水力计算实训报告

溢流坝水力计算说明书基本资料：某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设溢流坝。溢流坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为1:0.7，上下游堰高相等，溢流坝共5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，由平面闸门控制。坝址附近河段较为顺直，断面为有主槽和边滩的台地形，主槽断面近似为矩形，并且断面变化较小，平均槽深为9.62m，平均宽度为52m。拟采用底流式衔接与消能形式。（1）根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，本工程等级为五等，主要建筑物属于五级。（2）水库水位：正常蓄水位：434.20m设计洪水位：435.00m防洪限制水位：432.00m（3）五十年一遇设计洪水位对应的下泄流量为1250.00m3/s；（4）百年一遇校核洪水的下泄流量为1400.00m3/s。（5）坝址上下游河床高程均为405.0m。（6）溢流坝轮廓尺寸如下图1所示（7）河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。一．溢流坝下游河槽的水力计算由“基本资料”可知，溢流坝坝址处附近河段较为顺直，河槽按矩形断面计算。河道的比降i为0.001，糙率n为0.04，河槽宽度b为52m，河槽深度为9.62m。河槽的设计流量按五十年一遇的设计洪水位435.00m对应的下泄流量设计，即Q设为1250.00m3/s;坝址处下游河底的高程均为405.0m。1.计算水库在设计洪水位（五十年一遇）即下泄流量为Q设=1250.00m3时河槽正常水深的计算河槽正常水深应按明渠均匀流计算，对矩形断面，各水力要素为：过水断面面积:A=bh过水断面湿周:x=b+2h水力半径：R=xA谢才系数：C=n1R1/6断面平均流速：v=ACRi河槽流量：v=ACRi河槽这一正常水深ht，要求采用试算法。计算：当Q流=1250.00m3/s时，依据上述公式，河槽正常水深ht计算结果如表1所示：表1：水库设计洪水位时，河槽正常水深ht试算表。单位：m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则坝下游水位为：V=河槽底高程+ht=405.00+8.71=413.71m2．计算水库在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量为Q设=1400.00m3/s时河槽正常水深的计算河槽这一正常水深ht，要求采用迭代法，即由上述各式解得正常水深ht的迭代式为：h（j+1）=bbinQ52j53)h2()(当Q=1400.00m3/s时，根据上述公式，河槽正常水深ht计算结果如表2所示：表2：水库校核洪水位时，河槽正常水深ht计算表。单位：m迭代次数12345hj0.008.309.289.389.39hj+18.309.289.389.399.39由表2可知：校核洪水位时，河槽正常水深ht=9.39m则坝下游水位为405.0+9.39=414.39m3.计算并绘制溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线。表3：溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线计算表.注：其中序号5点为：防洪限制水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号9点为：正常蓄水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号11点为：设计洪水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。序号13点为：百年一遇水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。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m1152540.96324.8430.77140.08940622104560.02513.5190.0687.03040733156582.69029.4831.529238.54640844208603.46730.7561.811376.67840954.4238.860.83.7631.771.91437409.465260624.19431.7482.056534.56941076312644.87532.5542.273709.16341187364665.51533.2302.468898.26541297.5390675.8233.532.56998412.5108416686.11833.8102.6451100.128413118.71453696.5234.712.7591247.80413.71129468706.68634.3142.8061313.108414139.39488.2870.786.89934.4942.8651398.961414.391410520727.22234.7582.9541535.985415根据上表建立坐标，按比例绘制曲线.（二）确定溢流堰的堰顶高程；设计溢流坝剖面根据“资料”，五十年一遇的设计洪水量为溢流坝的设计流量，即Q设为1250.00m3/s，其对应的设计洪水位为435.00m，溢流坝按实用堰流计算，并采用WES型实用堰剖面。1.确定溢流坝坝顶高程已知溢流坝共设5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，堰顶设置平板闸门控制流量。①计算堰上设计水头Hd=6.12m堰上全水头H0=322gmBQS采用WES型实用堰，并假定P/Hd＞1.33，则流量系数md=0.502，设堰为自由出流，即淹没系数s=1.0，H0=322gmBQS=328.9240502.09.011250=6.2496m查表7.2得闸墩形状系数45.00;查图7.9得边墩形状系数7.0k。因82496.60bH0.78＜1按bH0=0.78代入计算nbHnK00)1(2.0178.05145.0)15(7.02.010.922H0=328.9240502.0922.011250=6.15m因769.0815.60bH＜1按bH0=0.769代入计算nbHnK00)1(2.01769.05145.0)15(7.02.010.923H0=328.9240502.0923.011250=6.15m因768.0814.60bH＜1按bH0=0.768代入计算nbHnK00)1(2.01768.05145.0)15(7.02.010.923此时，所求得的不变，为0.923。说明H0=6.15m已知上游河槽宽为52m，设计洪水位为435.00m，河床高程为405.00m，河槽断面近似为矩形，故上游过水断面面积为：A=52（435-405）=1560m2801.015601250AQVm/s堰上设计水头Hd=H012.68.92801.015.62220gV计算溢流坝坝顶高程坝顶高程=堰上设计洪水位-Hd=435-6.12=428.88m2.设计溢流坝剖面按资料溢流坝采用WES剖面如图溢流坝剖面由上游垂直段AB，上游曲线段AO，下游曲线段OC，下游直线段CD，下游反弧段DE组成。①下游斜坡段CD坡度md=0.7а=55°—59°②堰的前沿即堰顶0点上游段BO采用三圆弧，其半径与水平尺寸确定如下：堰顶O点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：R1=0.5Hd=0.56.116=3.058mX1=—0.175Hd=—0.1756.116=1.0703mR2=0.2Hd=0.26.116=1.2232X2=—0.276Hd=1.688mR3=0.04Hd=0.2446mX3=—0.282Hd=1.7247mO点下游的曲线方程为：（dHy）=0.5（dHx）85.1y=0.585,085.1116.6x=322.985.1x由已知得OC曲线段计算结果表4：mx0.51234567my0.02980.10730.38670.81881.39412.10662.95173.9257mx891010.511121314my5.02586.24947.59448.31179.058710.640812.339214.1523mx151617my16.07918.118120.2685根据表4中数值可绘得堰顶下游曲线OC坡度md=0.7的下游直线段CD与曲线OC相切于C点，C点坐标XCYC可如下求得：对堰面曲线求一阶导数xydd=322.985.1X0.85=0.198X0.85直线CD坡度为：xydd=xm1=7.01故有0.198Xc0.85=7.01Xc=85.01198.07.01=10.226Yc=322.9226.1085.1=7.915坝下游反弧半径r按下式计算r=（0.25~0.5）（Hd+Zmax）式中上下游水位差Zmax=435—413.71=21.29故r=（0.25~0.5）（6.116+21.29）=6.85~13.703取r=8m反弧曲线的上端与直线CD相切与D点下端与河床相切于E点，D点E点及反弧曲线圆心O点得坐标，可用作图法法或下面的分析法确定。（1）反弧曲线圆心O’点X0’=Xc+mx(P2—y2)+rcot（25518000）Y0’=P2—rP2为下游堰高X0’=25.57mY0’=15.884m（2）E点XE’=X0’=25.57mYE’=P2=23.884m（3）D点XD=19.017mYD=20.47m根据上述计算结果可绘得堰剖面曲线图。（三）确定水库的校核洪水位；计算水库在正常蓄水位防洪限制水位时的过堰流量；绘制水库(堰上)的“水位～流量”关系曲线。（计算数据在表5中）1.确定水库的校核洪水位。已知流量为1400m3/s，计算堰上水头，先假定33.11Hp，可不考虑行进流速水头，；；流量系数取为0.510，假定侧收缩系数为0.9.先按自由出流，取淹没系数1.0670.66.194051.09.01400320Hm查表得，闸墩形状系数为1.45，边墩形状系数为0.7nbHnk00)1(2.01917.0405.010H把0.917代入公式重新计算0H590.66.194051.0917.01400320HmdHH01.072查表可得dmm1.015即m=0.509和上面假定近似所以假定成立。即堰上水头为6.590m2、求正常蓄水时的下泄流量已知正常蓄水位是434.20m,因为计算水头不等于设计水头，所以dHH即dmm0H434.20-428.86=5.34m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数nbHnk00)1(2.01933.0405.010H根据869.00dHH查表可得m0.4962302HgmbQs=1011m3/s3、求防洪限制水位时的下泄流量已知防洪限制水位是432.00m,因为计算水头不等于设计水头，所以dHH即dmm0H432.00-428.86=3.14m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数nbHnk00)1(2.01961.0405.010H根据511.00dHH查表可得m0.4522302HgmbQs=428m3/s4.绘制水库（堰上）“水位～流量”关系曲线如图。（四）计算水库在正常蓄水位、防洪限制水位时溢流坝下游河槽的正常水深。表5水库（堰上）与坝（堰）下游河槽“水位～流量”关系曲线坐标表单位：m序号堰上水头H堰上水位河槽水深h1河槽水位流量Q备注13.12432.004.4409.4439防洪限制水位25.32434.207.5