水力学综合计算说明书 (设计水面曲线)
【精品】水力学计算说明书
水力学实训设计计算书指导老师：柴华前言水力学是一门重要的技术基础课,它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课.在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的,所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用.水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一.水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景.它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。
课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法,具备一定的实验技能,为后续课程的学习打好基础,培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力.水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关"的。
综观所有人类文明,几乎都是伴着河、海而生的通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。
任务二:分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深,算出陡坡段边墙高。
边墙高按设计洪水流量校核;绘制陡坡纵剖面上的水面线。
任务三：绘制正常水位到汛前限制水位～相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。
任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算任务二:分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高.边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25。
20，堰顶高程18。
70,堰底高程为17.45，计算下游收缩断面水深h,CP=18.70-17。
45=1.25mH=25.20-18.70=6。
5mP/H=1.25÷6。
5=0.19〈0。
8为自由出流m=0。
32+0。
171（P/H)^0。
清华水力学实验15水面
5. 在上述同样底坡情况下，放下闸门①和②，使其开度都小于hc . 此时便可出现H3和A3型 壅水曲线。
图7
水面-4
实验数据记录
仪器编号： z 根据要求自拟数据记录表格。
实验结果
z 根据实测数据，画出各种水面曲线及其衔接情况。 z 根据底坡、流量和水槽糙率，判别各槽中应出现的水面线型式，并与实测情况相比较。
分析产生差异的原因。
注意事项
1. 在用电动机构调节槽底坡度时，应注意电机的旋转方向，否则易于损坏机械。 2. 量测水深时，应注意精度，在水深变化较大处，所取断面间距不宜过大。 3. 水槽及闸门均用有机玻璃板制作，在调节闸门开度时，不宜用力过大，以免损伤设备。
水面-5
水面-1
图 1 非均匀渐变流水面曲线图
z 图中N-N线为正常水深h0线，C-C线为临界水深hc线。根据实际水深h与h0、hc的关系分为 1、2、3 区。水面曲线的型式和名称列如下表：
水槽底坡
与水流临界 坡度 i 比较
i > 0 正坡 i = 0 平底
i < iC 缓坡 i =iC 临界坡 i > iC 陡坡
清华大学水利水电工程系水力学实验室
水力学 流体力学
课程教学实验指示书
非均匀流水面曲线演示实验
原理简介
z 棱柱形明槽非均匀渐变流水深沿程变化的微分方程式如下：
dh = i− Jf = i−Jf d s 1 − Q 2 B 1 − Fr 2
gA3
可用来对水深h沿程s的变化作定性分析。其中，i为底坡，Jf为沿程水头损失的坡降，亦 称摩阻坡度。把 d h > 0 的水面线称为壅水曲线，反之称为降水曲线。决定水面线类型
图3
2. 调整上下游槽底坡度，使i1<ic（为缓坡）和i2>ic（为陡坡），流量Q不变。此时在水槽上 游段下部出现M2型降水曲线，在下游段的上部出现S2降水曲线，M2和S2二段曲线通过hc 相衔接。M2曲线的上游趋向明槽上游段正常水深h01，S2曲线的下游趋向明槽下游段正常 水深h02 . 沿流程用测针量测S2型曲线中不同断面的水深hi及各断面的距离Δs，并作详细 记录。
水力学综合计算说明书（设计水面曲线）
⽔⼒学综合计算说明书（设计⽔⾯曲线）⽔利计算综合练习计算说明书学校：SHUI YUAN系别：⽔利⼯程系班级: ⽔⼯班姓名: mao学号：指导⽼师：XXX 2013年06⽉22⽇⽬录⼀、⽔⼒计算资料 (3)公式中的符号说明 (4)⼆、计算任务 (5)任务⼀： (5)绘制陡坡段⽔⾯曲线 (5)⑴.按百年⼀遇洪⽔设计 (5)1、平坡段：(坡度i=0) (5)①⽔⾯曲线分析 (5)②分段求和计算Co型雍⽔曲线 (6)2、第⼀陡坡段（坡度i=0.1） (7)①判断⽔⾯曲线类型 (7)②按分段求和法计算⽔⾯曲线 (8)3、第⼆陡坡段（坡度i=1/3.02） (9)①判断⽔⾯曲线类型 (9)②按分段求和法计算⽔⾯曲线 (9)⑵.设计陡坡段边墙 (10)⑶．按千年⼀遇洪⽔校核 (13)1、⽔平坡段（坡度i=0） (13)①⽔⾯曲线分析 (13)②分段求和计算Co型雍⽔曲线 (14)2、第⼀陡坡段（坡度i=0.1） (15)①判断⽔⾯曲线类型 (15)②按分段求和法计算⽔⾯曲线 (15)3、第⼆陡坡段（坡度i=1/3.02） (17)①判断⽔⾯曲线类型 (17)②按分段求和法计算⽔⾯曲线 (17)①千年校核的掺⽓⽔深 (18)②⽐较设计边墙⾼度与千年校核最⾼⽔深的⼤⼩ (20)⑷.绘制⽔⾯曲线及边墙 (22)任务⼆： (26)绘制正常⽔位⾄汛前限制⽔位～相对开度～下泄流量的关系曲线 (26)任务三： (28)绘制汛前限制⽔位以上的⽔库⽔位～下泄流量的关系曲线 (28)三、总结 (31)⼀、⽔⼒计算资料：某⽔库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。
1.⽔库设计洪⽔标准：百年⼀遇洪⽔（P=1%）设计相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s相应闸前⽔位为25.39 m相应下游⽔位为4.56 m千年⼀遇洪⽔（P=0.1%）校核相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s相应闸前⽔位为26.3 m相应下游⽔位为4.79 m正常⾼⽔位为24.0 m,汛前限制⽔位22.9 m。
洪水水面线计算书
广东省吴川市城市防洪工程初步设计阶段洪水水面线计算书----------设计院工程设计证书：--级1991178-sy二00六年六月鉴江及袂花江洪水水面线推算一、基本资料1)、断面资料鉴江及塘尾河河道横断面为实测断面，断面间距180米~990米。
袂花江河道横断面为实测断面，博茂减洪河8号断面以上为设计断面,8号断面以下为实测断面。
断面间距为150米~1150米。
２）、用糙率鉴江干流及分洪河平均水深较深,河面较宽,分析确定鉴江干流糙率为0.027，塘尾分洪河糙率为0.03。
袂花江及分洪河平均水深较深,河面较宽,分析确定袂花江糙率为0.03，博茂分洪河糙率为0.027。
二、洪潮组合方案的确定1、鉴江及袂花江堤防设计标准为50年一遇。
2、洪潮组合采用《广东省城乡水利防灾减灾工程建设指引》中推荐的洪潮组合计算方法：“对于下游河口有洪潮遭遇组合的河道，考虑到洪潮遭遇的不同组合，受潮影响大小等，河道设计水面线可采用以洪水为主的设计洪水水面线和以潮水为主的设计洪水水面线的外包线作为成果。
对以洪水为主的设计洪水水面线确定，可采用以常遇潮位（多年平均或五年一遇）为起推水位，用河道设计洪水洪峰流量推求。
对以潮水为主的设计洪水水面线确定，则采用以设计潮位为起推水位，用河道常遇洪水（多年平均）洪峰流量推求。
”本次城防工程设计的洪潮组合根据上述原则，采用多年平均高潮位，遭遇50年一遇洪水水面线和50年一遇潮位遭遇2年一遇洪水水面线的外包线作为设计成果。
三、鉴江洪水水面线推算鉴江干流集水面积6320平方公里，干流河长231公里，境内河长46.3公里,河床坡降0.000374,塘尾河为鉴江干流的分洪河，全长3.1公里。
1、鉴江干流起推水位、流量的推求1）鉴江及塘尾分洪河出海口断面起推潮位的确定根据《广东省海堤工程设计导则（试行）宣贯材料》，鉴江的多年平均高潮位为2.52米，50年一遇高潮位为4.26米。
2)鉴江30#断面下游及塘尾河分流量的推求采用广东省水利厅推荐的天然河道水面线计算程序HD-5进行水位及分流量的推求。
水面线计算示例
水面线计算示例注：水面线计算是水利设计的一部分，作为水工设计人员是必须掌握的。
下面以《水力学》第四版 吴持恭编p241的例子进行计算演算开始：1 判定水面曲线形式 a 临界水深求解：m 27.11081.945322322=⨯==gb aQ h k b 正常水深求解因为梯形断面，故正常水深需用迭代法计算（迭代法原理非常简单，首先定一数，代入，求解，再代入，直至误差满足要求）步骤：明渠均匀流流量公式Ri AC Q =；h mh b A )(+=；212m h b ++=X ；X=AR ；611R n C =得mh b m h b inQ h +++=52253))1(2()(迭代开始：kk k mh b m h b i nQ h +++=+522531))1(2()(（k=0,1,2,3……….） 取h 0=0；得h 1=8.149；取h 1=8.149；得h 2=1.594；取h 2=1.594；得h 3=1.981；取h 3=1.981；得h 4=1.959；取h 4=1.959；得h 5=1.959，迭代停止，得正常水深为1.96m 。
c 判定陡坡还是缓坡 计算临界坡需同时满足两个公式1 满足临界流： kk B A g aQ 32=（1） 2 满足均匀流 k k k k i R C A Q = （2） 联立（1）、（2）式： 得kk k k k k k k B aC g B R aC gA i 2X ==；6.14122=++=X m h b k k ；16.15)(=+=k k k k h mh b A ；04.1=X =k k k A R ；75.45161==k k R nC ；得i k =0.0068>0.0009=i ，故为缓坡。
d 判定急流还是缓流因正常水深h 0=1.96>1.27=hk （临界水深），故可知为缓流，而末端水深h 为3.4>1.96=h 0（正常水深）；可知为壅水曲线。
水力学课程设计
Jf
2
C R
2
u d
2
C Cd C u 2
R
Ru Rd 2
(二)计算方法 基本方法，把渠道按水深划分为若干个流段，从 控制断面开始，因计算精度与划分流段的长短有关。 流段短，精度高，工作量大；反之精度低。划分流段 时一般应注意以下两点： (1)每段断面形状及尺寸、糙率、底坡应尽量一致，在发生 突变处分段。 (2) 对于水面变化较快的降水曲线和急流壅水曲线，分段 宜短些；对于水面变化较缓的缓流壅水曲线，分段可长些。
j c c
L j 消力池内水跃长度， j 0.7～0.8）Lj L （
河道水面线计算
水面曲线计算 (一)计算公式
ES l iJ
式中ΔEs 为流段Δl上游断面与下游断面比能 的差值。用 Es1 和Es2 分别表示上下游断面的 断面比能，则
棱 柱 体 渠 道
Es Es 2 Es1
q2 q2 3）求出池水面落差 z 2 2 2 g (hc " ) 2 2 g ht d z ht 4）求稍有淹没安全系数 hc "
σ—淹没系数，一般取1.05～1.1
2）消力池长度LK
Lk L1 L j
L1—从堰坎到收缩断面的距离。曲线型实用 堰L1=0，闸孔出流或其它泄水建筑物，应根据 布置型式确定。 l 6.9(h h) 6.9(h h )
再根据下游水深ht， 若hc``>t，则远离式水跃，自由出流， 原假设正确。
(3) 如果是自由出流，闸下发生远离水跃，需要做消能工，现 拟做消力池。见例9-2、9-3所示。 1）消力池深度d φ=0.95
流体力学7 6水面曲线分析讲解
工程实例 修挡水建筑物
末端跌坎
挡水建筑物下泄
7
h0
hc
水平线 M1
N-N M2
C-C
M3
i<ic
水平线
hc h0 i>ic
S1 C-C S2 N-N S3
8
2、急坡渠道 i>ic h0<hc
分区 曲线 水深h 流态 i-J 1-Fr dh/ds 曲线形状
1 S1 h> hc > h 0 缓流 + + + 上凸的壅水曲线 2 S2 hc > h> h0 急流 + - - 下凹的降水曲线 3 S3 hc >h 0 > h 急流 - - + 上凸的壅水曲线
?分析i-J/(1-Fr) 的正负(单调增减性 )，便可得到水面 曲线沿程变化的趋势及两端极限情况
4
1、分界线h0、hc
?正常水深线：N-N(分子为零) i-J=0
J=i
h=h 0 (渐近线)
?临界水深线：c-c(分子为零) 1-Fr =0
h=h c (正交)
2、流动分区
? 1区： N-N 、c-c线之上 ? 2区： N-N 、c-c线之间 ? 3区： N-N 、c-c线之下
时，最终都要趋于水平线 8、急流状态水面线控制水深在上游，缓流状态水面线控
制水深在下游，是由于微幅干扰波的影响 9、共有12条水面曲线，其中缓坡、急坡各 3条，临界坡、
平坡、逆坡各 2条，常用 M1、M2、M3、S2四条曲线
13
七、水面曲线的定性绘制步骤
1、绘出N-N线和C-C 线，将流动空间分成1、2、3三区，每个区域 只相应一种水面曲线。
静水力计算书
第二部分5500t散货船静水力计算书一．静水力曲线的计算所需的数据1.主要参数：总长：102 m 设计水线长：98.7 m 垂线间长：94.58m型宽：16.09m 型深：7.26 m 设计吃水：5.8 m2.型值表的半宽值（单位：米）站号500水线1000水线2000水线3000水线4000水线5000水线设计水线6000水线0 0 0 0 0 0 1.815 3.828 3.1681 0.78 1.11 1.215 1.425 2.413 3.72 4.756 4.1562 1.805 2.145 2.418 3.255 3.916 4.848 5.719 5.1733 3.136 3.627 4.35 4.972 5.355 5.977 6.55 6.0454 4.86 6.345 5.913 6.373 6.721 7.017 7.308 6.7475 6.072 6.79 7.32 8.896 7.488 7.653 7.719 7.4656 6.982 7.395 7.68 7.818 7.924 7.939 8.07 7.7747 7.074 7.623 7.92 7.96 8.07 8.07 8.07 8.078 7.325 7.803 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.079 7.635 7.815 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0710 7.635 7.815 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0711 7.654 7.95 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0712 7.654 7.95 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0713 7.654 7.95 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0714 7.654 7.95 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0715 7.654 7.95 8.07 8.07 8.07 8.07 8.07 8.0716 7.215 7.62 8.04 8.043 8.047 8.055 8.062 8.0717 6.48 6.225 7.351 7.429 7.503 7.635 7.755 7.74418 4.8 5.55 6.18 6.57 6.75 6.915 7.08 7.17319 3.225 3.945 4.425 4.575 4.925 4.89 4.995 5.85420 0.27 1.11 1.89 2.145 1.77 0.855 0.12 0.06 3.由型值表的半宽值用梯形法计算出的各条水线在各站的吃水面积（单位：平方米）站号/水线底线500水线1000水线2000水线3000水线4000水线5000水线设计水线6000水线0 0 0 0 0 0 0 0 5.643 11.6141 0 0.39 1.335 3.66 6.3 10.138 16.27 24.746 34.6752 0 0.9025 2.8775 7.4405 13.1135 20.2845 29.0485 39.6155 51.37953 0 1.568 4.9495 12.9265 22.2485 32.5755 43.9075 56.4345 69.73154 0 2.43 8.0325 20.2905 32.5765 45.6615 59.3995 73.7245 88.49755 0 3.036 9.467 23.579 39.793 56.177 71.318 86.69 102.1836 0 3.464 10.6255 25.7005 41.1985 56.9405 72.8035 88.8125 104.95257 0 3.537 10.8855 26.4285 42.3085 58.3385 74.4785 90.6185 106.75858 0 3.6625 11.2265 27.0995 43.2495 59.3795 75.5195 91.6595 107.79959 0 3.8175 11.5425 27.4275 43.5675 59.7075 75.8475 91.9875 108.127510 0 3.8175 11.5425 27.4275 43.5675 59.7075 75.8475 91.9875 108.127511 0 3.827 11.629 27.649 43.789 59.929 76.069 92.209 108.34912 0 3.827 11.629 27.649 43.789 59.929 76.069 92.209 108.34913 0 3.827 11.629 27.649 43.789 59.929 76.069 92.209 108.34914 0 3.827 11.629 27.649 43.789 59.929 76.069 92.209 108.34915 0 3.827 11.629 27.649 43.789 59.929 76.069 92.209 108.34916 0 3.6075 11.025 26.685 42.768 58.858 74.96 91.077 107.20917 0 3.24 9.5925 23.1685 37.9485 52.8805 68.0185 83.4085 99.210518 0 2.4 7.575 19.305 32.055 45.375 59.04 73.035 87.28819 0 1.6125 5.1975 13.5675 22.5675 32.0675 41.8825 51.7675 62.616520 0 0.135 0.825 3.825 7.860 11.775 14.4 15.375 15.555二. 浮性曲线的计算1.水线面面积Aw曲线的计算公式：Aw面积=∑（半宽值×梯形乘数×站距）站号500水线半宽(m)1000水线半宽(m)2000水线半宽(m)梯形乘数站距(m)0 0 0 0 1 4.72951 0.78 1.11 1.2152 4.72952 1.805 2.145 2.418 2 4.72953 3.136 3.627 4.35 2 4.72954 4.86 6.345 5.913 2 4.72955 6.072 6.79 7.32 2 4.72956 6.982 7.395 7.68 2 4.72957 7.074 7.623 7.92 2 4.72958 7.325 7.803 8.07 2 4.72959 7.635 7.815 8.07 2 4.729511 7.654 7.95 8.07 2 4.729512 7.654 7.95 8.07 2 4.729513 7.654 7.95 8.07 2 4.729514 7.654 7.95 8.07 2 4.729515 7.654 7.95 8.07 2 4.729516 7.215 7.62 8.04 2 4.729517 6.48 6.225 7.351 2 4.729518 4.8 5.55 6.18 2 4.729519 3.225 3.945 4.425 2 4.729520 0 1.02 1.02 1 4.7295站号3000水线半宽(m)4000水线半宽(m)5000水线半宽(m)梯形乘数站距(m)0 0 0 1.815 1 4.72951 1.425 2.413 3.72 2 4.72952 3.255 3.916 4.848 2 4.72953 4.972 5.355 5.977 2 4.72954 6.373 6.721 7.017 2 4.72955 8.896 7.488 7.653 2 4.72956 7.818 7.924 7.939 2 4.72957 7.96 8.07 8.07 2 4.72958 8.07 8.07 8.07 2 4.72959 8.07 8.07 8.07 2 4.729510 8.07 8.07 8.07 2 4.729511 8.07 8.07 8.07 2 4.729512 8.07 8.07 8.07 2 4.729513 8.07 8.07 8.07 2 4.729514 8.07 8.07 8.07 2 4.729515 8.07 8.07 8.07 2 4.729516 8.043 8.047 8.055 2 4.729517 7.429 7.503 7.635 2 4.729518 6.57 6.75 6.915 2 4.729519 4.575 4.925 4.89 2 4.729520 2.145 1.77 0.855 1 4.7295站号设计水线半宽（m）6000水线半宽(m)梯形乘数站距(m)0 3.828 3.168 1 4.72951 4.756 4.1562 4.72952 5.719 5.173 2 4.72953 6.55 6.045 2 4.72954 7.308 6.747 2 4.72955 7.719 7.465 2 4.72956 8.07 7.774 2 4.72957 8.07 8.07 2 4.72959 8.07 8.07 2 4.729510 8.07 8.07 2 4.729511 8.07 8.07 2 4.729512 8.07 8.07 2 4.729513 8.07 8.07 2 4.729514 8.07 8.07 2 4.729515 8.07 8.07 2 4.729516 8.062 8.07 2 4.729517 7.755 7.744 2 4.729518 7.08 7.173 2 4.729519 4.995 5.854 2 4.729520 0.12 0.06 1 4.7295由以上计算表格及公式得出各水线面的面积为：（m2）水线(mm) 面积m20 0500 1072.8111000 1154.9452000 1213.6223000 1257.4274000 1272.645000 1311.011设计水线1348.8816000 1328.3292.漂心纵坐标Xf曲线的计算公式：漂心坐标={∑（半宽值×梯形乘数×站距×力臂）}/{（半宽值×梯形乘数×站距）}站号500水线半宽(m)1000水线半宽(m)梯形乘数(m) 站距(m) 力臂(m)0 0 0 1 4.7295 01 0.78 1.112 4.7295 4.72952 1.805 2.145 2 4.7295 9.4593 3.136 3.627 2 4.7295 14.18854 4.86 6.345 2 4.7295 18.9185 6.072 6.79 2 4.7295 23.64756 6.982 7.395 2 4.7295 28.3777 7.074 7.623 2 4.7295 33.10658 7.325 7.803 2 4.7295 37.8369 7.635 7.815 2 4.7295 42.565510 7.635 7.815 2 4.7295 47.29511 7.654 7.95 2 4.7295 52.024512 7.654 7.95 2 4.7295 56.75413 7.654 7.95 2 4.7295 61.483514 7.654 7.95 2 4.7295 66.21315 7.654 7.95 2 4.7295 70.942516 7.215 7.62 2 4.7295 75.67217 6.48 6.225 2 4.7295 80.401518 4.8 5.55 2 4.7295 85.13119 3.225 3.945 2 4.7295 89.860520 0 1.02 1 4.7295 94.59站号2000水线半宽(m)3000水线半宽(m)梯形乘数站距(m) 力臂(m)0 0 0 1 4.7295 01 1.215 1.4252 4.7295 4.72952 2.418 3.255 2 4.7295 9.4593 4.35 4.972 2 4.7295 14.18854 5.913 6.373 2 4.7295 18.9185 7.32 8.896 2 4.7295 23.64756 7.68 7.818 2 4.7295 28.3777 7.92 7.96 2 4.7295 33.10658 8.07 8.07 2 4.7295 37.8369 8.07 8.07 2 4.7295 42.565510 8.07 8.07 2 4.7295 47.29511 8.07 8.07 2 4.7295 52.024512 8.07 8.07 2 4.7295 56.75413 8.07 8.07 2 4.7295 61.483514 8.07 8.07 2 4.7295 66.21315 8.07 8.07 2 4.7295 70.942516 8.04 8.043 2 4.7295 75.67217 7.351 7.429 2 4.7295 80.401518 6.18 6.57 2 4.7295 85.13119 4.425 4.575 2 4.7295 89.860520 1.02 2.145 1 4.7295 94.59站号4000水线半宽(m)5000水线半宽(m)梯形乘数站距(m) 力臂(m)0 0 1.815 1 4.7295 01 2.413 3.72 2 4.7295 4.72952 3.916 4.848 2 4.7295 9.4593 5.355 5.977 2 4.7295 14.18854 6.721 7.017 2 4.7295 18.9185 7.488 7.653 2 4.7295 23.64756 7.924 7.939 2 4.7295 28.3777 8.07 8.07 2 4.7295 33.10658 8.07 8.07 2 4.7295 37.8369 8.07 8.07 2 4.7295 42.565510 8.07 8.07 2 4.7295 47.29511 8.07 8.07 2 4.7295 52.024512 8.07 8.07 2 4.7295 56.75413 8.07 8.07 2 4.7295 61.483514 8.07 8.07 2 4.7295 66.21315 8.07 8.07 2 4.7295 70.942516 8.047 8.055 2 4.7295 75.67217 7.503 7.635 2 4.7295 80.401518 6.75 6.915 2 4.7295 85.13119 4.925 4.89 2 4.7295 89.860520 1.77 0.855 1 4.7295 94.59站号设计水线半宽（m）6000水线半宽(m)梯形乘数站距(m) 力臂(m)0 3.828 3.168 1 4.7295 01 4.756 4.1562 4.7295 4.72952 5.719 5.173 2 4.7295 9.4593 6.55 6.045 2 4.7295 14.18854 7.308 6.747 2 4.7295 18.9185 7.719 7.465 2 4.7295 23.64756 8.07 7.774 2 4.7295 28.3777 8.07 8.07 2 4.7295 33.10658 8.07 8.07 2 4.7295 37.8369 8.07 8.07 2 4.7295 42.565510 8.07 8.07 2 4.7295 47.29511 8.07 8.07 2 4.7295 52.024512 8.07 8.07 2 4.7295 56.75413 8.07 8.07 2 4.7295 61.483514 8.07 8.07 2 4.7295 66.21315 8.07 8.07 2 4.7295 70.942516 8.062 8.07 2 4.7295 75.67217 7.755 7.744 2 4.7295 80.401518 7.08 7.173 2 4.7295 85.13119 4.995 5.854 2 4.7295 89.860520 0.12 0.06 1 4.7295 94.59由以上计算表格及公式得出各水线面的漂心纵坐标为（m）：水线(mm) 漂心（m）0 49.0371500 51.370241000 50.913672000 51.268954000 50.123255000 48.74707设计水线47.595496000 48.629523.型排水体积曲线的计算计算方法：将已得的各水线面面积绘制成水线面面积曲线，曲线与坐标轴所围的面积即为型排水体积。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水利计算综合练习计算说明书学校：SHUI YUAN系别：水利工程系班级: 水工班姓名: mao学号：指导老师：XXX2013年06月22日目录一、水力计算资料 (2)公式中的符号说明 (3)二、计算任务 (4)任务一： (4)绘制陡坡段水面曲线 (4)⑴.按百年一遇洪水设计 (4)1、平坡段：(坡度i=0) (4)①水面曲线分析 (4)②分段求和计算Co型雍水曲线 (5)2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (6)①判断水面曲线类型 (6)②按分段求和法计算水面曲线 (7)3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (8)①判断水面曲线类型 (8)②按分段求和法计算水面曲线 (8)⑵.设计陡坡段边墙 (9)⑶．按千年一遇洪水校核 (11)1、水平坡段（坡度i=0） (12)①水面曲线分析 (12)②分段求和计算Co型雍水曲线 (13)2、第一陡坡段（坡度i=0.1） (14)①判断水面曲线类型 (14)②按分段求和法计算水面曲线 (14)3、第二陡坡段（坡度i=1/3.02） (16)①判断水面曲线类型 (16)②按分段求和法计算水面曲线 (16)①千年校核的掺气水深 (17)②比较设计边墙高度与千年校核最高水深的大小 (19)⑷.绘制水面曲线及边墙 (21)任务二： (24)绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线 (24)任务三： (26)绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线 (26)三、总结 (29)一、水力计算资料：某水库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。
1.水库设计洪水标准：百年一遇洪水（P=1%）设计相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s相应闸前水位为25.39 m相应下游水位为4.56 m千年一遇洪水（P=0.1%）校核相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s相应闸前水位为26.3 m相应下游水位为4.79 m正常高水位为24.0 m,汛前限制水位22.9 m。
2.溢洪道的有关资料：驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。
堰流量系数 P/H>0.24时 mo=0.414*[(P/H)^(-0.0652)]P/H≦0.24时 mo=0.385+0.171*([(P/H)^(0.657)]堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2 m;溢洪道共两孔，每孔净宽10 m；闸墩头为圆形，墩厚2 m；边墩为半圆形；混凝土糙率可取n=0.012～0.015; 堰顶高程为18.70 m;堰底高程为17.45 m。
堰后设陡坡段:第一陡坡段，底坡i1-1/10,水平长度L1=20 m;第二陡坡段，底坡i2=1/3.02,水平长度L2=27.5 m；第二段陡坡段末端连续式挑流坎，挑坎高程为6.6 m，挑角θ=22°；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2 m。
溢洪道纵剖面简图（见附页）。
水利计算内容：1.分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑告诉水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。
边墙高按设计洪水流量设计，校核洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面曲线。
2.绘制正常水位到汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线。
公式中的符号说明：各种计算公式见下面各步骤的计算过程。
二、计算任务任务一：绘制陡坡段水面曲线⑴.按百年一遇洪水设计：1、平坡段：(坡度i=0)该水库按百年一遇洪水位设计标准（P=1%）：设计洪水位25.39 m，泄流量Q=633.8(m^3/s)；下游堰高P1=P=18.70-17.45=1.25 m ；堰上水头H=25.39-18.70=6.69 m 。
①水面曲线分析：单宽流量q=Q/B=633.8/20=31.69 (m^2/s);行进流速vo=q/(H+P1)=31.69/(6.69+1.25)=3.991 (m/s);坝前断面总水头Eo=P1+Ho=1.25+6.69+(3.991^2/19.6)=8.753 (m)所以P1/H=1.25/6.69=0.19<30 , 所以流速系数ϕ=1-0.0155*（P1/H）=0.997 ; 对矩形断面，取单宽流量q=Q/B计算，则Eo=hc=q^2/(2g*ϕ^2*hc^2)先计算出q^2/(2g*ϕ^2)=31.69^2/(19.6*0.997^2)=51.546 (m^3) ;用迭代法算hc ; hc=√{[q^2/(2g*ϕ^2)]/(Eo-hc)}=)Eo-51hc（;./546令根号内hc=0，则第一次hc1=75351=2.427 (m) ；..8/546第二次hc2=）54651-=2.864 (m);/..8（427.2753第三次hc3=）546./51-=2.959 (m);.2（846753.8第四次 hc4=）（959.2753.8/546.51-=2.983 （m ）; 第五次 hc5=）（983.2753.8/546.51-=2.989 （m ）; 第六次 hc6=）（989.2753.8/546.51-=2.990 (m). 第七次 hc7=）（990.2753.8/546.51-=2.9907 (m)因为hc6与hc7结果很相近，故hc 取2.990 (m) ,将其代入水跃方程 得跃后水深hc ’’hc ’’=(0.5*hc)/()3^*/()2^*81hc g q （+-1)=(0.5*2.990)*()2^99.2*8.9/()2^69.31*81（++1) =6.918 (m) ;假设平坡段发生水跃，则其水跃长度Lj=6.9*（hc ’’-hc ）=6.9*6.918-2.990)=27.1 (m) ;Lj=27.1 m >平坡段5 m ,所以平坡段不产生水跃。
平坡段临界水深hk=3/2^g q =38.9/2^69.31=4.68 (m) >hc=2.990 (m) ; 综上所述，平坡段水面曲线为Co 型雍水曲线且不发生水跃。
② 分段求和计算Co 型雍水曲线：以闸后收缩断面（hc ）为控制断面向下游推算，将渠道分为多个断面，（其中： 过水断面面积A=b*h , 湿周X=b+4h ,水力半径R=A/X , 谢才系数C=(1/n)*R^(1/6) ,Es 为断面比能，J 为流段内的平均水力坡降，⊿L 为流段长度。
） 用不同的水深h 值试算，结果列于表1.根据表1可知，当h=3.007m时，流段总长∑⊿L=5.0269 m 。
所以水平坡度与第一陡坡段交界处水深取h1=3.007 m 。
2、第一陡坡段（坡度i=0.1）①判断水面曲线类型正常水深试算：根据公式:A=B*h , X=B+2h , R=A/X , C=（1/n）*R^(1/6) , 流量Q=A*C*iR*，用Excel表进行试算，用不同ho值试算，结果列于表2 .根据试算结果可知当ho=2.2484 (m)时，流量Q≈633.822 (m^3/s);单宽流量q=Q/B=633.8/22=28.809 (m^2/s);所以临界水深hk=3/)2^α=4.3915 （m）, （注：α取1）；*q(g所以ho=2.2484 m <h=3.007 m <hk=4.3915 m ；所以渠底坡为陡坡，水面曲线为b2型降水曲线。
②按分段求和法计算水面曲线：取起始水深为h=3.007 m的断面开始向下游推算；根据公式：A=B*h , v=Q/A , Es=h+(v^2/2g) ,⊿E=Es2-Es1 , X=B+2h , R=A/X , C=(1/n)*R^(1/6) , J=v^2/(C^2*R) , J=0.5*(J1+J2) , ⊿L=⊿Es/(i-J)；(其中B=22 (m),Q=633.8 (m), i=0.1 ).第一陡坡段渠底长L1=2^2^20+=20.09975≈20.1 （m）.2用不同的水深h进行试算，得其他断面水深及流长。
试算表见表3:由试算表3可知，第一陡坡段与第二陡坡段交界处的水深： h2=2.4438 （m）。
3、第二陡坡段 （坡度 i=1/3.02） ① 判断水面曲线类型：（注：计算过程及方法同第一陡坡段的计算方法一样）； 将h 陡1=2.3536 （m ）作为第二陡坡段的起始断面水深计算。
用不同水深进行试算，结果列于表4：根据试算结果可知，当ho=0.8319 (m)时，流量Q ≈633.824 （m^3/s ）; 单宽流量q=Q/B=633.8/22=28.809 （m^3/s ）;所以临界水深hk=3/20^*g q α（=4.3915 (m) , (注：α=1)； 所以ho=0.8319 m <h=2.4438 m <hk=4.3915 m ; 故第二陡坡段渠底为陡坡，水面曲线为b2型降水曲线。
② 按分段求和法计算水面曲线： 取起始水深为： h 陡1=2.4438 （m ）,用不同水深试算，得其他断面水深及流长，从上游往下游推算，第二陡坡段渠底长L2=[(27.5/3.02)^2+27.5^2]^0.5≈28.9684 (m).试算表见表5:由试算表5可知，在第二陡坡段末端的水深: h3=1.5878 （m）时，渠底长度L2’=28.9629 (m)≈L2=28.9684 (m).⑵.设计陡坡段边墙:当断面平均流速v>7（m/s）时，需要考虑掺气水深ha , 在掺气水深的基础上设计边墙；掺气水深ha=[1+(η*v)/100]*h清；(注：η取1，h清为没掺气的水深)。
陡坡段边墙高: h墙=ha+2 .百年一遇洪水掺气水深ha和设计边墙高度见表6：由表6可知，第一陡坡段边墙高为5.2951 （m）,第二陡坡段边墙高为4.7319（m）。
⑶．按千年一遇洪水校核：(注：校核计算过程及方法同前面按百年一遇洪水设计的一样)已知: 相应校核泄流量：Q=752.5 (m^3/s), 相应上游水位为：26.3 （m ）， 相应下游水位为：4.79 （m ）；正常高水位为24.0 m , 汛前限制水位22.9 m 。
1、水平坡段 （坡度i=0）下游堰高P1=P=18.70-17.45=1.25 (m), 堰上水头H=26.3-18.7=7.6 (m); ① 水面曲线分析：单宽流量q=Q/B=752.5/20=37.625 (m^2/s), 行近流速vo=q/(H+P1)=4.251 （m/s ）, 坝前断面总水头Eo=P1+H+（vo^2/2g ）=1.25+7.6+(4.251^2/19.6)=9.772 (m). 所以P1/H=1.25/7.6=0.1645<30，所以流速系数ϕ=1-0.0155*（P1/H ）=0.99745; 对矩形断面，取单宽流量q=Q/B=37.625 (m^2/s)计算，则Eo=hc+[q^2/(2g*ϕ^2*hc^2)],先算出q^2/(2g*ϕ^2)=37.625^2/(19.6*0.99745^2)=72.596 (m^3).用迭代法计算收缩断面水深hc , hc=)/]20^*2/(2^[hc Eo g q -（ϕ=)772.9/(596.72hc -, 令式中hc=0,得hc1=2.726 m , hc2=)726.2772.9/(596.72-=3.210 m ,hc3=)210.3772.9/(596.72-=3.326m ,hc4=)326.3772.9/(596.72-=3.356 m ,hc5=3.364 m , hc6=-3.365 m , hc7=3.366 m , hc8=3.366 m .故取hc=3.366(m).将hc=3.366 (m)代入代入水跃方程得跃后水深hc’’hc’’=(0.5*hc)/()3^g（1hc+-1)q*8/()2^*=(0.5*3.366)*()3^.*++1) =7.733 (m) ;6251（837.3)2^*3668.9/(假设平坡段发生水跃，则其水跃长度Lj=6.9*（hc’’-hc）=6.9*(7.733 -3.366)=30.1323 (m) ;水跃长度Lj=30.1323 m >平坡段5 m ,所以平坡段不产生水跃。