水力学实训设计

水力学综合练习 计算说明书 - 2 - 目录 资料……………………………………………………………..3

计算原理（一）…………………………………………………………5

1.水面曲线分析……………………………………………………...6 (1)水平段（i=0）…………………………………………………6 (2)第一陡坡段（i=0.258）……………………………………….7 (3)第二陡坡段（i=0.281）……………………………………….9 2.边墙高设计……………………………………………………….11 3.陡坡段纵剖面水面曲线图………………………………………14 计算原理（二）……………………………………………………….15

1.绘制Z-e/H-Q关系曲线………………………………………..16 Z-e/H-Q关系曲线图…………………………………………18 2.绘制Z-Q关系曲线……………………………………………..19 Z-Q关系曲线图……………………………………………...20 3.绘制堰流Z~Q关系曲线………………………………………..20 堰流Z~Q关系曲线图……………………………………….21 计算原理（三）……………………………………………………..22

溢洪道下游挑流式消能计算……………………………………..23冲刷坑纵图………………………………………………………..27 计算原理（四）……………………………………………………….28

输水涵管过流量计算……………………………………………..29 - 3 -

资料 某水库是一宗以灌溉为主、结合防洪、发电的综合利用工程。设带平板闸门的宽顶堰开敞式河岸溢洪道。 1. 水库设计洪水标准 工程等别为Ⅲ等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为： p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s； p=0.1%校核洪水位为57.31米，泄量Q=313.60 m3/s。 正常水位为52.52m，泄量125.61 m3/s ；汛前限制水位51.52米； 2. 溢洪道的有关资料 宽顶堰堰顶高程49.00米，堰的相对高度为P/H=0米； 堰顶设两扇平板闸门，溢洪道共设2孔，每孔净宽 6.6米， 闸孔高度为3.85m； 闸墩头为圆形，墩厚1.4米；边墩为半圆形,厚1.0m； 混凝土糙率可取n=0.012～0.015； 堰后设陡坡段，泄洪闸陡坡宽14.60米，陡坡分二段，第一段长38.53米，i=0.258，第二段长17.55米，i=0.281； 陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米； - 4 -

3. 输水涵管有关资料 输水涵管主管长147米，直径1.50米；灌溉支管长80米，直径1.00米；发电支管长47米，直径0.80米。涵管进口底高程34.50米，出口底高程34.50米；灌溉支管出口高程27.50米，下游尾水位30.40米。 (糙率n=0.012) 局部水头损失系数： ⑴ 进口拦污闸ξ=0.693 ⑵ 进 口 ξ=0.50 ⑶ 弯 管 ξ=0.40 ⑷ 渐变段 ξ=0.25 ⑸ 闸 阀 ξ=0.20 ⑹ 闸 槽 ξ=0.10 4.其他资料

溢洪道下游河床高程为25.00米； 水库水位～容积～泄量关系（见表1）；溢洪道下泄流量～下游水位关系（见表2）；起挑流量为Q=37.23m3/s；河道糙率n=0.033；下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数k=1.6;水库下游无防洪任务。 闸门运用情况：洪水来临，用闸门控制下泄流量等于进库流量，

保持汛前限制水位不变；当闸门底提升到汛前限制水位51.52米时，闸门全开。 - 5 -

计算原理（一） （一）方法：先根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用分段求和法计算各坡段水面曲线。在此基础上，考虑掺气水深（ν>7m/s时）设计陡坡段边墙高（比掺气水深超高0.5米）。再按千年一遇洪水校核，即计算出校核洪水流量通过时陡坡段的水面曲线，将各断面水深与边墙高比较，若水深大于边墙高，则应加高边墙，若水深均小于边墙高，则原设计合理。 （二）采用公式 （参考《水力计算手册》与教材） 1. 判别水面曲线型式：

正常水深0h的试算： iRnAQ3/2 AR

矩形断面临界水深 ： 32gqhk 2. 边墙高设计 按50年一遇洪水流量，当断面平均流速v>7m/s时，需考虑掺气水深，在此基础上来设计边墙。 掺气水深 ： aachh1

1/50.70lg0.826aiCq 陡槽的边墙高度：hhHa安全超高 3.绘制陡坡段纵剖面水面曲线图。 - 6 -

1.水面曲线分析 (1)水平段（i=0） H=54.97-49.00=5.97m e=3.85m eH=3.85/5.97=0.645<0.65,故为闸孔出流。

由eH查书得，=0.674 0.6743.852.595chem 3251.40/Qms

单宽流量 2251.4019.05/26.6QqmsB

对应第二共轭水深，取α=1.0 238(11)2ccchq

hgh2

32.595819.05(11)4.2029.82.595m





假设水平段发生水跃 水跃长度 6.9()6.9(4.202.595)jccLhhm (2~3)3.8518.77~jLmm 在实际工程上一般认为hc发生在距离闸门（0.5~1）e的断面处, 水平段长度为20.685-（0.5~1）×3.85=16.84m~18.76m。 由上得，水跃长度×（2~3）e大于水平段长度，故不能发生水跃。但当Lj=18.77m时，与水平段长度为18.76m,数据较为接近，故将考虑为会发生水跃。

临界水深231.019.053.335.979.8khmHm，水面曲线为 壅水曲线。 - 7 -

(2)第一陡坡段（i=0.258） ①判别水面曲线型式

bh( )A( )R ( m )Q14.60.659.49015.9000.5970.709244.1414.60.669.63615.9200.6050.716250.2214.60.6619.65115.9220.6060.716250.8314.60.6629.66515.9240.6070.717251.4414.60.6639.68015.9260.6080.718252.05

正常水深试算表 表12m

2

m



3/2R

n=0.012~0.015,b=14.60m,i=0.258,取n=0.014计算 当ho=0.65时，2014.60.659.49Abhm

0214.620.6515.9bhm 9.490.59715.9ARm

2312231239.490.5970.258244.14/0.014AQRimsn

根据设计流量Q=251.40m3/s,渠道的正常水深取ho=0.662m 单宽流量 2251.4017.22/14.60QqmsB

临界水深 2301.017.223.120.6629.8khmhm 故水面曲线为b2型降水曲线。 ②用分段求和法计算水面曲线 设断面1处即陡坡开始断面的水深为临界水深，从这断面开始分段向下游推算，将陡坡分成五段，已知断面1水深h1=3.12m,并假定断面2到断面6的水深分别为h2=3.00m、h3=2.50m、h4=2.00m、h5=1.50m、h6=1.10，算出其相邻两断面的距离Δl1、Δl2、Δl3、Δl4、Δl5，最后求出陡坡末端水深和断面平均流速。 - 8 -

下游断面： 2214.603.0043.80Abhm

2214.6023.0020.60bhm

22

2

43.802.1320.60ARm

161622

11

2.1381.000.014CRn

22

251.405.740/43.80QvmsA

22

2222

22

5.7400.00236281.002.13vJCR



22

225.7403.004.68084229.8s

vEhmg



上游断面：

2114.603.1245.55Abhm

1214.6023.1220.84bhm

11

1

45.552.1920.84ARm

161611

11

2.1981.370.014CRn

11

251.405.519/45.55QvmsA

22

1122

11

5.5190.00210481.372.19vJCR



22

115.5193.124.67403229.8s

vEhmg

