Excel在消力池水力计算中的应用
消力池计算
挖深式消力池计算流程图1. 假设某一池深d ，计算从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋d ＋v o 2/（2×g ）计算示意图 12. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
3. 计算池内跃后水深hc ″hc ″＝25.021321812−+b b ghc qhc α 其中：b 1――消力池首端宽度；b 2――消力池末端宽度。
4. 计算出池落差Δz :Δz ＝22)'(2hs g q ××ϕα－22)"(2hc g q ×α 其中：hs ′――出池河床水深（下游水深）。
5. 计算水跃淹没系数σσ＝（d ＋ hs ′＋Δz ）/hc ″当1.05≤σ≤1.10时假设正确，否则重新假设池深d 进行计算。
※ 本程序中各值采用国际单位制，不再说明。
参考文献：1.《水闸设计规范》（SL265－2001）2.《水力计算手册》第一版·武汉水利电力学院水力学教研室编·水利电力出版社3.《水力学》（上、下册）第二版·成都科技大学水力学教研室编·高等教育出版社4.《取水输水建筑物丛书· 水闸》第一版·陈德亮主编·中国水利水电出版社程序流程图如下：本文档及程序由龚艳光编制，由于本人水平有限，错误在所难免，欢迎大家试用，提出宝贵意见。
E-mail : **********************.cn坎式消力池计算流程图一、池内计算：1. 从池底顶面算起的池前总水头ToTo ＝Z2－Z3＋v o 2/（2×g ）计算示意图22. 计算池内收缩水深hcTo ＝hc ＋22)(2ϕα××hc g q ………………① 或hc 3-To ×hc 2＋222ϕαg q × ＝ 0其中：q ――为收缩断面处的单宽流量，q ＝Q/b 1；Q ――通过消力池的总流量；α――水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；ϕ――消力池的流速系数，一般可取0.95，或初步计算参考《水力计算手册》P201或《水力学》下册P8确定。
消力坎式消力池淹没系数和坎高的计算
消力坎式消力池淹没系数和坎高的计算张志昌，李若冰，赵莹，傅铭焕【摘要】摘要：为了研究消力坎式消力池淹没系数和消力坎高度的简化计算方法，以取代传统的试算法。
综合前人对消力坎淹没系数的研究成果，对淹没系数进行优化拟合，进而推求淹没系数的迭代公式；分析了消力池坎高的简化计算方法；通过动量方程研究消力坎的阻力系数。
研究给出了淹没系数的拟合公式和迭代公式、坎高的简化公式以及消力坎阻力系数的计算公式，并通过实例验证了公式的正确性。
结果表明，淹没系数的迭代公式和坎高的简化公式形式简单，避免了试算的困难。
【期刊名称】长江科学院院报【年(卷),期】2013(030)011【总页数】5【关键词】关键词：消力坎式消力池；淹没系数；坎高；阻力系数；迭代计算1 问题的提出底流消能是水工建筑物的三大消能方式之一，历史悠久，应用广泛，适合于大、中、小型水利工程［1］。
苏联的萨杨舒申斯克坝、印度的巴克拉坝、巴西的河床式水电站，我国的安康水电站、五强溪水电站、长江葛洲坝河床式水电站、二江泄洪闸、三江冲沙闸、荆江分洪闸等均采用底流消能［2］。
底流消能的形式之一是消力坎式消力池［3］，适应于河床不宜开挖或开挖太大造价不经济的情况。
消力坎的作用是壅高坎前的水位形成消力池，其水力计算的主要任务是确定坎高e和池长Lk［4］。
本文主要研究坎高的确定方法。
目前对消力坎式消力池坎高的计算主要为传统的试算法，其过程繁琐。
为了简化计算，文献［5］介绍了一种简化计算方法，也称为巴什基洛娃表解法，此方法根据传统计算方法的原理，事先计算成表格，在计算时查用。
文献［6］根据巴什基洛娃对消力坎淹没系数的研究成果，给出了淹没系数的三次方程，经分析该方程误差较大。
文献［7］根据坎控水跃的原理，计算了坎高和水跃长度，认为坎高比传统计算方法略高了7%。
文献［8］根据级数展开方法，把求解跃前水深的三次方程变成了显式计算，使跃前水深的计算得到了简化。
文献［9］在消力坎的淹没出流计算中，按照传统试算法的过程计算淹没系数。
理正岩土6.5-工程水力学计算
2.2.1 2.2.1 选择工作路径.......................................................................................................................5 2.2.2 2.2.2 增加计算项目.......................................................................................................................5 2.2.3 2.2.3 编辑原始数据.......................................................................................................................7 2.2.4 2.2.4 当前项目计算.......................................................................................................................7 2.2.5 2.2.5 计算结果查询.......................................................................................................................7 3. 第三章 操作说明............................................................................................................................................... 9 3.1 3.1 关于计算例题的编辑.........................................................................................................................9 3.1.1 3.1.1 增加例题与删除当前例题...................................................................................................9 3.1.2 3.1.2 把典型例题加入例题模板库...............................................................................................9 3.2 3.2 计算简图辅助操作菜单.....................................................................................................................9 3.3 3.3 快速查询图形结果.............................................................................................................................9 3.3.1 3.3.1 通过辅助功能菜单查看图形结果.................................................................................... 10 3.3.2 3.3.2 图形查询辅助工具.............................................................................................................10 3.4 3.4 计算书的编辑修改...........................................................................................................................10 3.5 3.5 各模块适用范围...............................................................................................................................11 3.6 3.6 关于数据和结果文件.......................................................................................................................11 4. 第四章 编制原理............................................................................................................................................. 11 4.1 4.1 倒虹吸水力学计算...........................................................................................................................12 4.1.1 4.1.1 编制说明.............................................................................................................................12 4.1.2 4.1.2 基本概念介绍.....................................................................................................................12 4.1.3 4.1.3 流量计算.............................................................................................................................15 4.1.4 4.1.4 设计断面.............................................................................................................................16 4.1.5 4.1.5 进出口渐变段水位变化.....................................................................................................17 4.1.6 4.1.6 出口水位及渠底高程的确定............................................................................................ 18 4.2 4.2 水工渠道水力学计算.......................................................................................................................18 4.2.1 4.2.1 编制说明.............................................................................................................................19 4.2.2 4.2.2 清水渠道均匀流的水力计算............................................................................................ 19 4.2.3 4.2.3 清水渠道非均匀流水面曲线推求.................................................................................... 27 4.2.4 4.2.4 挟沙水流渠道计算.............................................................................................................29 4.3 4.3 水闸水力学计算...............................................................................................................................31 4.3.1 4.3.1 编制说明.............................................................................................................................31 4.3.2 4.3.2 未设底坎的宽顶堰.............................................................................................................31 4.3.3 4.3.3 有底坎宽顶堰.....................................................................................................................36 4.3.4 4.3.4 WES 实用堰....................................................................................................................... 40 4.4 4.4 水工隧洞水力学计算.......................................................................................................................43 4.4.1 4.4.1 编制说明.............................................................................................................................43 4.4.2 4.4.2 正常水深、临界水深、临界底坡和收缩断面水深的计算............................................ 44
水闸水力计算实例
水闸水力计算实例一、资料和任务某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务。
汛期当邻闸泄洪流量达5000米3/秒时，本闸开始泄洪。
根据工程规划，进行水力计算的有关资料有： 1． 1． 水闸宽度设计标准。
（1）设计洪水流量为1680米3/秒，相应的上游水位为7.18米，下游水位为6.98米； （2）校核洪水流量为1828米3/秒，相应的上游水位为7.58米，下游水位为7.28米。
2.消能设计标准因水闸通过设计洪水流量时，上下游水位差很小，过闸水流呈淹没出流状态，故不以设计洪水流量作为消能设计标准。
现考虑汛期邻闸泄洪流量为5000米/3秒时，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，可作为消能设计标准，其相应的上游水位为5.50米，下游水位为2.50米，并规定闸门第一次开启高度e =1.2米。
3.闸身稳定计算标准（考虑闸门关闭，上下游水位差最大的情况）。
（1）设计情况：上游水位为6.50米，下游水位为-1.20米； （2）校核情况：上游水位为7.00米，下游水位为-1.20米。
4.水闸底板采用倒拱形式，底板前段闸坎用浆砌块石填平。
为了与河底高程相适应，闸坎高程定为-1.00米，倒拱底板高程为-1.50米。
5.闸门、闸墩及翼墙型式：闸门为平面闸门，分上下两扇。
闸墩墩头为尖圆形，墩厚d 。
=1米。
翼墙为圆弧形，圆弧半径r =12米。
6.闸址处河道断面近似为矩形，河宽0B =160米。
7.闸基土壤为中等密实粘土。
8.水闸纵剖面图及各部分尺寸见图1。
水力计算任务：1.确定水闸溢流宽度及闸孔数；2.闸下消能计算；3.闸基渗流计算。
图1二、确定水闸溢流宽度及闸孔数平底水闸属无坎宽顶堰。
先判别堰的出流情况。
已知设计洪水流量Q=1680米3/秒，相应的上游水位为7.18米。
闸坎高程为-1.00米，则宽顶堰堰上水头H = 7.18 –( -1.00) =8.18米 又知河宽0B = 160米，则0v =H B Q 0=18.8160680.1 =1.28米/秒g 2=8.92⨯=0.084米0H =H +g av 220=8.18+0.084=8.264米下游水位为6.89米，则下游水面超过堰顶的高度 s h =6.98-(-1.00)=7.98米0H h s =264.898.7=0.965>0.86由《水力计算手册》宽顶堰淹没系数表查得，该出流为宽顶堰淹没出流。
第十章 消能-2013
10.2 底流式衔接与消能
• 10.2.1 水跃发生的位置和水跃的形式
ht hc02， 临界水跃
ht hc02， 远离水跃
ht hc02， 淹没水跃
淹没系数 ' ht / hc02表示淹没程度 。
设计时，一般要求 ' 1.05 1.1
• 10.2.2收缩断面水深的计算
2.挑流消能
在泄水建筑物下游端修建一挑流鼻坎，将下泄水流 向空中挑射至远离建筑物的下游。
3、面流式消能
在泄水建筑物末端设置一较小挑角的垂直鼻坎，将下泄的 滚消能 。
高速水流引向下游水流的上层，主流在水面，坎后底部旋
4.消力戽
水利工程中有时需结合具体工程的需要，将三
种消能方式结合应用。上图采用消能戽就是一种底流 和面流结合应用的实例。
例10.1 图10.7所示为一修筑于矩形断面河道中的溢流 坝，坝顶高程为110.0 m，溢流面长度中等，河床高程为 100.00 m，上游水位为112.96 m,下游水位为104.00 m，通 过溢流坝的单宽流量q = 11.3 m2/s。试判别坝下游是否要做 消能工。如要做消能工，则进行消力池的水力计算。
（2）用试算法计算消力池池深
' hc02
q2 q2 d ht 2 2 g ( ' hc02 ) 2 g (1ht ) 2
' hc02
q2 q2 d ht 2 g ( ' hc02 )2 2 g (1ht ) 2
设几个hc0值计算相应的f（d），计算结果列于表10.3。
试算法求d。
• 试算法求d。
在实际试算时往往不直接假设d，而是先假 设hc0，利用收缩断面水深计算公式 算出
溢洪道excel计算表
流量 Q(m3/s)
3.10
g （m/s2）
9.81
渐扩式矩形断面消力池
收缩断面弗 自由水跃跃
劳德数 后共轭水深
Fr1
h2（m）
3.34
1.86
水跃长度 L（m）
7.62
下挖式消力池
水跃淹没度 σ
水流自消力 池出流的流
速系数φ
消力池宽度 b（m）
下游水深 （m）
ht
消力池长 Lk（m）
1.05
0.95
2.87 3.21 3.63 4.19 4.94 6.02 6.87 7.99 9.55 11.66 14.89 20.59 33.34 87.63 -139.51 -38.84 -22.56 -15.90 -12.27 -9.99 -8.43 -7.29 -6.43 -5.75 -5.20
侧墙高度计算
Δs （m）
0.16 0.46 0.95 1.85 3.70 3.76 6.30 11.97 27.03 223.32 -65.53 -39.61 -34.82 -34.05 -35.38 -32.58 -25.74 -17.95 -11.91 -7.93 -5.41 -3.85 -2.85 -2.18 -1.72
修正系数 安全超高 掺气水深
ζ 1.20
Δh (m) 0.50
hb (m) 0.87
1.20
0.50
0.78
1.20
0.50
0.69
1.20
0.50
0.61
1.20
0.50
0.52
1.20
0.50
0.43
1.20
0.70
0.38
1.20
0.70
水力学：泄水建筑物下游的水流衔接与消能
9.2 底流消能
9.3 挑流消能 9.4 面流消能
9.1 概述
1
选用适当的措施，在下游较短 的距离内消除多余能量△E，并 使高速下泄的集中水流安全地 转变为下游的正常缓流。
1
如图所示一溢流坝，单宽流量 q=80m3/s m，上下游 水位差为△Z= 60m，若不计流速水头及坝面能量损耗，
查表得φ=0.95 试算收缩断面水深hc0
当T0=13 m时，hc0=0.768 m 利用共轭水深关系求hc02
hc02>ht=4 m，坝下游发生远离水跃，需做消能工
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ) 用试算法计算消力池池深
A ht 2 g 1ht q2
2
4.45 (m)
假设一个hc0，
2/3
q 2 2 g ( hc 02 ) 2
例10.2 按例10.1中所给的溢流坝，如下游采用消 力墙消能，试进行消力墙的水力计算（消力墙的 流量系数m=0.4）。 解：(1) 计算消力墙高度s 用 进行试算。例10.1已求得hc02=5.45m
2 q2 11 . 3 B hc02 1.05 5.45 5.92 (m) 2 2 2 g ( hc 02 ) 2 9.81 1.05 5.45
h 2 g ( z s cos ) v cos sin 2 L0 1 1 2 2 g v sin z为上下游水位差，s 为上游水面至坎顶的距离， h
为坝顶水股的厚度。
2. 水下挑距L1的计算
hp为冲坑水深，b 为水舌入水角。
如有实测的水文资料，可根据给定的流量查 得 否则，近似按明渠均匀流求正常水深的方法 计算
消力池1设计
水力学网上辅导材料9：一、 第8章 渠系连接建筑物的水力计算【教学基本要求】本章主要是工程水力设计计算，包括渡槽、跌水以及渐变段等实际工程的水力计算。
这部分不内容作为本课程考试的要求，但是实际工程中会经常遇到。
希望学员们结合自己的工作需要去学习。
【内容提要和学习指导】8．1 渠系连接建筑物的水力计算基本公式1． 明槽渐变段的水力计算公式明槽渐变段的上下游水位差△z ：进口收缩渐变段 t L J gv g v z z z ⋅+-+=-=∆)22)(1(21122221ααζ 出口扩散渐变段 t L J gv g v z z z ⋅---=-=∆)22)(1(22221112ααζ 明渠渐变段的长度L t ： )(min max B B L t -⋅=η η为系数：对进口的收缩段，η取1.5～2.5；对出口的扩散段，η取2.5～3.0。
)(1212z z h h ---=∆2．渡槽的水力计算公式槽身段流量与断面尺寸的关系： i R AC Q ⋅=槽身段水面降落值： L i z z ⨯=-32进、出口渐变段的水力计算公式与明槽渐变段的水力计算公式相同。
3．跌水的水力计算公式矩形断面进口 3012H g mb Q d ε=bH K 0121ζε-= 流量系数m 按堰流确定；K ζ按图8－6所示选用。
梯形断面进口 23011112H g b m Q d = ， 23022222H g b m Q d =118.0H ctg b b θ+=， 228.0H ctg b b θ+=消能段中的跌水射程：当坎为宽顶堰时， 000)25.0(0.4H H P m L +⋅=当底坎为实用堰时： 000)3.0(34.3H H P m L +⋅=消力池的长度： j b L L L 8.00+=消力池的深度 t ch h d -''=05.1 消力墙的高度 H h c c-''=05.1 8．2 渠系连接建筑物的水力计算的基本概念1． 渐变段的分类急流渐变段与缓流渐变段；收缩渐变段与扩散渐变段；曲线型渐变段与直线型渐变段；直线型渐变段又包括：楔型、圆弧型、八字型和直角型渐变段。
梯形消力池水力计算与应用实例
梯形消力池水力计算与应用实例梯形断面消力池具有基础开挖工程量小、避免高挡土墙、施工简单等优点。
对于降低中小型工程施工难度，节约工程投资具有实际意义。
目前相关规范并无梯形断面水跃详细计算说明，而以往资料论述的计算方法落后。
研究梯形断面消力池水力学计算可有助于优化工程设计。
标签：水力学；消能计算；消力池4 梯形断面消力池的优点梯形断面消力池相较于矩形断面消力池，优点主要有以下三点。
第一，相同工况条件下，梯形断面共轭水深比矩形断面小。
共轭水深小即可减少基础开挖量和混凝土工程量。
文章工程实例计算梯形消力池共轭水深为5.019m，而相同工况计算矩形消力池共轭水深为6.174m，两者相差1.155m。
如果采用矩形断面消力池设计，边墙一般需设计重力式或扶壁式挡土墙。
即使采用较节省的扶壁式挡土墙，基础开挖也要预留出挡土墙基础宽度和模板安装空间。
假设采用重力式挡土墙，按照0.3的墙后边坡设计，0.8m墙顶宽度，再加0.8m 墙后趾。
挡土墙基础宽度必须3.5m以上，基础开挖与混凝土工程量均较大。
如果采用梯形断面消力池设计，则可采用1：1左右的贴坡式混凝土护坡，文章工程实例采用底部0.6m顶部0.3m钢筋混凝土护坡。
两方案对比详见表2。
第二，矩形断面消力池边坡一般采用挡土墙型式，重力式和扶壁式挡土墙均需验算稳定性。
另外扶壁式挡土墙虽然节约混凝土工程量，但是有较复杂的配筋计算和增加钢筋用量，施工复杂而且不经济。
梯形断面消力池护坡型式仅需简单验算护坡厚度和构造配筋即可。
当设计较缓边坡时还可不架设模板，施工方便。
第三，梯形断面消力池与下游梯形渠道可以直接连接，省去了矩形断面与下游泄水渠梯形断面之间的扭面衔接段。
扭面一般设计为浆砌石，在目前人工费昂贵的条件下，施工单位基于经济效益考虑，尽量避免采用人工工时较多的浆砌石施工方案。
5 结束语梯形断面消力池水力计算原理简单，但是需要迭代计算。
如今在计算机辅助计算的条件下，运用适当软件或者通过编程，很容易解决计算问题。
利用VBA与Excel构建函数进行排入水库的涵洞调洪演算
利用VBA与Excel构建函数进行排入水库的涵洞调洪演算发表时间：2018-11-24T15:28:11.730Z 来源：《防护工程》2018年第22期作者：张祖航[导读] 涵洞排水入库调洪演算是水利计算的一大难题，最大的难点在于涵洞上下游水位变化与涵洞下泄能力的相互影响北海河海水利水电设计院广西北海536000 摘要：涵洞排水入库调洪演算是水利计算的一大难题，最大的难点在于涵洞上下游水位变化与涵洞下泄能力的相互影响，这一影响存在浮动变化过程，一般的Excel表格计算无法解决浮动变化过程，通过VBA构建函数、判断逻辑、循环过程可以很好解决这一难题。
关键词：涵洞；调洪演算；VBA；Excel；函数；逻辑；循环计算；线性插值在水利、市政、交通等工程中常常会遇到需要在跨越低凹地带或是河沟的地方设置排水涵洞，涵洞分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵等类型。
为保障建筑和上下游的安全，设计工作者需要对涵洞的排水流量、涵洞前后水位等进行计算。
在实际应用中发现穿越下游库容或是下泄能力较小的地段以及水库，下游水位对上游水位的影响较大，这样计算过程按照单一的涵洞下泄曲线计算得到的调洪过程最高水位偏小，且计算过程随下游水位同步上涨而存在浮动变化，上下游水位变化过程是相互关联、相互影响的。
因此为解决调洪演算这一浮动变化过程，笔者利用VBA构建相关函数解决这一难题。
1、计算原理及过程拓扑构建函数之前我们需要先了解普通Excel计算方式与利用VBA的Excel计算方式的区别。
普通Excel计算逻辑仅限于利用自带的判断式进行一次性计算，计算方式为全表整体计算，不能进行逐行或是逐单元格计算，且自带的迭代计算受限于迭代次数的限制。
通常我们在计算需要试算、浮动式运算的情况下就非常麻烦，需要人工干预，这样往往会造成效率低下的情况。
利用VBA的Excel计算也就是Excel中的宏，计算机科学里的宏（Macro），是一种批量处理的称谓，利用VBA的批量处理功能进行试算、浮动式计算等常常能够事半功倍。