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1、工程水力计算学实训报告书 指导教师：鄂军良 作者：水利工程27班赵文瑾 溢流坝水力计算说明书基本资料见任务指导书一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位流量”关系曲线（1） 由资料可知，坝址处河道断面为矩形断面（2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）：V=CQ=ACC=R A=bn X=b+2h R=（3） 计算（五十年一遇Q和一百年一遇Q相对应的水深，采用迭代法计算水深，即矩形断面迭代公式为：a、迭代法计算五十年一遇Q=1250/s的水深h 将已知数据代入公式（Q=1250/s，i=0.001,n=0.04，b=52m）得：首先设水深h01=0,代入上式，则得h02=7.759
2、,再将h02代入上式得h03=8.613,用同种方法可有：h04=8.699,h05=8.708,h06=8.709,h07=8.709,综上所述最后得h=8.709m.b、用迭代法计算一百年一遇Q=1400/s相对应水深h如a所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=1400/s相对应水深h=9.395m.(4)计算并绘制下游河道“水位流量”关系曲线(图一):溢流坝剖面图序号水深h面积A湿周X水力半径R谢才系数C流速v流量Q水位备注11.00052.00054.0000.96324.8430.77140.088406.00022.000104.00056.0001.85727.7171.19412
3、4.223407.00033.000156.00058.0002.69029.4821.529238.522408.00044.000208.00060.0003.46730.7561.811376.656409.00055.000260.00062.0004.19431.7472.056534.525410.00066.000312.00064.0004.87532.5542.273709.160411.00077.000364.00066.0005.51533.2302.468898.283412.00088.000416.00068.0006.11833.8092.6441,100.07
4、7413.00098.709452.86869.4186.52434.1742.7601,250.004413.70950年一遇109.000468.00070.0006.68634.3132.8061,313.059414.000119.395488.54070.7906.90134.4952.8661,399.992414.395100年一遇129.620500.24071.2407.02234.5952.8991,450.178414.620槽深1310.000520.00072.0007.22234.7582.9541,535.998415.000下游河道水位与流量关系计算表（表一）（
5、图二）二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面（1） 坝顶高程的确定（参考例8-5）a、 坝上水头H0计算:计算：1、初步估算H0可假定HOH,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数，求出H，再校核侧收缩系数的值。因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取=1.0，然后再校核。由题意可知Q=1250/s,设=0.90，则;=6.25(m)2、计算实际水头H。查课本教材8-13及8-14表得边墩形状系数为0.7，闸门形状系数为0.45，因0,应按计算。=1-0.2用求得的近似值代入上式重新计算H0又因，仍按其计算，则所求得值不变，则说明以上所求的H0=6.145m是正确的。已知
6、上游河道宽为52m。上游设计水位为435.00m,河床高程为405.00m，近似按矩形断面计算上游过水断面面积：A0=52(435.00-405.00)=1560()则堰的设计水头为3、堰顶高程=上游设计水位-Hd=435.00-6.125=128.88（m）因下游堰高P2+428.88-405.00=23.88（m）,下游水面比堰顶低，,满足自由出流条件，说明上述计算结果是正确的。则最终确定该实用堰的堰顶高程为428.88m。（2） 溢流坝剖面设计1、 方案：a. 溢流坝采用WES型抛面b. 堰前沿采用三圆弧c. 抛面各段确定如图一所示2、 堰上游设计为垂直段3、 堰顶段BC的设计a. 前沿
7、OB段，由三圆弧组成各段半径和水平距，计算如下：（Hd=6.125m） b. 堰顶下游采用幂曲线，按下列方程计算：其中：Hd堰剖面的设计水头（Hd=6.125m） n与上游堰坡有关的指数(见教材8-1)（n=1.850） k系数（见课本表8-1）（k=2） x、y圆点下游堰面曲线横纵坐标经整理可得方程 依上述方程可绘制出堰顶下游曲线：x123456789y0.1070.3860.821.392.12.943.9165.016.234（表二）（图三）4、 下游直线段CD和反弧段DE尺寸的确定a、 由任务指导书可知下游斜坡坡比ma=0.7,则其倾角=。又知CD直线段与曲线OC相切与C点。I.C点坐
8、标确定如下：堰曲线 求一阶导数 即=，解得x=10.299，y=7.899故C点坐标为（10.299，7.899）II.反弧段DE有关尺寸的确定半径R的确定： 其中，所以 ，取R=10.00m由图二可有:求的O点坐标为（26.103，13.88）IIID点坐标的确定求得D点坐标为（17.91，19.62）IV.E点坐标的确定：求得E点坐标为：（26.103，23.88）5、根据上述计算结果可绘制出堰剖面图，如图（图四） （图五）：三圆弧三、 求水库的校核洪水位、正常蓄水位与防洪限制水位（1） 计算校核洪水位（Q = 1400/s）1.求坝上水头 计算：1、初步估算H0可假定HOH,由于侧收缩系
9、数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数，求出H，再校核侧收缩系数的值。因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取=1.0，然后再校核。由题意可知Q=1400/sm=0.502,设=0.90，则;=6.740(m)2、计算实际水头H。查课本教材8-13及8-14表得边墩形状系数为0.7，闸门形状系数为0.45，因1,应按计算。=1-0.2用求得的近似值代入上式重新计算H0又因，仍按其计算，则所求得值不变，则说明以上所求的H0=6.658m是正确的。已知上游河道宽为52m。上游设计水位为435.00m,河床高程为405.00m，近似按矩形断面计算上游过水断面面积：A0=52(435.00-
10、405.00)=1560()则堰的设计水头为3、校核：因下游堰高P2+428.88-405.00=23.88（m）,下游水面比堰顶低，,满足自由出流条件，说明上述计算结果是正确的。则相应的校核洪水位=428.888+Hd=428.888+6.618=435.506(m)相关数据计算表序号流量假设值总水头系数（）堰上水头备注116007.3687.3220.9087.272215507.2137.1580.9117.110315007.0576.9920.9136.948414506.9006.8260.9156.783槽深514006.7406.6580.9176.618一百年一遇613506
11、.5796.4880.9196.451713006.4156.3170.9216.282812506.2506.1440.9236.112五十年一遇912006.0825.9700.9255.9401011505.9125.7940.9285.7661111005.7395.6160.9305.5891210505.5645.4350.9325.4111310225.4665.3350.9335.3121410005.3865.2530.9345.231159505.2055.0680.9375.048169005.0204.8800.9394.862178504.8334.6900.9414
12、.673188004.6414.4970.9444.482197504.4464.3000.9464.286207004.2464.0990.9494.087216504.0413.8950.9513.884226003.8313.6850.9543.677235503.6153.4710.9573.464245003.3933.2510.9593.245254503.1633.0250.9623.109264403.1162.9790.9633.112274002.9242.7910.9652.787（表三）(2)、计算正常蓄水位=434.200（m）时流量Q以及下游河道水深Hd=434.2
13、00-428.888=5.312（m）查表三可知H0=5.335m,又，得v0=0.671m/s所以Q =（Hd+P1）b v0=1019.479(/s) 求下游河道水深为h t由公式及可推出h t=利用迭代法求h t 令h t=0,得h t1=6.856，再将h t1带入上式得h t2=7.540，以上述同种方法可得 h t3=7.601， h t4=7.607， h t5=7.608， h t6 =7.608，最终确定h t=7.608m(3)、求防洪限制水位Hd=432.000-428.888=3.112（m）查表三可知H0=3.117m, 又，得v0=0.313m/s所以Q =（Hd+
14、P1）b v0=(23.888+3.112)520.313=439.522(/s)求下游河道水深为h t利用上述公式h t=采用迭代法确定h t，最终确定h t=4.412m即防洪限制水位=405.00+4.412=409.412(m)综上所述可得表四：几个流量与堰上水头和堰下游河道水深计算成果表序号堰上水头（m）流量(/s)堰下游河道水深(m)备注13.117439.5224.412防洪限制水位25.3351019.4797.608正常蓄水位36.14512508.709五十年一遇46.65814009.395一百年一遇四、 计算在正常蓄水位闸门关闭的情况下，每米宽溢流坝段上所受的静水总压力
15、利用图解法求解：（如图所示）计算：求静水总压力的大小h1=434.200-428.88=5.32 mh2=434.200-405.00=29.2 mL=h2-h1=29.2-5.32=23.88 m确定压力中心位置：五、坝下消能设计（1）水流衔接计算相关计算公式： 根据以上公式列表进行水流衔接计算：水 流 衔 接 计 算 表序号堰上水头Qh tE0水流衔接形式- h t13.117439.5228.4524.41227.00510.990.880.5480.548远离式2.02625.3351019.47919.6057.60829.22325.490.931.1681.168远离式2.482
16、36.145125024.0388.70930.03331.250.941.3911.23远离式2.52146.658140026.9239.39530.54635.000.941.5611.55远离式3.155（表五）从表中数据可知，水流衔接形式均为远离式水跃衔接，故需设置底流式消能。（图七）（2） 挖深式消力池水力计算（如图七所示）1. 消力池设计流量的确定由表五数据可知消力池设计流量为Q =1250/s 。2.确定池深S a.估算池深S (=1.05)=1.0511.23-8.709=3.09(m)c. 计算建池后的将、q、代入公式，经计算求的hc=1.32m，则将相关数据代入公式求得=11.645m 。3.计算Z4.计算在1.051.10范围内，所以池深满足要求，为方便施工池深取S=3.1m5.确定池长=6.9(11.645-1.32)=71.24(m)=0.771.240.871.24=49.8756.992（m）即池长取L k=57m即消力池长度为57米。附录：任务指导书第13页