水闸水力计算

浙江同济科技职业学院

水力计算综合实训

报告书

专业：水利水电建筑工程 班级： 水工1002班 姓名： 阙子慧 学号： 1004030224

目录

项目一：水闸水力计算 ............................................................................ 1

第一章 工程介绍 ........................................................................................................................ 1

一、基本资料 . .......................................................................................................................... 1 二、计算任务 . .......................................................................................................................... 1

第二章 确定水闸溢流宽度及闸孔数。 ............................................................................... 1

一、判断堰的出流情况。 . ...................................................................................................... 1 二、流量系数。 . ...................................................................................................................... 1 三、校核流量。 . ...................................................................................................................... 1

第三章 闸下消能计算。 . .......................................................................................................... 1

一、判别属于堰流或孔流。 . .................................................................................................. 1 二、判别属于自由出流或淹没出孔流。 . .............................................................................. 2 三、设计消力池尺寸。 . .......................................................................................................... 2

项目二：河岸溢洪道水力计算 ................................................................ 3

第一章 工程介绍 ........................................................................................................................ 3

一、基本资料 . .......................................................................................................................... 3 二、计算任务。 . ...................................................................................................................... 3

第二章 绘制水库水位与溢洪道的流量关系曲线。 . ........................................................ 3

一、堰流时Z 与Q 的关系。 ................................................................................................. 3 二、闸孔出流时Z 与Q 的关系。 ......................................................................................... 4 三、库水位Z 与溢洪道流量关系曲线。 .............................................................................. 5

第三章 水面线计算。 ............................................................................................................... 5

一、第一斜坡段水面线的计算。 . .......................................................................................... 5 二、第二斜坡段水面线的计算。 . .......................................................................................... 7 三、第三段斜坡水面线的计算。 . .......................................................................................... 8 四、绘制溢洪道水面线。 . ...................................................................................................... 9

第四章 最大冲坑深度和相应的挑距计算。 ...................................................................... 9

一、冲坑深度计算。 . .............................................................................................................. 9 二、 挑距计算。 . .................................................................................................................. 10

项目一：水闸水力计算

第一章 工程介绍

一、基本资料

某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务，汛期当临闸泄洪量达5000m 3s 时，本闸开始泄洪。水闸设计洪水流量为1680m 3s ，相应的上游水位为7.18米，下游水位为6.98米。校核洪水流量为1828m 3s ，相应的上游水位为7.58米，下游水位为7.28米。汛期临闸泄洪流量为5000m 3s 师，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，其相应的上游水位5.50 米，下游水位为2.50米。并规定闸门第一次开启高度 =1.2米。闸底板高程为-1.00米，闸门为平面闸门，闸墩墩头为尖圆形，墩厚d=1.00米。翼墙为圆弧形，圆弧半径r=12米。闸址处河道断面近似为矩形，河宽B 0=160米。如图1所示。 二、计算任务

1. 确定水闸溢流宽度及闸孔数。 2. 闸下消能计算。

第二章 确定水闸溢流宽度及闸孔数。

一、判断堰的出流情况。

v 0=Q B 0H =160⨯8. 18) =1. 28s

2

H 0=H +v 0g =8. 18+(1. 28) 2⨯9. 8=8. 26m h s =7. 98m ，h s H 0=7. . 26=0. 97〉0. 8，为淹没出流。∴σs =0. 50。 ε=1

B 取90米，分9孔，每孔净宽10米，实际流量大于设计流量，所以B 满足要求。 三、校核流量。

v 0=Q B 0H =(160⨯8. 58) =1. 33s

2

H 0=H +v 0g =8. 58+(1. 33) 2⨯9. 8=8. 67m

Q =εσs 2g H 0=1⨯0. 5⨯0. 36⨯90⨯2⨯9. 8⨯(8. 67=1830. 93m 3>1828m 3s 满足要求，则B 为所求。

第三章 闸下消能计算。

一、判别属于堰流或孔流。

e H =1. 6. 5=0. 185

二、判别属于自由出流或淹没出孔流。

因闸孔流量未知，尚无法判别闸孔出流情况，先假设为自由出流，算出流量后在校核。

0. 264

μ1=0. 352+=0. 571

e H

2. 718

根据e H =1. 26. 5=0. 185查表得ε' =0. 619 h c ' =ε' e =1. 2⨯0. 619=0. 743m

q =Q B =679. 90=7. 548m 3s ⋅m

22⎫0. 743⎛⎫h c ' ⎛q 7. 548 ⎪ h =+8-1=+8-1⎪=3. 602m >h t =3. 5m 33⎪⎪2 2 9. 8⨯0. 743g h c ' ⎝⎭⎝⎭

为自由出流，闸下发生远离式水跃，需做消力池。 三、设计消力池尺寸。

q 27. 5482

E 0=h c +=0. 743+=6. 50m 2222

2g ϕh c 2⨯9. 8⨯0. 95⨯0. 743

（1）估算池深s

s =σh c ' ' -h t =1. 05⨯3. 602-3. 5=0. 28m ，为方便施工，池深取s=0.3m。 ' ' c

（2）计算建池后的h c ' ' 。

' E 0=E 0+s =6. 5+0. 28=6. 78m ，经计算求得h c ' =0. 73m 。

22⎫0. 73⎛⎫h c ' ⎛q 7. 548 ⎪ h =+8-1=1+8-1⎪=3. 643m 33⎪⎪2 2 9. 8⨯0. 73g h c ' ⎝⎭⎝⎭（3）计算∆z 。

q 2q 27. 54827. 5482

∆z =-=-=0. 064m 222222' ' 2g ϕh t 2g σh c 2⨯9. 8⨯0. 95⨯3. 52⨯9. 8⨯1. 05⨯3. 643' ' c

（4）计算σ。

s +h t +∆z 0. 3+3. 5+0. 064σ===1. 061 ' '

h c 3. 643

σ在1.05~1.10范围内，所以满足要求，池深取s=0.3m。 （5）确定池长。 L k =(0. 7~0. 8)L j

L j =6. 9h c ' ' -h c ' =6. 9⨯(3. 643-0. 73)=20. 10m

L k =(0. 7~0. 8)L j =0. 7⨯20. 10~0. 8⨯20. 10=14. 07~16. 08m 取池长L k =16m 。

()

项目二：河岸溢洪道水力计算

第一章 工程介绍

一、基本资料

某水库带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪道，用弧形闸门控制下泄流量，溢洪道共三孔，每孔净宽10米，闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米，翼墙为八字形，闸底板高程为33米，前沿为圆弧形。胸墙底部为圆弧形，圆弧半径r=0.53米，胸墙底部高程为38.0米，闸门圆弧半径为7.5米。弧形闸门门轴高程为38.0米3，闸后接第一斜坡段，底坡i 1=0. 01，水平长度为100米，底宽为34米，第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=0. 05，水平长度为40米，底宽由34米变为30米，为渐变段，第二斜坡后接第三斜坡，底坡i 3=1/6，水平长度为40米，底宽为30米。上述三个斜坡段的横断面均为矩形断面。溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。水库设计洪水位为41.9米，校核洪水位42.23米。溢洪道下游水位与流量的关系曲线见图3。 二、计算任务。

1. 绘制水库水位与溢洪道的流量关系曲线。

2. 绘制水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线。

3. 若下游河床较低，则在第三段的末端设连续式挑流坎，挑流角度θ=25。，试计算溢洪道下游最大冲坑深度和相应挑距。（溢洪道下游水深差图3，其他数据见图2。）

第二章 绘制水库水位与溢洪道的流量关系曲线。

判断流态：当e/H>0.65时，水流为堰流，由公式确定堰流时，H>7.69m。 当e/H≤0.65时，水流为闸孔出流，由公式确定闸孔出流时，H ≥7.69m 。

二、闸孔出流时Z 与Q 的关系。

三、库水位Z 与溢洪道流量关系曲线。

第三章 水面线计算。

一、第一斜坡段水面线的计算。

由上面步骤计算的设计水位流量Q=1131.25m 3s ，收缩断面的位置距闸门2.5e 处，即距闸门12. 5m ，查上表2-2得h c =4. 09m 。 本段起始水位h 1=h c =4. 09m

Q 1131. 25

=37. 71m 3s 闸孔出流单宽流量q ==

B 30

2

1⨯37. 71

h k ===5. 25m 。

g 9. 8Q 1131. 25K 0===11312. 5m 3s ，

0. 01

b 12. 67342. 67

==77. 51 nK 00. 014⨯11312. 5

αq 2

h b 12. 67查正常水深求解图，由=77. 51，m=1,在图上查得0=0. 078，

b 1nK 0

则h 0=0. 078⨯34=2. 652m 。

因为h 0

k ，渠道底坡为陡坡，水流流态为急流，则水面线为b 2型降水曲线。

四、绘制溢洪道水面线。

第四章 最大冲坑深度和相应的挑距计算。

由图4-1和表4-1得出最大冲坑深度t s 11. 49m 。

二、 挑距计算。

由题得知挑角θ=25o ，挑坎高度a =5. 3m ，由上表计算可知最大冲坑对应的上游库水位为40米，下游水位为20.3米，流量Q =892. 11m 3s ，q =29. 74m 3s ，S 1=40-22=18m 。h t =20. 3-18=2. 3m 。

（1）空中挑距。

q 0. 055-，K ==0. 12ϕ==0. 94 0. 51. 5K g s 1

⎡a -h t L 0=ϕs 1sin 2θ⎢1++22ϕs sin θ1⎣

（2）水下挑距。 2⎤⎥=36. 87m ⎦

ϕs 1+z -s 1

t +h 11. 49+2. 3L 1=s t ==23. 25m tan β0. 593

（3）挑距。

L =L 0+L 1=36. 87+23. 25=60. 12m 。 cos β=ϕ2s 12cos θ=0. 86，⇒β=30. 68o ，tan β=0. 593