水力学综合练习计算书

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1、水力学综合练习计算书任务1﹕分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量设计，校核洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面曲线。一、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

2、.60m3/s。正常水位为52.52m，泄量125.61m3/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；1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48.90米，i=0.258，第二段长25.60米，i=0.281；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米；溢洪道纵剖面简图及平面图、输水涵管简图（见附页）一、计算过程（一）

3、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。（一）采用公式1.判别水面曲线型式：正常水深h0的试算：Q?矩形断面临界水深：hk?32A2/3RinAR?x?q2g二、具体计算：1.水面曲线分析1)水平段（i=0）①判别水面曲线型式先求闸下出流的收缩断面水深hc

4、，由于为闸孔出流堰上水头H=54.97-49.00=5.97m由e?0.645查《水力学》书表8－1得???0.674He3.85??0.645?0.65，故H5.97hc???e?0.674?3.85?2.595m单宽流量q?Q251.4??19.04m3/(s.m)=2.595m，对应第二共轭水B2?6.6hc8??q22.5958?19.042(??1)=4.2m深hc???(?3?1)=2ghc29.8?2.5953假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9((hc???hc)=6.9×(4.2-2.595)=11.1m，在实际工程上一般认为hc发生在离闸门（2～

5、3）e的断面处，则取2e=2×3.85=7.7m由于7.7+11.1=18.8m<水平段长度19.1m，故发生水跃。计算临界水深hk??q21?19.042??3.33mg9.8由于i?0,hc?hk故曲线在c区，属C0型壅水曲线。由于跃后水深之后的距离很短并且又是平坡，可不计算水平段的水面曲线。32)第一陡坡段（i=0.258）①判别水面曲线型式先进行正常水深h0的试算流量:Q?A2nR/3设h1=0.5m，则A1=bh1=14.6×0.5=7.3m2x1=b+2h2=14.6+2×0.5=15.6mRA11?x?7.3?0.468m115.6Q?AnR2/3i?

6、7.30.013?0.4682/3?.258?171.918m3说明所设h1太小，再假设，重新计算，列于表1正常水深试算表(i?0.258)表1据以上结果，作h～Q关系曲线如图14由曲线查得Q=251.4m，对应的水深即为正常水深h0=0.633m单宽流量：q?Q251.4??17.22m3/s.mb14.63临界水深：hk?3?q22.22?3g9.8=3.12m>h0=0.633m因为h0?hk，故渠道为陡坡，由于水平段末端水流以水跌的形式进入陡坡段，故水面曲线在b区，为b?型降水曲线。②用分段求和法计算水面曲线泄槽上游接宽顶堰，起始断面水深认为等于临界水深hk

7、（即。故以临界水深hk?h1?3.12m向下游推算，设h2=3.0mh0?hk）以1－1和2－2断面为例A1=bh1=14.6×3.12=45.6m2v1?2Q251.4??5.519m/sA145.6v15.5192=1.554m?2g19.6v2Es1?h5??5.519+1.554=4.674m2g同理可得A2=43.8m2，v2=5.74m/s，Es2=4.681m。?△Es1－2=Es2-Es1=4.681-4.674=0.007m1－1断面水力要素：χ1=b+2h1=14.6+2×3.12=20.84m5R1=A1