跌水水力计算
跌水计算书
跌水计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、计算简图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：《水闸设计规范》（SL265-2001）《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482-2011）武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）《给水排水设计手册(第7册)城镇防洪》建筑工业出版社，以下简称《手册》《跌水与陡坎》（刘韩生等著，中国水利水电出版社）2．计算参数：跌水设计流量Q ＝5.400 m3/s；跌水级数n ＝3级上游渠底高程▽上游渠底＝100.000 m下游渠道水深h t＝1.300 m上游渠道行近流速v o＝0.000 m/s；动能修正（不均匀）系数α＝1.050消力池末端水跃安全系数σ＝1.050消力坎上第二流量系数M ＝1.860末级消力池型式：挖深式消力池进水口淹没系数σs＝1.000进水口型式：矩形缺口进水口侧向收缩系数ε＝0.900矩形缺口宽度b c＝3.000 m3．跌水消力池参数：矩形缺口计入行近流速的进水口水深Ho ＝[Q/（ε×σs×M×b c）]2/3式中ε——侧收缩系数，一般采用0.85～0.95；M ——宽顶堰的第二流量系数，取为1.62；b c——矩形缺口宽度，m；σs——进水口淹没系数，一般取1.0。
Ho ＝[5.400/（0.900×1.000×1.620×3.000）]2/3＝1.151 m进水口水深H ＝Ho－α×v o2/2/gH ＝1.151－1.050×0.0002/2/9.81 ＝1.151 m四、第一级跌水计算1．消力池共轭水深计算：该级跌水跌深P＝2.500m，采用降低渠底形成消力池，假定坎高C＝0.800To ＝Ho ＋P ＋C ＝1.151＋2.500＋0.800＝4.451 m跃前水深h1可由下式确定：To ＝h1＋Q2 / （2 g φ2 ω12）式中φ——跃前断面流速系数，与跌水壁高度有关，可由《手册》表8.6查得；ω1——跃前断面水流面积，m2；经试算得到跃前水深h1＝0.219 m跃后水深h2可由平底沟渠上水跃基本方程试算得到：αo×Q2/g/ω1＋y1×ω1＝αo×Q2/g/ω2＋y2×ω2式中αo ——动能修正（不均匀）系数，取值在1.0～1.1之间；ω1——跃前断面水流面积，m2；y1——跃前水流断面重心离水面的深度，m；ω2——跃后断面水流面积，m2；y2——跃后水流断面重心离水面的深度，m。
多级跌水计算
跌水水利计算
底宽B= 3
各级跌水渠底落差S1=S2=...Sn=
0.9
下游水深计算：
下游河道宽(m)
B= 3
河道坡降
i= 0.005
河道糙率
n= 0.014
①假设h= 1.33
②由宽浅式公式：
m= 1.5
ω=(b+mh)h= 6.64 X=b+2h(1+m2)0.5= 7.80
R=ω/χ= 0.85
可推 可出推
出
Q= B(nHQ5//3B(I()I^)^00.5.5/n)
H2= 3/5
H2= 0.66
m
C=1/n*R^0.1667= 69.55
Q=ωC(Ri)^0.5= 30.16
跌水计算
（一）第一级跌水计算
单宽流量
q= Q/B=
2.50
临界水深
hk= (q2/g)1/3= 0.86
m3/s m m
水跃长
Lj1=
10.8hc1(Fr1-1)0.93=
11.34
第一级跌水下游消能池长度
Lk1=L01+0.8Lj1= 11
米
（三）第三级跌水计算
从第三级跌水消能池底算起的上游总水头为：
E0=
S3+C2+H02=
2.97
跌水水利计算
则E0/hk= 3.45 对第三级跌水上游的消能坎，可视为折线型食用堰取流速系数φ=0.85。
'=
0.95
-
1
(1.05*hc")^2
ΔZ= 0.13
消力池深
1.05h"c-
为
d = (ht+ΔZ)=
多级跌水计算
水跃长
Lj2=
10.8hc1(Fr2-1)0.93=
13.24
第二级跌水下游消能池长度
Lk2=L02+0.8Lj2= 15
米
（三）第三级跌水计算（出口）
从第三级跌水消能池底算起的上游总水头为：
E0=
S3+C2+H02=
7.36
跌水水利计算
则E0/hk= 8.56 对第三级跌水上游的消能坎，可视为折线型食用堰取流速系数φ=0.85。
c1= 1.05h"c1-H1= 1.19
坎为宽顶
堰
L01= 4m((p2+0.25H0)H0)0.5= 3.71
Lj1=
10.8hc1(Fr1-1)0.93=
13.55
第一级跌水下游消能池长度
Lk1=L01+0.8Lj1二级跌水消能池底算起的上游总水头为：
E0=
S2+C1+H01=
'=
0.95
ΔZ= 0.63
消力池深 为
1.05h"c-
d = (ht+ΔZ)=
1.98
-
1 (1.05*hc")^2
0.76
消能坎的流速系数为
射程
L0=
水跃长
Lj=
m1= 0.42
3.34m((p2+0.25H01)H01)0.5=
10.8hc1(Fr1-1)0.93=
4.13 11.84
第三级跌水下游消能池长度
已知：Q= 20
跌水水利计算
底宽B= 8
各级跌水渠底落差S1=S2=...Sn=
5
下游水深计算：
下游河道宽(m)
多级跌水计算
Lk1=L01+0.8Lj1= 14
米
跌水水利计算
跌水水利计算
则E
消力 射程 水跃
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
跌水水利计算
已知 查表得 计算结果
（三）第三级跌水计算
从第三级跌水消能池底算起的上游总水头为：
水跃长
Lj2=
10.8hc1(Fr2-1)0.93=
13.24
第二级跌水下游消能池长度
Lk2=L02+0.8Lj2= 15
米
（三）第三级跌水计算（出口）
从第三级跌水消能池底算起的上游总水头为：
E0=
S3+C2+H02=
7.36
跌水水利计算
则E0/hk= 8.56 对第三级跌水上游的消能坎，可视为折线型食用堰取流速系数φ=0.85。
已知：Q= 20
跌水水利计算
底宽B= 8
各级跌水渠底落差S1=S2=...Sn=
5
下游水深计算：
下游河道宽(m)
B= 9
河道坡降
i= 0.027
河道糙率
n= 0.04
①假设h= 0.69
②由宽浅式公式：
m= 1.4
ω=(b+mh)h= 6.88 X=b+2h(1+m2)0.5= 11.37
R=ω/χ= 0.60
hc1= ξc1hk= h"c1= ξc1"hk=
0.23 2.24
所 今需在消第能一级跌水平台上设置消能坎式消能池，以保证平台上产生淹没水跃。
跌水水力计算(水工结构版)
m m/s m m
v02＝
消力槛上水深 H2:
H2＝ H02-αv202/2g = 初步确定消力槛高度C2=d2: C 2= σh2-H2= 采用消力槛高度C2＝ 1.100 验算第二级消力池的深度： T'02= T02+C2= q
2/3
0.746 并根据φ＝ 0.90 查附录20得： 0.235 h'01/q2/3= /T'02＝ h'01= V 1= 1.072 q/h'01= m 9.088 3.230 3.584 2.718 = 2.620 1.143 m m/s m m m/s
v01＝
消力槛上水深 H1: （流速系数，一般采用α＝1.05） α＝ 1.050 H1＝ H01-αv201/2g = 2.609 m 初步确定消力槛高度C1=d1: σ＝ 1.050 C 1= σh2-H1= 采用消力槛高度C1＝ 1.200 验算第一级消力池的深度： T'01= T01+C1= q
m
0.827 并根据φ＝ 0.90 查附录20得： 0.255 h'01/q2/3= h'02/q2/3= h'01= V 1= 1.163 q/h'01= 8.374 3.230 3.410 0.380 m h'02= m/s m/s m m
0.775 3.535
消力池中收缩断面的流速v1: 消力槛顶的流速v2： (M2q)1/3= 壅高水跃的第二共轭水深h'02: V 2= h'02=((h' 01)2+0.205q(V 1-V2))1/2= d3= σh'02- Ht= 采用消力池深度d3＝ 0.500 第三级消力池长度计算： Lc3=L1+0.8L 2 L1=1.64(H 02(P+d+0.24H 02))1/2＝ Fr=v1/(gh' 01) = 根据1.7<Fr≤9时， L2=9.5h'01(Fr-1)= LC3=L1+0.8L 2= 采用LC3＝ 18.000 m
跌水计算书
跌水计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、计算简图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：《水闸设计规范》（SL265-2001）《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482-2011）武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）《给水排水设计手册(第7册)城镇防洪》建筑工业出版社，以下简称《手册》《跌水与陡坎》（刘韩生等著，中国水利水电出版社）2．计算参数：跌水设计流量Q ＝5.400 m3/s；跌水级数n ＝3级上游渠底高程▽上游渠底＝100.000 m下游渠道水深h t＝1.300 m上游渠道行近流速v o＝0.000 m/s；动能修正（不均匀）系数α＝1.050消力池末端水跃安全系数σ＝1.050消力坎上第二流量系数M ＝1.860末级消力池型式：挖深式消力池进水口淹没系数σs＝1.000进水口型式：矩形缺口进水口侧向收缩系数ε＝0.900矩形缺口宽度b c＝3.000 m3．跌水消力池参数：矩形缺口计入行近流速的进水口水深Ho ＝[Q/（ε×σs×M×b c）]2/3式中ε——侧收缩系数，一般采用0.85～0.95；M ——宽顶堰的第二流量系数，取为1.62；b c——矩形缺口宽度，m；σs——进水口淹没系数，一般取1.0。
Ho ＝[5.400/（0.900×1.000×1.620×3.000）]2/3＝1.151 m进水口水深H ＝Ho－α×v o2/2/gH ＝1.151－1.050×0.0002/2/9.81 ＝1.151 m四、第一级跌水计算1．消力池共轭水深计算：该级跌水跌深P＝2.500m，采用降低渠底形成消力池，假定坎高C＝0.800To ＝Ho ＋P ＋C ＝1.151＋2.500＋0.800＝4.451 m跃前水深h1可由下式确定：To ＝h1＋Q2 / （2 g φ2 ω12）式中φ——跃前断面流速系数，与跌水壁高度有关，可由《手册》表8.6查得；ω1——跃前断面水流面积，m2；经试算得到跃前水深h1＝0.219 m跃后水深h2可由平底沟渠上水跃基本方程试算得到：αo×Q2/g/ω1＋y1×ω1＝αo×Q2/g/ω2＋y2×ω2式中αo ——动能修正（不均匀）系数，取值在1.0～1.1之间；ω1——跃前断面水流面积，m2；y1——跃前水流断面重心离水面的深度，m；ω2——跃后断面水流面积，m2；y2——跃后水流断面重心离水面的深度，m。
水工常用公式
1水工常用公式1、明渠均匀流计算公式:Q=A v =AC Ri2、 渡槽进口尺寸（明渠均匀流）Q = ； bhj2gZ 。
z£ b h© 3、 倒虹吸计算公式：Q=mA 2gz（m 3/ 秒）4、跌水计算公式:跌水水力计算公式：Q = mB 2gH 3/2, 式中：—侧收缩系数，矩形进口尸0.85〜0.95;,B —进口宽度（米）；m —流量系数5、流量计算公式：Q=Aw式中Q 通过某一断面的流量，m / s ；v ---- 通过该断面的流速，n / hA ――过水断面的面积，m 。
6溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道3（1）淹没出流：Q= £（7 MB H3二侧向收缩系数X 淹没系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深2C=1R y （一般计算公式）nC= -R® （称曼宁公式）n:渡槽进口的水位降（进出口水位差）:渡槽进口侧向收缩系数，一般£ = 0.8〜0.9:渡槽的宽度 （米） :渡槽的过水深度（米）:流速系数 ©二0.8〜0.9542(2)实用堰出流：Q=£ MB HT3=侧向收缩系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深 2) 进口装有闸门控制的溢洪道 (1) 开敞式溢洪道。
3Q = &(T MB H3二侧向收缩系数X 淹没系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深 2(2) 孔口自由出流计算公式为Q=Mb . H二堰顶闸门自由式孔流的流量系数X 闸孔过水断面面积X 、H 其中：3 =be7、 放水涵管(洞)出流计算 1) 、无压管流Q=u A 2gH o=流量系数X 放水孔口断面面积X . 2gH 02) 、有压管流Q=卩 A 2gHo=流量系数X 放水孔口断面面积X , 2gH 08、 测流堰的流量计算一一薄壁堰测流的计算 1)三角形薄壁测流堰，其中90°,即5自由出流： 2 47Q= 1.4H 2或 Q = 1.343H .(2-15) 淹没出流：5Q=( 1.4H 2 ) (T(2-16) 淹没系数：° =* 0.756-(虹-0.13)2+0.145 (2-17)2)梯形薄壁测流堰，其中B 应满足tan 9 =丄，以及b > 3H,即3 33自由出流： Q = 0.42b 2g H 2 = 1.86bH^(2-18) 淹没出流：3Q=( 1.86bH 2) (T (2-19) 淹没系数:。
单级跌水计算表
P 2.2 0.8 2.6 2 1 1.2
h1 0.24 0.24 0.35 0.43 0.4 0.13
α 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05
V1 0.35 0.35 0.42 0.44 0.41 0.23
g 9.8 9.8 9.8 9.8 9.8 9.8
H0 0.246563 0.246563 0.35945 0.440371 0.409005 0.132834
ds 0.13 0.04 0.15 0.10 0.02 0.06
0.2 0.15 0.2 0.2 0.15 0.15
堰前渠 道水深
α 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05
流速分 布系数
V1 0.35 0.35 0.42 0.44 0.41 0.23
堰前平 均流速
L1 1.22 0.75 1.61 1.58 1.10 0.66
水舌抛 射长度
Z0 2.20625 0.80625 2.609 2.009878 1.008577 1.202699
单级跌水过水能力计算
跌口宽度
bc 0.069698
堰前渠 道水深
流速分 布系数
堰前平 均流速
重力 加速度
堰上水头
流量系数
设计流量
h1 0.45
α 1.05
V1 0.87
g 9.8
H0 0.49
m 0.471
Q 0.050
单级跌水消力池宽度计算
水流跌差
P 2.2 0.8 2.6 2 1 1.2
水流跌差
L1 1.224002 0.754828 1.611528 1.579249 1.099111 0.663411