水力計(jì)算實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、溢流壩水力計(jì)算說明書基本資料：某水利工程在臺地形河谷筑壩，主槽設(shè)溢流壩。溢流壩為 WES 型，上游面垂直，下游直線段坡度為1:0.7，上下游堰高相等，溢流壩共5孔，每孔凈寬為 8m,閘墩頭部采用半圓形，墩厚為2m,邊墩采用圓弧形，其寬度為1m,由平面閘門控制。壩址附近河段較為順直，斷面為有主槽和邊灘的臺地形，主槽斷面近似為矩形，并且斷面變化較小，平均槽深為9.62m,平均寬度為52m o擬采用底流式銜接與消能形式。（ 1） 根 據(jù) 水 利 水 電 工 程 等 級 劃 分 及 防 洪 標(biāo) 準(zhǔn) （ SL252-2000 ） 規(guī)定， 本工程等級為五等，主要建筑物屬于五級。（ 2） 水庫水位：正常蓄水

2、位：434.20m設(shè)計(jì)洪水位：435.00m防洪限制水位：432.00m（ 3） 五 十 年 一 遇 設(shè) 計(jì) 洪 水 位 對 應(yīng) 的 下 泄 流 量 為1250.00m3/s；（ 4） 百年一遇校核洪水的下泄流量為1400.00m3/s。（ 5） 壩址上下游河床高程均為405.0m。76）溢流壩輪廓尺寸如下圖1 所示（ 7） 河道平均坡降i=0.001 ，糙率 n=0.04。一 溢流壩下游河槽的水力計(jì)算由“基本資料”可知，溢流壩壩址處附近河段較為順直，河槽按矩形斷面計(jì)算。河道的比降i 為 0.001，糙率 n 為 0.04， 河槽寬度b為52m,河梢深度為9.62m。河梢的設(shè)計(jì)流量按五十年一遇

3、的設(shè)計(jì)洪水位435.00m對應(yīng)的下泄流量設(shè)計(jì)，即 Q設(shè)為1250.00m3/s;壩址處下游河底的高程均為405.0m。1. 計(jì)算水庫在設(shè)計(jì)洪水位（五十年一遇）即下泄流量為Q 設(shè) =1250.00m3時(shí)河槽正常水深的計(jì)算河槽正常水深應(yīng)按明渠均勻流計(jì)算，對矩形斷面，各水力要素為：A=bhx=b+2hR=- xC=-R1/6nv=AC Riv=AC , Ri過水?dāng)嗝婷娣e:過水?dāng)嗝鏉裰?水力半徑：謝才系數(shù)：斷面平均流速:河梢流量：河槽這一正常水深 ht,要求采用試算法 計(jì)算：當(dāng)Q流=1250.00m3/s時(shí)，依據(jù)上述公式，河槽正常水深ht計(jì)算結(jié)果如表1所示：表1:水庫設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，河槽正常水深ht試算

4、表。單位：m序 號水深 h面積A濕周x水力半徑R謝才系數(shù)C流速v流量Q19.0468706.68634.3142.8061313.10828.0416686.11833.8102.6451100.12838.5442696.40634.0702.7271205.27948.7452.469.46.51934.1692.7591248.08858.71452.9269.426.52434.1742.7601250.185由表1可知，河槽正常水深 ht=8.71則壩下游水位為：二河槽底高程+ht=405.00+8.71=413.71 m2. 計(jì)算水庫在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量為Q設(shè)=140

5、0.00m3/s時(shí)河槽正常水深的計(jì)算河槽這一正常水深 ht,要求采用迭代法，即由上述各式解得正常水深ht的迭代式為:h（j+i）=（nQ）25(b 2hj尸當(dāng)Q=1400.00m3/s時(shí)，根據(jù)上述公式，河槽正常水深ht計(jì)算結(jié)果如表2所示：表2:水庫校核洪水位時(shí)，河槽正常水深 ht計(jì)算表。單位：m迭代次數(shù)12345hj0.008.309.289.389.39hj+18.309.289.389.399.39由表2可知：校核洪水位時(shí)，河槽正常水深ht=9.39m則壩下游水位為 405.0+9.39=414.39m3. 計(jì)算并繪制溢流壩下游河槽的“水位流量”關(guān)系曲線。表3:溢流壩下游河槽的“水位流量”

6、關(guān)系曲線計(jì)算表.注：其中序號5點(diǎn)為：防洪限制水位時(shí)的壩下游河梢水深和對應(yīng)的下泄流量。序號9點(diǎn)為：正常蓄水位時(shí)的壩下游河梢水深和對應(yīng)的下泄流量。序號11點(diǎn)為：設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的壩下游河梢水深和對應(yīng)的下泄流量。序號13點(diǎn)為：百年一遇水位時(shí)的壩下游河梢水深和對應(yīng)的下泄流量。序 號水深 h面積A濕周x水力半徑R謝才系數(shù)C流速v流量Q水位m1152540.96324.8430.77140.08940622104560.02513.5190.0687.03040733156582.69029.4831.529238. 54640844208603.46730.7561.811376.67840954.4238

7、.860.83.7631.771.91437409.465260624.19431.7482.056534.56941076312644.87532.5542.273709.16341187364665.51533.2302.468898.26541297.5390675.8233.532.56998412.5108416686.11833.8102.6451100.128413118.71453696.5234.712.7591247.804137129468706.68634.3142.8061313.108414139.39488.2870.786.89934.4942.8651398.

8、961414.391410520727.22234.7582.9541535.985415根據(jù)上表建立坐標(biāo)，按比例繪制曲線（二）確定溢流堰的堰頂高程；設(shè)計(jì)溢流壩剖面根據(jù)“資料”，五十年一遇的設(shè)計(jì)洪水量為溢流壩的設(shè)計(jì)流量，即 Q設(shè)為1250.00m3/s,其對應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位為435.00m,溢流壩按實(shí)用堰流計(jì)算，并采用 WES型實(shí)用堰剖 面。1 .確定溢流壩壩頂高程已知溢流壩共設(shè) 5孔，每孔凈寬為 8m,閘墩頭部采用半圓形，墩厚為2m,邊墩采用圓弧形，其寬度為1m,堰頂設(shè)置平板閘門控制流量。計(jì)算堰上設(shè)計(jì)水頭 Hd=6.12 m23堰上全水頭H0= QS mBi 2g采用 WES型實(shí)用堰，并假定

9、P/Hd>1.33,則流量系數(shù) md=0.502,設(shè)堰為自由由流，即淹沒系數(shù) s=1.0,23Ho= QS mB2g2_1250百1 0.9 0.502 409.8=6.2496 m查表7.2得閘墩形狀系數(shù)0 0.45；查圖7.9得邊墩形狀系數(shù)k 0.7 o因吩等0.78<1按胃=0.78代入計(jì)算231 0.2 K(n1)Ho0 nb ,、 c1 c c1 0.2 0.7 (5 1) 0.45 0.7850.922Ho=12501 0.922 0.502 40 .2 9.86.150.769 < 18按業(yè)=0.769代入計(jì)算 b1 0.2 K (n 1) 0HOnb1 0.2

10、 0.7 (5 1)0.450.7690.923H0=12501 0.923 0.502 402 9.8=6.15 m因皿 起 0.768 V 1按地=0.768代入計(jì)算 b 8bH n1 0.2 k (n 1) 00nb11 0.2 0.7 (5 1) 0.45 0.768 50.923此時(shí)，所求得的不變，為0.923。說明H°=6.15 m已知上游河槽寬為52m,設(shè)計(jì)洪水位為 435.00m,河床高程為405.00m,河槽斷面近似為矩形，故上游過水?dāng)嗝婷娣e為：A=52(435-405) =1560 m2Q 1250A 15600.801 m/s22堰上設(shè)計(jì)水頭Hd=H0工 6.1

11、5”01 6.122g2 9.8計(jì)算溢流壩壩頂高程壩頂高程二堰上設(shè)計(jì)洪水位-Hd=435-6.12=428.88 m2 .設(shè)計(jì)溢流壩剖面按資料溢流壩采用 WES剖面如圖溢流壩剖面由上游垂直段AB,上游曲線段 AO,下游曲線段 OC,下游直線 段CD ,下游反弧段 DE組成。下游斜坡段 CD坡度md=0.7 a =55 ° -59堰的前沿即堰頂 。點(diǎn)上游段BO采用三圓弧，其半徑與水平尺寸確定如下：堰頂O點(diǎn)上游三圓弧的半徑及其水平坐標(biāo)值為：Ri=0.5Hd=0.5 6.116=3.058mXi=0.175 Hd = - 0.175 6.116=1.0703mR2=0.2 Hd =0.2

12、6.116=1.2232X2=-0.276 Hd=1.688mR3=0.04 Hd=0.2446mX3=-0.282 Hd=1.7247mO點(diǎn)下游的曲線方程為：(工)=0.5 () 1.85 HdHdy=0.51.851.85x x6.1160,859.322由已知得OC曲線段計(jì)算結(jié)果表 4:xm0.51234567ym0.02980.10730.38670.81881.39412.10662.95173.9257xm891010.511121314ym5.02586.24947.59448.31179.058710.640812.339214.152315161716.07918.11812

13、0.2685根據(jù)表4中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線 OC坡度md=0.7的下游直線段 CD與曲線OC相切于C點(diǎn)，C點(diǎn) 坐標(biāo)XcYc可如下求得：對堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù)dx 9.322直線CD坡度為:dy =X0.85=0.198 X 0.85dy 11=一=一dxmx0.7故有0.198Xc0.85= 0.7i0.85Xc=1=10. 2260.7 0.198Yc=1.8510.2269.322=7.915壩下游反弧半徑r按下式計(jì)算r= (0.250.5) (Hd+Zmax)式中上下游水位差 Zmax=435 413.71=21.29故r= (0.250.5) (6.116+21.29) =6.8513

14、.703取 r=8m反弧曲線的上端與直線 CD相切與D點(diǎn)下端與河床相切于 E點(diǎn)，D點(diǎn)E點(diǎn)及反弧曲線圓心 O點(diǎn)得坐標(biāo)，可用作圖法法 或下面的分析法確定。(1)反弧曲線圓心O'點(diǎn)X0'=Xc+mx(P2y2)+rcot1800 5502丫0'= P2rP2為下游堰高X0'=25.57mY0'=15.884m(2) E 點(diǎn)Xe'= X0'=25.57mYe'= P2=23.884m(3) D 點(diǎn)XD=19.017mYD=20.47m根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可繪得堰剖面曲線圖。(三)確定水庫的校核洪水位；計(jì)算水庫在正常蓄水位防洪限制水位時(shí)的過堰流

15、量；繪制水庫(堰上)的“水位流量” 關(guān)系曲線。(計(jì)算數(shù)據(jù)在表5中)1.確定水庫的校核洪水位已知流量為1400 m3/s,計(jì)算堰上水頭，先假定義1.33,可不考H慮行進(jìn)流速水頭，；流量系數(shù)取為0.510,假定側(cè)收縮系數(shù)為0.9.先按自由出流，取淹沒系數(shù)1.0H。1400230.9 0.51 40 .19.66.670 m查表得，閘墩形狀系數(shù)為1.45 ,邊墩形狀系數(shù)為0.7H。1 0.2 k (n 1) ° 石0.5H01 0 0.91740把0.917代入公式重新計(jì)算H014003H 0 6.590 m0.917 0.51 40 . 19.6皿 1.072查表可得里 1.015即 m

16、=0.509H dmd和上面假定近似所以假定成立。即堰上水頭為 6.590 m2、求正常蓄水時(shí)的下泄流量已知正常蓄水位是434.20 m,因?yàn)橛?jì)算水頭不等于設(shè)計(jì)水頭，所 以H H d即m mdH0 434.20-428.86=5.34 m由上面可知堰為自由出流，側(cè)收縮系數(shù)1 0.2 k (n 1) 0 H2nb1 05HA 0.933 根據(jù) H0- 0.869 查表可得 m 0.496 40HdQ s mb、；2gH 032 = 101 1m3/s3、求防洪限制水位時(shí)的下泄流量已知防洪限制水位是432.00 m,因?yàn)橛?jì)算水頭不等于設(shè)計(jì)水頭， 所以H H d即m mdH0 432.00-428.

17、86=3.14 m由上面可知堰為自由出流，側(cè)收縮系數(shù)1 0.2 k （n 1） 0 H2nb1 05H20.961 根據(jù)業(yè)0.511查表可得m 0.45240HdQs mb/2gH032=428 m3/s4.繪制水庫（堰上）“水位流量”關(guān)系曲線如圖。（四）計(jì)算水庫在正常蓄水位、防洪限制水位時(shí)溢流壩下游 河槽的正常水深。表5 水庫（堰上）與壩（堰）下游河槽“水位流量”關(guān)系曲線坐標(biāo)表單位：m序號堰上水頭H堰上水位河槽水深h1河槽水位流量Q備注13.12432.004.4409.4439防洪限制 水位25.32434.207.5412.5998正常蓄水 位36.12435.008.7413.7125

18、0設(shè)計(jì)（50年）洪水 水位46.39435.279.39414.391400校核（100 年）洪水水位（五）計(jì)算水庫在正常蓄水位閘門關(guān)閉的情況下，每米寬溢流壩段上所受的靜水總壓力。凈水總壓力 P=106798KN 作用點(diǎn)（壓力中心）D=9.19m繪制靜水壓強(qiáng)分布圖于溢流壩剖面圖。（六）壩下消能設(shè)計(jì)。1 .水流銜接計(jì)算壩址處hc計(jì)算公式為：二(i 1)2g2q（E0 hc（i）公式中Eo=P1+Ho其中 P1=23.88m 堰上水頭Ho=H+Vo2/ 2g 查表 8.1小=0.9 采用迭代法計(jì)算水流銜接形式計(jì)算如下表 6單位：m堰上水頭H流里Q面 積Ao流 速Vo行進(jìn)流速Vo2/2g堰上全 水頭Ho壩前斷面 總能量Eo單寬流里q收縮 斷面 水深hc共輾 水深 hc”下游水深ht水流銜 接形式hc”-ht3.1243914040.3130.0053.12527.0058.40.405.84.41.45.3299815180.6570.0225.34229.22219.20.908.77.51.26.12125015600.8010.0336.15