力池末宽 上游水位 底板高程 335.00 34.40 34.40 4.68 2.00 下游水位 下游底高程 重力加速度g 流速系数 水流动能校正系数 1298.09 1292.00 9.81 0.95 1.00
二、计算过程 1、检查闸下水流衔 接状态 闸处单宽流量q 中间变量A 收缩水深hc Fr^2 跃后水深hc" 因hc" 故需设消力池 2、试求池深 试算淹没系数 下游水深hs 令d= T= 收缩水深hc Fr^2 跃后水深hc" 消力池末端单宽流量 行进流速 池后落差z 3、验算淹没安全系数 淹没安全系数 最终取池深d 1.458 0.500 1.050 6.090 0.373 3.180 1.894 1.423 4.451 9.738 2.084 -0.100 查表得η 1 2.350 取池深d= 0.500 9.738 5.356 2.931 0.384 6.155 > hc 查表得η 1 2.100 上游水深 2.680
单孔闸孔宽及消力池计算(自编)
计算公式 单宽流量 上游总能头 * 收缩水深 跃后水深 q=Q/B To=H+aV2/2g+P hc（输入试算）[ hc3-To*hc2+aq2/2gφ 2=0 ] hc"=hc/2*[√1+8aq2/ghc3-1]*(b1/b2)0.25 0.25 1.08 0.06 0.43 不需设消力池
是否需设消力池：若hc">hs',需设消力池。
-0.13
-0.17
-1.83
பைடு நூலகம்不包括陡坡段的消力池长度
-1.37
此颜色为要输入的数值，其它处严禁改动
当第3次试算的池深和第二次试算的池深相等时，此池深即为所求（一般试算2～3次就可
备 注
可采用1.0～1.05 一般取0.95
可采用1.05～1.1
0.000
当此框内等于“0”时及为收缩水深所求
-0.061
当此框内等于“0”时及为收缩水深所求
-0.070
当此框内等于“0”时及为收缩水深所求
色为要输入的数值，其它处严禁改动
此池深即为所求（一般试算2～3次就可满足要求）
基本资料及符号 * * * * * * * * * * * * 设计流量 Q 闸孔宽度 B 闸上游水深 H 闸下游水深 hs' 上游行径流速 V 上、下游渠底高差 水流动能校正系数 流速系数 φ 消力池首端宽度 消力池末端宽度 水跃淹没系数 σ 重力加速度 g
P a b1 b2 o
数 值 0.15 0.6 1 0.7 1.22 0 1 0.95 0.6 0.6 1.1 9.81
第一次池深计算 出池水位落差 消力池深 △Z=aq2/2gφ 2*hs'2-aq2/2ghc"2 d=σ ohc"-hs'-△Z 第二次池深计算 上游总能头 --(To) * 收缩水深 hc（输入试算） 跃后水深 hc" 出池水位落差 △Z 消力池深 (d) 第三次池深计算 上游总能头 --(To) * 收缩水深 hc（输入试算） 跃后水深 hc" 出池水位落差 △Z 消力池深 (d) 水跃长度 Lj L 0.95 0.35 0.08 -0.44 0.86 0.36 0.08 -0.49 -0.01 -0.22
消力池深、长计算
抗冲要求消力池底板计算系数k1（0.15-0.200.15
消力池底板始端厚度 t 0.947676
抗浮要求消力池底板安全系数k2（1.1-1.3） 1.2
消力池底板面得扬压力U（kPa）220.5187作用消力池底板顶面的水重W(kPa)540.6986作用消力池底板上的脉动压力Pm 458.6341消力池底板的饱和重度（kN/m³）24消力池底板始端厚度 t -38.9407
计算系数λ
0.4垂直收缩系数ε′0.613055流量系数μ0.570935收缩水深hc
0.11035收缩断面流速Vc 11.50097跃后水深hc″
1.670754比值Z=（hs-hc″)/(H-hc″) 1.6488淹没系数σ′0.509584过闸流量Q
33.36815
说明：线性内插值依据黄色数据和表格手动计算
孔流
堰流
渠道正常
水深
说明：若已知流量Q求水深h，采用试算法即可
流量Q
1600假定水位过流量Q1600总净宽B（m）72堰顶高程（m）44.5堰前水深H（m） 6.160412堰前水位Z（m）50.66041上游行进流速 V。
3.167353计流速的堰前水头H。
6.671733自由溢流的流量系数m0.36
侧收缩系数σc0.93淹没系数σs0.935下游水位50.29 hs 5.79 hs/H0.867841翻板门系数0.93
0.833333
0.878333
下游底高程
138。
10 挖深式消力池水力计算
水力分析与计算子项目
=C4/A10 qQ
b
=$C$6*$D$6+($C$6 -1)*$E$6
B0 nb (n 1)d
=A4+B4+C10^2/(2*9.8)
H0
H
ห้องสมุดไป่ตู้
v02 2g
=C4/((A4+B4)*A10)
v0
(H
Q P1)B0
/
水力分析与计算子项目
试算 池深 值
=$D$4+$B$10^2/(2*9.
8*($F$4*$D$4)^2)
A
ht
qc2
2g( ' ht
)2
E0
d
hc1
q2
2
g
h2 2 c1
工作簿2（“02 自动迭代（勿动）”）
jhc1 '' 2g=('0qc2jh2c自1 '')动2 迭 d代（h勿t 动2g）(q'!cG2' h8t )2
在“需要修建消力池”结论的前提下，
将符合条件池深d的所对应的hc平均数
作为hc取值
=IF(F19="不需修建消力池","不需修建消力 池",IF(COUNTIF(E19:E28,"是 ")>0,6.9*($F$10-$E$10),"没有符合要求的 hc1取值，请重新输入假设池深"))
在“需要修建消力池”和消力池深求出
水力计算Excel展示厅
之十 挖深式消力池水力计算
/ 水利水电建筑工程
水力分析与计算子项目
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跃前流速Vc=10.28
闸宽b0=15
流量Q=245.2
淹没系数（1.1-1.05）= 1.05
消力池初始宽度b1=15
消力池末宽度b2=15
上游河床高程=954.5
堰顶高程=958
坝前水位=961
下游河床高程=953.6
下游河道以上作用水头H0=7.4
下游水位=955.59
上下游水位差H'= 5.41
池后正常水深hs'= 1.99
过渡段水平长Ls=0水跃长度改正数B(0.7-0.8)=0.75消力池底板计算系数k1=（0.15-0.2）0.17
消力池底板安全系数k2=（1.1-1.3） 1.2
消力池底板的饱和重度（KN/M3）=23
海曼长度计算系数=（中砂12-11）11
下游引河的水面宽度Bm=24.85二、深度
β=b2/b11
过闸单款流量q=16.35
过池单款流量q=16.35跃前断面弗努德数Fr=V/SQRT(ghc) 2.60
消力池深度d=0.23
跃后水深h''= 5.11出池落差z(以过池流量计算)= 3.15
试算d=0.23
误差=0.00措施后淹没系数=（1.05-1.1） 1.05三、长度
水跃长度Lj=24.29消力池长度Lsj=18.21
取34
四、消力池前端底板厚
1、抗冲
厚度t= 1.05
2、抗浮
池底板下游水深H2= 1.99消力池底板扬压力U=(KPa)29.10消力池首端顶板上水重W=(KPa)15.91消力池末端顶板上水重W=(KPa)51.11消力池顶板重W=(KPa)
跃前收缩断面流速水头=11.13消力池前半段底板上脉动压力Pm=+(KPa)0.56消力池前后段底板上脉动压力Pm=-(KPa)-0.56消力池前端底板厚度t=0.72消力池末端底板厚度t=-1.18消力池前端底板厚度t= 1.05试算t=0.92五、消力池末端底板厚
t=0.50六、海漫长度
消力池末端宽度b2=15消力池末端单宽流量qs=16.35 sqrt(qs*sqrt(H'))=(1-9) 6.17海漫长度Lp=67.83七、翼墙扩散角θ(12度左右为宜)
下游尾水在消力池变色镜以上的水深h2= 1.99
消能设备的高度P=0.23
消能设备处水深H1= 5.11
上下游水位差= 5.41
tanθ=-0.23
试算θ=10.00
试算tanθ=0.18
误差=0.41
翼墙长度L=0.00
下游引河的水面宽度Bm=24.85
闸内的水面宽度Bn =15
ΔB=Bm-Bn= 9.85
翼墙长度系数（2.5-3）=3
翼墙长度L=14.775
tanθ=0.00
试算θ=14.00
试算tanθ=0.00
误差=0.00
翼墙长度宜取0~15
八、翼墙扩散曲线y/b0=0.5*(x/(b0*Fr0))^1.5+0.5
扩散段上游渠道宽b0=15
扩散段下游渠道宽b=15
均匀来流Fr0= 2.32九、挡土墙高程计算
最大跃后水深+安全超高
渠道通过加大流量时的水深hb= 5.11渠道岸顶超高Fb=0.25*hb+0.2 1.48挡土墙高度H= 6.59挡土墙底部厚度一般可取（0.6~0.8）*H
注意：1、判断是否需要建消力池前，请将表格中的消力池试
2、红字部分需要人为添加的数据。
3、参考《水力工程设计计算手册》、《水工设计手册 第六卷
1.08
四、消力池前端底板厚
2、抗浮
1）时均压强p
下游水深H2= 1.99收缩断面流速Vc=10.28水重γ=10.00护坦始端α=1/3-1/20.50收缩断面x=（1/3~1/2）L后α= 1.00首端时均压强p=αγH29.95末端时均压强p=αγH219.9 2）平均脉动压强A'
护坦上平均脉动压强系数am
上游首端am=0.1下游末端am=0.05护坦长度L=18.21首端平均脉动压强A'= 5.38末端平均脉动压强A'= 2.69首端总脉动压强A=15.33末端总脉动压强A=22.59试算首端护坦厚度d=0.92护坦首端浮起稳定安全系数K=(1.2-1.4) 1.94试算末端护坦厚度d= 1.00护坦末端浮起稳定安全系数K=(1.2-1.4) 1.16混凝土容重=23总的混凝土重W=385.43护坦顶部总静水压力P=γV610.31护坦总扬压力U=γ(H2+d)530.05
式中：h2——下游尾水在消力池变色镜以上的深度（米）
P——消能设备的高度（米）
H1——消能设备处的水深（米）
ΣP/H1——各种消能设备的高度与该处水深的比值的总和
上游翼墙的长度，一般不小于闸上水深的3～6倍，并至少应达到上游护坦的末端，其高度应略高于上游最高水位下游翼墙的长度根据需要进行布置，其高度在靠近水闸出口处应略高于下游最高水位，对于中小型
L=（2.5-3）
ΔB=Bm-Bn
式中：L——翼墙长度（米）
Bm——下游引河的水面宽度（米）
Bn——闸内的水面宽度（米）
前，请将表格中的消力池试算深置0！！
》、《水工设计手册 第六卷 泄水与过坝建筑物_华东水利学院》
，其高度应略高于上游最高水位。
中小型水闸，翼墙的长度通常按水面宽度来确定：
远离式水跃。