《水力分析与计算》课程设计
项目六堰流水力分析与计算
项目六堰流水力分析与计算堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，是水利工程蓄水调度、防洪发电、灌溉航运的主要工程措施之一。
堰流水力分析与计算项目的主要任务是掌握堰流分类、堰流水力计算公式及影响因素分析，薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流流量系数、侧收缩系数及淹没系数确定方法；会根据实际工程资料进行堰流水流现象分析，能进行薄壁堰、实用堰、宽顶堰过流能力计算。
任务一堰流水力分析1 堰流及其分类1.1 堰及堰流堰是河渠中修建的既可挡水而顶部又可以溢流的水工建筑物，堰的上游水流受其约束，上游水位壅高，水流经堰顶泄流时，堰对水流有局部的侧向收缩或底坎垂向收缩约束，形成堰顶水面不受任何约束呈连续的自由降落的急变流，这种水流现象称为堰流。
见图6-1。
图6-11.2 堰流分类在水利工程中，常根据不同的建筑条件及使用要求，将堰作成不同的类型，堰的外形不同，其过水能力也不同，对堰流进行水力计算之前首先对堰流进行分类。
在图6-1中，P1表示堰顶超出上游河床的高度，称为上游堰高；P2表示堰顶超出下游河床的高度，称为下游堰高；H为堰上水头，它是距堰壁（3~4）H的0-0过水断面处，从堰顶起算的水深。
堰前0-0过水断面的平均流速v 0称为堰前行近流速，堰的上游水位也应在此量测；δ为沿水流方向水流溢过堰顶的厚度。
根据堰顶厚度δ与堰上水头H 的比值，将堰流分为以下三种：（1）薄壁堰流—堰顶厚度δ≤ 0.6 7H 时，称为薄壁堰。
通过薄壁堰顶下泄的水流，水舌下缘与堰顶只有线的接触，下泄水流几乎不受堰顶厚度δ的影响，水面呈单一降落曲线的水流叫薄壁堰流（图6-1a ）。
（2）实用堰流——堰顶厚度0.6 7H <δ≤2.5H 时 ，称为实用堰。
通过堰顶下泄的水舌下缘与堰顶呈面接触，水流受到堰顶的约束和顶托，但其泄流主要是重力作用，水流仍是单一降落的曲线，这种水流叫实用堰流（图6-1b ）。
（3）宽顶堰流—堰顶厚度2.5H <δ≤10H 时，称为宽顶堰。
《水力分析与计算》微课_挖深式消力池水力计算(精)
——挖深式消力池水力计算
主 讲 人：杨栗晶 广东水利电力职业技术学院 shuilx@ 水力分析与计算
内容回顾
底流消能水力分析计算 1、泄水建筑物下游水跃衔接形式及其对消能 的影响
ht hc " 远离式水跃 ht hc " 临界式水跃
ht hc " 淹没式水跃
消能设计
2、泄水建筑物下游收缩断面水深的计算
水力分析与计算
主要内容
一、消力池（消能工） 二、挖深式消力池池深s的计算 三、挖深式消力池池长的确定
水力分析与计算
一、消力池（消能工） 主要内容
挖深式消力池
坎（消力墙）式消力池
综合式消力池
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算 及其对消能的影响 层流和紊流的水头损失规律
hT j hc1" s ht Z s ht Z j hc1 "
s ht Z 校核 j hc1"
水力分析与计算
二、挖深式消力池池深s的计算
估算池深： s 1.05hc "ht 计算建池后 hc1"
E0 ' E0 s hc1 q2 2 g 2 hc1
2
计算水面跌落 Z
q 1 1 Z 2 2 2g ( ' h ) ( h " ) t j s ht Z
s ht Z 校核 j hc1"
若 j 1.05 ~1.1 则池深符合要求，否则重新假定池深S，重复 上述计算。
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
官网水力计算课程设计
官网水力计算课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握官网水力计算的基本原理和方法。
2. 使学生了解并掌握流体力学在水利工程中的应用。
3. 帮助学生理解并运用相关公式进行官网水力计算。
技能目标：1. 培养学生运用流体力学知识解决实际问题的能力。
2. 提高学生官网水力计算的数据分析和处理技能。
3. 培养学生团队协作和沟通交流能力，通过小组讨论和报告的形式展示学习成果。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对水利工程建设的兴趣和责任感，认识到水资源合理利用的重要性。
2. 引导学生关注我国水利事业的发展，增强民族自豪感。
3. 培养学生严谨的科学态度和积极探索的精神。
课程性质分析：本课程为水利工程学科的核心课程，旨在让学生掌握官网水力计算的基本理论和方法，培养解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生处于高年级阶段，已具备一定的流体力学和水利工程基础知识，具有较强的逻辑思维和动手能力。
教学要求：1. 结合实际案例，深入浅出地讲解水力计算原理和公式。
2. 鼓励学生参与课堂讨论，提高分析问题和解决问题的能力。
3. 注重实践操作，培养学生的实际操作能力。
4. 适时进行课程评估，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容1. 官网水力计算基本原理：介绍流体力学在水利工程中的应用，重点讲解达西-魏斯巴赫方程、曼宁公式等基本计算方法。
教材章节：第三章 流体力学基础，第四节 水力计算原理。
2. 官网水力计算公式及其应用：详细讲解不同工况下的水力计算公式，如均匀流、非均匀流、临界流等。
教材章节：第四章 水力计算公式，第五节 水力计算公式应用。
3. 实际案例分析：分析典型水利工程案例，如渠道设计、防洪工程等，使学生了解水力计算在实际工程中的应用。
教材章节：第五章 水利工程案例，第二节 案例分析。
4. 官网水力计算软件应用：介绍常见的水力计算软件，如HEC-RAS、MIKE 等，并进行实际操作演示。
教材章节：第六章 水力计算软件，第三节 软件应用。
水力分析与计算课程设计
水力分析与计算课程设计背景介绍水力学是研究水在管道和河道中的流动和相互作用的学科，是现代水利工程设计和规划的基础。
水力学课程涵盖了多个领域，包括液体的物理特性、流动的稳态和非稳态运动、力学原理和能量守恒定律等。
在水利工程中，水力学的应用范围很广泛，包括水泵、水电站、防洪工程等。
本课程设计旨在通过实际案例来学习水力学基本理论和应用。
实验目的1.了解水力学基本理论和基本计算方法2.掌握水力学模型设备和实验技术3.学习水力学建模及其数学计算方法4.通过实际案例模拟，综合运用水力学理论和应用实验内容本实验包括以下部分：实验器材1.流量计2.压力计3.水泵4.水沟模型实验步骤1.测量水沟模型长度和高度。
2.安装流量计和压力计。
3.调整和测试水泵的流量、压力和功率。
4.测量实验过程中的数据。
5.计算比能量损失系数。
实验数据实验过程中需要测量的数据包括以下内容：1.水量2.压力3.流速4.动能5.功率实验原理流体力学原理主要是通过质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，对流体进行研究和分析。
在建立流体动力学模型并计算过程中，必须确定一些物理性质，例如流速、压力、密度、流量、比能量损失和液面高度等。
在水力学中，常用的计算公式包括以下几条：1.流量公式：Q=VA其中，Q表示流量，V表示流速，A表示管道横截面积。
2.连通管道两端的压力损失公式：$\\Delta P=h f \\frac{L}{D} v^{2} / 2 g$其中，$\\Delta P$表示两端压力差，h表示流体的比能量损失系数，L表示管道长度，D表示管道直径，v表示平均流速，g则表示重力加速度。
3.泵经管道输送的功率公式：$P=\\rho Q g h$其中，P表示功率，$\\rho$表示流体密度，Q表示流量，g表示重力加速度，h则表示水头。
实验报告实验报告应包括以下内容：1.实验器材的说明和使用方法2.实验数据的测量和处理方法3.实验计算原理和结果分析4.实验结果的讨论和结论总结通过这次实验，我们可以更深入地了解水力学的基本理论和应用。
课程设计(水力计算)分析
目錄一、水资源规划及利用课程设计任务书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P3~P6二、水文计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P7~P101、径流剖析算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P7~P82、洪水及程的推求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P8~P9`3、典型洪水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P9~P104、放大典型洪水程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P10~P11 三、兴利调理计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P11~P14 1.制水位 -容曲⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P11 2.不算水量失⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P11（1）求利容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P11（2）确立正常高水位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P113.考虑水量损失机⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P12（1）利容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P12（2）正常高水位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P12四、防洪计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P12~P141、水洪助曲算程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P12~P132、洪演算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯P13~P143、求洪水位，校核洪水位、洪容、洪容和最大下泄量五、水库水能计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P14~P15 六、参照书本⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ P16设计任务和要求1、设计任务某一综合利用的水库水电站水文与水利计算。
2、要求1）求丰水年（ P=10%）、平水年（ P=50%）、枯水年（ P=90%）三种典型年的年径流量及年内分派。
2）设计洪水及其过程线的推求（设计P=2%、校核 P=0.2%）。
3）兴利调理计算和兴利库容及正常蓄水位的推求。
4）水库的调洪计算和泄洪建筑物的尺寸及设计、校核洪水位的选择。
5）水库最正确消落深度的计算和水库死水位确实定。
《水力分析与计算》有压短管过流能力计算.
水力分析与计算
有压短管过流能力计算
解：
1 1 1 1 1 C R6 ( ) 6 56.7 n 0.014 4 8 g 8 9.8 λ 2 0.024 2 C 56.7 1 1 μc 0.571 l 35 ( i ) 0.024 0.5 2 0.365 1 d 1
Q c A 2 gZ 0.571 0.25 3.14 12 19.6 1 1.985(m3 / s)
虹吸管中最大真空一般发生在管道最高位置。本题最 大真空发生在第二个弯头后的B-B 断面。考虑A-A断面和 B-B 断面的能量方程，则
水力分析与计算
有压短管过流能力计算
Q 1.985 3 2 . 53 ( m / s) 2 A 0.5
水力分析与计算Leabharlann 有压短管过流能力计算主 讲 人： 吴 长 春 安徽水利水电职业技术学院
2015.03
有压短管过流能力计算
有一渠道用两根直径为1.0m的混凝土虹吸管来跨越山丘， 渠道上游水位为▽1＝100.0m，下游水位为▽2＝99.0m，虹吸管 长度L1=5m L2=15m；L3=15m，中间有60°的折弯两个，每个弯头 的局部水头损失系数为0.365，若进口局部水头损失系数为0.5 ；出口局部水头损失系数为1.0。 问题：当虹吸管中的最大允许真空度为7m水头时，虹吸管 的最大安装高程Hs为多少？
v2
v2
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
pB
v
l1 l2 v2 0 0 0 Hs hw H s ( 1 2 2) 2g 2g d 2g pB lB v2 H s ( 1 2 2) hv d 2g pB l1 l2 v2 5 15 2.532 H s hv ( 1 2 2) 7 (1 0.024 0.5 2 0.365) 6.12 (m) d 2g 1 2 9.8
水利水电建筑工程专业技能课程水力分析与计算教学文本
学生根据案例讲解，分组计划工作任务，明确解题思
路。
0.2
学生在工程案例学习基础上学生对某水闸平板闸门静水总压力进行计算，根据同
4．实施 练习，教师辅导。
学提出的问题，总结共性问题集中讲解，个别问题单 0.3 独辅导。
5．检查与评价学 进生 行自 综评 合、 评互价评。，教师对过程通过自评、互评的表格对学习效果进行评价。
态度
（1）具有交流探讨精神 （3）具有自学精神
（2）具有吃苦耐劳精神 （4）具有刻苦学习精神
教学过程
教学组织设计 教学内容
教学组织
学时 分配
高村水利枢纽有压泄洪隧洞 进行水力计算任务，水流运 教师用典型工程项目引出有压管道水力计算任务，
1．资讯 动基本概念及连续方程、能 根据计算任务，进行有关知识要点讲解。学生获取 5.0
量方程、水头损失分类等讲 信息。
解。
2．决策
连续方程、能量方程应用、 水头损失计算方法讲解。
教师进行基本知识应用讲解。
4.0
3．计划
明确有压管道计算任务。
学生通过录相或仿真模型进一步熟悉工程项目，构 思计算任务，教师辅导。
0.5
水流运动的基本概念及连续
4．实施 方程、能量方程、水头损失 学生进行基础知识的练习，教师辅导。
态
态度和理论联系实际的工作作风；
意识和团结协作精神；
度 （2）善于自学，刻苦钻研，具有较强的自学能 （4）能勇于表达个人的观点和见解，能较好
力和求索创新精神；
地写出总结报告、计算说明书。
教 教学任务
学 任
（1）教师进行水静力学的基础知识讲解，使学生获取建筑物壁面静荷载分析有关信息； （2）以工程案例导入，分析水工建筑物平面壁的静水总压力计算方法，并对典型案例进行讲解； （3）以工程案例导入，分析水工建筑物曲面壁的静水总压力计算方法，并对典型案例进行讲解；
水力分析与计算教学设计
水力分析与计算教学设计引言水力学是研究液体运动规律的学科，是水力工程的理论基础和应用技术之一。
水力分析与计算是水力学中的重要内容，对于工程实践和研究都具有重要的意义。
因此，在水力学专业课程中，对于水力分析与计算的教学也变得越来越重要。
本文旨在提供一份针对水力分析与计算的教学设计，旨在帮助教师更好地进行教学，以便提高学生的学习效果和培养他们应用水力学知识解决实际问题的能力。
课程目标本课程旨在帮助学生：1.掌握水力学中常用的计算方法和样例，以及掌握基本的水力学理论。
2.了解水力场、势流和真实流的概念，并能够区分它们在水力学分析中的应用。
3.掌握水力学中常用的计算方法，如管流计算、渐进管流、水力喷射、泵和水轮机等。
4.了解和分析各种流体力学现象，如水力瞬变、凝聚、空蚀、脱燃、水槽波等。
教学内容第一部分：水力学基础这部分主要介绍水力学基础知识，包括基本的水力学概念、流量、速度、压力、水头、流量公式等。
通过这部分课程的学习，学生能够了解流体的基本性质和力学原理，理解水力学的基础知识，为后续的课程打下坚实的基础。
第二部分：水力场和势流分析这部分主要介绍水力场和势流分析的基础知识，包括矢量场、势函数、势流和势面等。
通过这部分课程的学习，学生能够理解和分析水力场中的物理现象和数学模型，并能够应用势流分析方法进行水力学计算和应用分析。
第三部分：真实流和管流计算这部分主要介绍真实流的概念和特点，以及管流计算方法和基本公式。
通过这部分课程的学习，学生能够掌握真实流的计算方法和技巧，理解管道系统中的重要参数和特点，并能够应用基本公式计算水力学问题。
第四部分：水力喷射和泵水轮机分析这部分主要介绍水力喷射和泵水轮机的工作原理和计算方法。
通过这部分课程的学习，学生能够了解水力喷射和泵水轮机的工作原理和特点，理解各种参数的意义和计算方法，并能够应用计算方法分析和解决工程实际问题。
第五部分：水力学中的流体力学现象这部分主要介绍水力学中的流体力学现象和分析方法，包括水力瞬变、空蚀、水槽波等。
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课程设计任务书
学院：山西水利职业技术学院
专业：水利工程系
班级：水工1034班
姓名：郭瑞
学号：02103444
一、绪言
（一）设计任务
目的意义:为加强对水力学的实践性，是我们更好的联系实际，对已学过的水利分析与计算内容方法有一个全面的，系统的训练和提高，以便我们在以后的更好的适应工作的需要，进行以下的课程设计。
横断面设计：确定渠道边坡、底宽、水深等。
纵断面设计：确定推算水位、确定渠底线、堤顶高程线等。
1.根据题目内容设计成最佳水利断面为梯形断面渠道。
2.基本已知数据L=4km，Z=206.5-202.5=4m，V=5m³／s，中壤土的允许流速为：0.65~0.85。
3.根据设计内容计算渠道断面并校核是否满足流速要求。
（二）提出方案
（１）拟定或估算各设计参数（ｉ、ｎ、ｍ、b等）。
（２）计算设计水深和底宽（ｈ、ｂ），校核不冲不淤。
思考：发生冲刷或淤积，怎么办？调整宽深比或比降
流量一定时，ｂ大，则ｖ小，ｉ大，则ｖ大。
（３）计算最小水深和加大水深。
（４）确定安全超高、堤顶宽。
（５）绘制渠道横断面图。
二、设计方案
（一） 1.引水渠道多为明渠，渠道的过水断面有许多种，考虑到明渠修建在土质地基时，为了避免崩塌和便于施工，在渠道横断面设计中，灌溉渠道水流以明渠均匀流公式计算。
明渠均匀流即是水流在渠道中流动，各断面的水深、断面平均流速和流速颁布都沿流向不变。
（p129a图）
对于梯形断面渠道:
明渠均匀流的计算公式为：
Q=ων=ωC(Ri)1/2
式中ω——过水断面面积
R——水力半径，R=ω/χ
χ——湿周
i——渠道的底坡
C——谢才系数，C＝(1/n)R1/6
n——渠道糙率
水利最佳断面考虑到条件的允许值的满足要求，参考下表：
由公式得梯形渠道水利最佳断面为： P135例6-1
例6-3
（三）护砌的方式
渠道护砌的方式包括土渠、石渠、混凝土渠等渠道，考虑到糙率值的影响，因此在设计渠道时糙率选择偏小，过水能力就达不到设计要求，从而造成水流满溢，若糙率值过大，就会造成断面尺寸偏大增加浪费，还会引起冲刷，而且渠道的次级渠道进水困难。
（二）横断面计算方法
１．计算底宽ｂ和设计水深ｈ
优点：比试算法简便，比图解法精度更高。
２．计算加大水深和最小水深
一般需2~3次迭代即可得到满意的结果。
（三）设计参数的确定
１．渠底比降ｉ
指单位渠长的渠底降落值。
当Q一定时, i大, 则过水断面A小,工程量小, 但控制的灌溉面积小。
i小, 则A大, 工程量大, 但控制的灌溉面大。
取值方法：
（１）接近地面比降
（２）Ｑ大，则ｉ宜小（防冲剧）
（３）平原地区ｉ小，山丘区ｉ大
２．渠床糙率ｎ
反映渠床粗糙程度。
糙率大，则阻水能力大。
取值：（１）渠床光滑顺直，ｎ小
（２）Ｑ大，则ｎ小
参考教材表４-8。
请同学思考：ｎ取值偏大会造成什么后果？
ｎ取值偏小会造成什么后果？
３．边坡系数ｍ
m大, 则工程占地多,输水损失大
m小, 边坡不稳定
取值：（１）土质好（粘重），ｍ小（２）流量大，水深大，则ｍ大
参考表4-9，4-10。
４．宽深比b
渠底宽与设计水深之比
有三种宽深比
（１）水力最优断面宽深比
特点: 断面窄深, 适用于小型渠道。
（２）满足相对稳定的宽深比
相对平稳：不冲不淤或冲淤平稳
对于一般渠道：
多沙河流上引水的渠道:
（三）实用经济断面宽深比
水力最优断面，虽然过水断面小，但由于其断面比较窄深，对大型渠道并不适用（为什么？因为不易施工，易塌）。
为克服最优水力断面的缺点（加大底宽，减小水深），同时又使过水断面面积接近于最优水力断面的断面面积，因而提出实用经济断面宽深比。
计算方法：
已知某渠道设计流量为5m3/s，渠底比降ｉ＝1/5000,沿线土质为粘壤土。
分别计算最优水力断面、实用经济断面、相对稳定断面的设计水深和底宽。
解：（１）最优水力断面
最优水力断面水深计算公式为
b = 0.828*4.88 =4.04(m)
（２）实用经济断面
（３）相对稳定断面
最优水力断面水深最大，实用经济断面次之。
相对稳定断面最小。
以上分别计算了三断面只是为了说明计算方法，其中，最优水力断面,过于窄深, 本题不适用。
本题宜选用实用经济断面。
５．渠道不冲流速、不淤流速
为保证不冲不淤，流速不能过小，也不能过大。
即
不淤流速＜渠道流速＜不冲流速
（１）不冲流速
（２）不淤流速
三、校核数据
工程中为保证渠道的正常运行，对以设计好的渠道进行计算，看流速是否满足设计要求。
P140
四、总结。