第八章 堰流及闸孔出流典型例题4

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1、某顺直河道上的溢流坝，溢流宽度等于河宽。已知：坝高P1=P2=8.0m，单宽流量q=6m2/s，溢流坝的流量系数m=0.49，流速系数=0.95，坝下游河道水深为ht=3.0m,试判断溢流坝下游水深衔接形式，若需要建消能工，试设计一消能坎式消能池。htHP1题　　目涉及的知识点1.坝下收缩断面水深和共轭水深的计算；2.下游水跃衔接形式的判断；3.消力坎的坎高和池长的水力计算。（1）计算临界水深hk对于矩形断面有，故解：解题步骤为了判断溢流坝下游水深衔接形式，先计算下游收缩水深及其共轭水深。可用查图法或迭代法。1

2、.判断溢流坝下游水流衔接形式解法一：采用查图法计算及（2）计算以下游收缩断面底部水平面为基准的总水头E0解题步骤H0P2hcE0故为自由出流，取σs＝1.0由已知条件知溢流宽度等于河宽，故取ε1＝1.0又因为由于于是将已知数据代入上式可得堰顶水头：解题步骤故解题步骤查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得由及参变量于是收缩水深hc的共轭水深解题步骤解法二：采用迭代法计算及（1）以溢流堰下游收缩断面底部为基准，对堰前断面与下游收缩断面建立能量方程于是有E0H0P2hc代入已知条件可得采用迭代法求得（2）由水跃方

3、程计算hc的共轭水深解题步骤因为，故坝下游产生远驱式水跃衔接，需要修建消能工,如下图所示：解题步骤比较查图法与迭代法所求的hc及，可见两者十分吻合。由于查图法易产生误差，建议采用迭代法。htH0P1hccLk解题步骤2.消能坎高度c的计算htcH1根据消能要求，坎高应满足：由于坎顶水头H1的计算与坎顶流态有关，故先假设消能坎为非淹没堰，即令,并取消能坎的流量系数。则消能坎顶全水头为:式中取1.05于是故消能坎高解题步骤现在来校核坎后的衔接形式。解题步骤由能量方程于是因为H10E01htchc1由水跃方程求得取消

4、能坎的流速系数，代入其他已知条件，则由迭代法求得解题步骤因为故坎后为淹没式水跃衔接。又所以，坎为淹没堰，与原假设不符，故消能坎高度必须按淹没堰计算。解题步骤htchc1H10先假设坎高c＝1.7m。相应的坎顶全水头为在所设的坎高情况下，为保证池内产生淹没水跃相应的坎顶全水头为解题步骤把消能所要求的坎前水深作为已知水深，即根据，查消能坎的淹没系数表可得：则解题步骤下面来校核在上述坎顶水头作用下，消能坎能否通过已知的流量所求得消能坎的过水能力大于已知流量，故初设坎高c＝1.7m偏小，需另外假设坎高c值进行试算。现列

5、表试算如下解题步骤c(m)H1(m)H10(m)hs/H10σq(m3/s-m)1.702.2482.3660.5490.9856.671.752.1982.3160.5400.9866.461.802.1482.2660.5300.9876.261.852.0982.2160.5190.9886.061.902.0482.1660.5080.9895.861.862.0782.2060.5170.9886.02从以上结果可见，坎高c＝1.86m时，消能坎的过水能力与给定流量q十分接近。故取消能坎坎高为:c＝1

6、.86m因为消能坎是淹没出流，不需要再校核坎下游水流的衔接状态。解题步骤注意：若消能坎为自由出流时，则需要对坎下游水流的衔接状态进行校核计算。若下游为远驱式水跃衔接时，还需要修建第2道坎，直至达到淹没式水跃为止。解题步骤消能坎式消能池的长度与降低护坦式消能池相同,即3.消能池长度Lk的计算htH0P1hccLk又故得可以取解题步骤讨论若消能坎为非淹没堰时，应怎样进行坎后水流衔接计算与第2道消能坎坎高计算？对消能坎坎后水流衔接进行计算的方法是：将消能坎当作一溢流堰，计算坎后的收缩水深hc1及其共轭水深，并与下游水

7、深ht进行比较。当坎后为远驱式水跃衔接时，必须设置第2道消能坎或采取其它消能措施。第2道消能坎坎高计算方法同第1道坎相同。