2021年导流水力计算补充资料

导流水力学计算补充资料导流水力学计算目的: 拟定泄水建筑物尺寸；确定围堰高程及高度；为计算导流方案工程量提供依据。分为

四类介绍：

欧阳光明（2021.03.07）

分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。

一、分段围堰法之前期导流的水力计算

要求:束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围堰的高程及长度。

1.上游水位计算(上游水位壅高计算,其中下游水位按实测水位流量关系确定)

绘出束窄河床导流水位计算简图如下：

图中z为上下游水位差，m；v0为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s；v c为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/s。

(1)计算公式[教材公式(1-3)]

上述计算简图中，可近似假定h c=h d，按能量方程：

式中,河床束窄断面处流v c为：(公式1-4)

Q D为导流设计流量,m3/s.

设上游围堰前水位壅高后,河床过水面积为A u:

则v0为而A u与河床地形与z有关.

A u=f(Hu)=f(z)

(2)试算法求z：

已知:导流设计流量Q D;河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值)；

下游水位-流量关系曲线h d -Q；K及其它系数。

计算步骤:

step1:由Q D,K求v c,校核v c是否小于允许流速[v c]，并选定各种系数值；

step2:设z=z s ,求h u,=h d+z s。并查得A u；

step3:求v0=Q D/A u；

step4:将v c和v0代入公式(1-3),求出z；

step5:比较判定 |z-z s|

e为计算控制精度,可取0.01m，计算至满足精度要求为止.

2.围堰剖面设计

围堰剖面设计包括：堰顶高程计算、堰顶宽度拟定、上、下游边坡拟定、围堰绘横剖面图，并进行上、下游围堰及纵向围堰布置设计。

完成习题时应查阅参照类似工程围堰设计和布置资料。

二、分段围堰法之后期导流的水力计算(底孔、缺口水力计算)

在导流水力学计算中，常遇到两个及以上泄水建筑物联合泄流问

题。最常见的组合有：底孔+缺口联合泄流、隧洞+过水围堰联合泄流、厂房中双层泄水孔联合泄流等。由于不同建筑物泄水状况相互干扰，对此类问题难以准确计算。为了使用计算需要，通常假定几种建筑物泄水相互不干扰，即，参与联合泄流的几种建筑物总的泄水能力可由各建筑物单独泄水能力曲线叠加而得。导流水力学计算中常用联解方程法和图解法解决此类问题。以下以底孔+缺口联合泄流为例说明其计算应用，如图1所示。

一般来讲，河流枯期流量小时，底孔引导水流，缺口上升。而汛期流量大时，缺口与底孔联合渲泄洪水。

计算要求:缺口、底孔的过流量及流速、确定二期上、下游围堰的高程及长度、确定二期纵向围堰的高程及长度。

河流流量由小到大增加时的流态：底孔无压-底孔有压-底孔+非淹没堰流-底孔+淹没堰流。

1.上游水位计算 (联合泄流计算工况)

假定：几种建筑物泄水互不干扰。

(1)计算简图及公式

绘出底孔与缺口联合泄流计算简图：

计算公式:

(1)底孔流量

(2)缺口流量 (3)水量平衡方程： Q D =Q 1+Q 2

Q D 为导流设计流量，m 3/s ；各项物理意义参见导流水力学计算补充资料。

一般可联解上面三个方程求解。

2.图解计算法 (联合泄流计算工况)

3.围堰高程计算

同前期导流计算方法

4.围堰布置及尺寸

与前期导流法布置类似；注意围堰位置及其相互关系.5.缺口设计 .缺口宽度B: B=Q

／[q]

缺

[q]为临时缺口允许单宽流量,取60-80m3/s/m;

.缺口布置:施工方便:结构可靠: 6.底孔设计

/[v]

.底孔面积:ω=Q

孔

.底孔数目:N= ω /(b*h b)

.底孔布置:从结构要求、封堵闸门设备、底坎高程、河流综合利用等方面考虑。

三、全段围堰法之隧洞导流的水力计算

要求:隧洞的过流量及流速；

确定隧洞过水断面形式及面积；

确定上、下游围堰的高程及长度；

1.上游水位计算

(1)洞内流态:

枯期流量较小时为明流:按明渠水流计算；流量逐步增大时可能出现明满交替流情况:尽可能避免；

汛期流量较大时可能为有压流：按能量方程推导公式计算(计沿程损失)；(2)有压流计算简图及公式

导流隧洞有压流计算简图如下。

隧洞有压流计算公式：公式中各项物理意义见导流水力学补充资料。

2.围堰高程及布置

同前

3.导流隧洞洞径D选择(洞径优化)

若洞径 D大,可加大泄流量Q,相应围堰高度低；反之，若洞泾D 减小,泄流能力Q减小,会增加围堰高度高，

一般来讲，以隧洞开挖衬砌费用+围堰费用→min

应结合导流隧洞临时支护形式,进行方案的技术经济比较

4.导流隧洞消能防冲

略

四、明渠导流的水力计算

计算要求:明渠的过流量及流速；确定明渠过水断面形式及面积；确定上、下游围堰的高程及长度；

1.上游水位计算

明渠进水口可初估为堰流形式，即可按堰流公式计算渠道进口泄流能力，进而求出相应于导流设计流量Q D的明渠进口上游水位。

2.明渠均匀流计算公式

流速v=C√RJ 流量Q=Av=AC√(Ri)

若C采用曼宁公式计算，则

流速v=R2/3i1/2/n

流量Q=AR2/3i1/2/n

式中，n-糙率；R-水力半径；i-坡比

2.渠内水面曲线推求

用于确定明渠边墙高度。参见水力学。

3.明渠断面选择：

矩形；梯形；复合断面。

4.其余计算同前