课题设计二

课题设计二：水跃形式及消能设施拟定
一、底流式衔接与消能的水力计算步骤：
第一步要计算收缩断面水深hc;
第二步由hc计算hc＇＇并判断水跃衔接形式，由水跃衔接形式决定是否需要进行消能；
第三步是进行消能计算。

二、水跃衔接形式的判断：
判断方法：先以hc=h＇（即以收缩断面水深作为跃前水深），将hc代入水跃方程求得跃后水深h＇＇，然后将求得的h＇＇与下游水深ht比较，可出现ht=h＇＇、ht＞h＇＇,ht＜h＇＇三中情况，由此可判断发生了何种水跃。

1、ht=h＇＇
表明此时下游水深正好等于收缩断面水深所对应的跃后水深，水跃恰好在收缩断面处开始发生，称这种水跃为临界式水跃，这种水流衔接称为临界式水跃衔接，如图a所示。

2、ht＜h＇＇
下游水深小于与收缩断面水深所对应的跃后水深，下游水深即为实际跃后水深，由水跃函数曲线可知，较小的跃后水深要求较大的跃前水深与之相对应，所以从收缩断面后，在水深增大到正好等于ht的共轭水深
时开始发生水跃，如图b所示。

称这种水跃为远离式水跃，这种衔接称为远离式衔接。

3、ht＞h＇＇
收缩水深要求的跃后水深比下游实际水深小，水跃被水深较大的下游水流向前推移，收缩断面被淹没，因而称这种水跃为淹没式水跃，这种衔接形式为淹没式水跃衔接，如图c所示。

已知：进口底高程50m，堰顶高程62.5m，下游水位63.5m，堰顶总水头H0，渠首最大可引水量22.3m³/s，Φ=0.95,堰宽为24.7m.
求解：水跃形式消能设施拟定？
解：计算下游坝高：
q=Q/b=1080/24.8=43.5 m³/(s·m)
φ=（q¾/s）¼
则s=1.2(m)
P2=69.5-1.2-50=18.3（m）
计算E0
E0=P2+H0=18.3+8=21.3(m)
hc=q/[Φ*(2g)½*(E0-hc)]=2.3/(57-hc)½由试算法可求得hc=2.38(m)
令h＇=hc
h k³=αq²/g=43.5²/9.8=193(m)
h＇＇=h＇/2﹛[1+8(hk/h＇)³]½-1﹜求得h＇＇=11.6(m)
计算ht：
ht=63.5-50=13.5(m)
则ht＞h＇＇，所以为淹没式水跃。

各字母含义：
q──单宽流量；
Q──流量；
b──堰宽；
Φ──泄水建筑物的流速系数；
E0──堰前总水头；
hc──收缩断面水深；
h＇──堰前水深；
h＇＇──堰后水深；
ht──下游水深。