水力学综合计算说明书

广东水利电力职业技术技术学院水力学综合计算说明书学校：广东水利电力职业技术学院系别：水利系班级：水利水电建筑工程姓名：植建华指导老师：杨栗晶目录资料............................2-4任务一..........................5-19一.水面曲线分析（1）水平段（i=0）（2）第一陡坡段（i=0.1）（3）第二陡坡段（i=1/3.02）二、边墙高设计三、校核四、陡坡段纵剖面水面曲线图任务二.........................20-23一、绘制Z-Q关系曲线二、绘制堰流Z~Q关系曲线1一、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。设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。1.水库设计洪水标准本水库的水工建筑物为II工程，相应设计洪水标准为：百年一遇洪水（p=1%）设计相应设计泄流量Q=633.8米3/秒相应闸前水位为25.39米相应下游水位为4.56米千年一遇洪水（p=0.1%0校核相应校核泄流量为Q=752.5米3/秒。相应上游水位为26.3米相应下游水位为4.79米正常水位高为24.0米，汛前限制水位22.9米。2.溢洪道的有关资料驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。堰流量系数HP0.24时m0=0.414(HP)-0.0652HP≤0.24时m0=0.385+0.171(HP)0.657堰顶设两扇弧形闸门，转轴高程23.2米；溢洪道共两孔，每孔净宽10米；闸墩头为圆形，墩厚2米；边墩为半圆形；混凝土糙率可取2n=0.012～0.015;堰顶高程为18.70米；堰底高程为17.45米；堰后设陡坡段：第一陡坡段，底坡i1=1/10，水平长度L1=20米；第二陡坡段，底坡i2=1/3.02，水平长度L2=27.5米；第二段陡坡段末端连续式挑流坎，挑坎高程为6.6米，挑角θ=22o；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高2米；溢洪道纵剖面简图（见附页）。3.其他资料溢洪道下游河床高程为0.00米；溢洪道下泄流量～下游水位关系曲线；挑不出去的流量Q=35m3/s;水库上游河道断面实测资料；河道糙率n=0.04；下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数k=1.6;水库下游无防洪任务。闸门运用情况：洪水来临，用闸门控制下泄流量等于进库流量，保持汛前限制水位不变；当闸门底提升到汛前限制水位22.9米时，闸门全开。溢洪道下泄流量～下游水位关系水游水位（米）下泄流量（米3/秒）4.79752.504.56633.804.50600.004.40500.004.30400.004.22350.004.00300.003.30200.002.15100.001.2050.001.0035.003二、水力计算内容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。2．制正常水位到汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线。三、基本要求1．每位同学要独立完成计算；2．编写计算说明书：要求条理分明，字体工整；写出采用的计算公式和各项系数等选用的原则；3．计算成果列成表格和绘制必要的计算工作曲线和工程简图；4．鼓励使用计算机编程辅助计算。四、推荐教材、参考书[1]吴持恭主编，水力学（上、下册，第三版），高等教育出版社，2003年3月。[2]徐正凡主编，水力学（上、下册，第一版），高等教育出版社，1987年4月。[3]武汉水利电力学院水力学教研室编，水力计算手册，水利水电出版社，1983年。4任务一一、水面曲线分析百年一遇洪水（P=1%)设计1.判断水面类型下游堰高P=18.7-17.45=1.25m堰顶水头H=25.39-18.70=6.69m单宽流量q=BQ=208.633=31.69(m³/s*m)行近流速v=q/（p+H)=31.69/(1.25+6.69)=3.991(m/s)堰顶总水头HoH+v^2/2g=6.69+3.992^2/19.6=7.5m堰前总水头EoHo+P=7.50+1.25=8.75（1）水平段（i=0)P/H=1.25/6.69=0.18730所以为实用堰则流速系数为=1-0.0155P/H=1-0.0155×0.187=0.997取流速系数=0.997，用逐次渐0.997近法求解hc：计算31.692/(2*9.8*0.997^2)=51.55令hc=hc-E0g2/q2令根号内hc=0m则第一次hc1=75.855.51=2.427m5所以hc2=2.855mhc3=2.957mhc4=2.983mhc5=2.990mhc6=2.992mhc7=2.992m因此，hc6与hc7很相近，故取hc=2.991m把hc=2.991m代入水跃方程可得m92.61991.28.969.3181(2991.2181(23232））cccghqhh假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9(ch-hc)=6.9(6.92-2.991）=27.11m因为Lj=27.11m5m所以不产生水跃求临界水深32gqhk=328.969.31*1=4.680m因为khhc所以溢洪道平段水面线为Co型雍水曲线，且不产生水跃6将水平段水流分段：第一段水深h1=2.991m,第二段水深h2=2.992m则A1=bh1=2*10*2.991=59.82㎡A2=bh2=2*10*2.992=59.84㎡X1=b+2h1==2*10+2*2.991=25.982mX1=b+2h2=2*10+2*2.991=25.982mR1=A1/X1=59.82/25.982=2.302mR2=A2/X2=59.84/25.984=2.303mC1=1/n*（R11/6)=1/0.04*(2.3021/6)=28.728（m1/2/s）C2=1/n*（R21/6)=1/0.04*（2.3031/6)=28.729（m1/2/s）V1=Q/A1=633.8/59.82=10.595（m/s)V2=Q/A2=633.8/59.84=10.592（m/s)J1=v11/(C12*R1)=10.5952/(28.7232*2.302）=0.05908J2=v22/(C22*R2)=10.5922/(28.7292*2.303)=0.05902平均水力坡降J-=1/2*（J1+J2）=1/2*（0.05908+0.05902）=0.05905Es1=h1+ɑv1/2*g=2.991+10.5952/(2*9.8)=8.718（m）Es2=h2+ɑv2/2*g=2.992+10.5922/(2*9.8)=8.716（m）∆L=（ES2-ES1）/（i-－J-）=/（8.716-8.718）/（0-0.02905）=0.05（m）用同样的方法依次计算各流段，如表1--1因为在图中可以得知该流段总长∑∆L=0.50030158m，所以现在列表计算该流段的水面线的变化如表1--17由断面6-6的水深为2.995m表1--1断面水深h/mb面积A/m^2湿周X/m水力半径R/m1/n谢才系数CCR^3/2速度V水力坡度J平均坡度jv^2/2gE△E△L∑△L12.9912059.8225.9822.3023632528.727796100.36110.5950.0590790080.059049145.7273748.7180.0028278190.050.0522.9922059.8425.9842.3029562528.729028100.40410.5920.0590192720.0589299135.7235478.7160.0084604610.140.19356819232.9952059.9025.9902.3047332528.732722100.53310.5810.0588405540.0587515615.7120868.7070.0084260740.140.33698691542.9982059.9625.9962.3065092528.736411100.66210.5700.0586625690.0586329865.7006608.6990.0028010730.050.38475991352.9992059.9825.9982.3071012528.737640100.70510.5670.0586034030.0585886265.6968598.6960.0013991110.020.40864016762.99952059.9925.9992.3073962528.738254100.72610.5650.058573850.0585172035.6949608.6940.005363770.090.5003015818（2）溢洪道第一陡坡段（i=0.1)求正常水深ho由iQK/RACK5/31An-2/3X进行试算，结果如表1--2由表1--2可知求得正常水深为ho=1.2595m表1--2临界水深23kaqhg=4.39m因为临界水深为4.39ho=1.2595溢洪道第一段陡坡为b1型降水曲线正常水深hbAXRCKQn2.99952265.98927.9992.35776.9077791.1154362463.7670290.0152.90002263.80027.8002.29576.5667400.2548272340.1660520.0152.00002244.00026.0001.69272.7764165.6326611317.288710.0151.80002239.60025.6001.54771.6943531.0787821116.6251550.0151.20002226.40024.4001.08267.5481854.906693586.57299960.0151.25002227.50024.5001.12267.9631980.094152626.16075010.0151.25502227.61024.5101.12668.0031992.770159630.16925560.0151.25702227.65424.5141.12868.0191997.848494631.77516610.0151.25802227.67624.5161.12968.0272000.389359632.57865820.0151.25902227.69824.5181.13068.0362002.931355633.3825080.0151.25952227.70924.5191.13068.0402004.202777633.78456690.0159试算溢洪道第一段陡坡，方法同平坡段。计算结果如下表1--3由表1--3可以得知该流段总长∑∆L=20.016m时，水深为2.4859m水深h/mb面积A/m^2湿周X/m水力半径R/mn谢才系数CCR^3/2速度V水力坡度J平均坡度jv^2/2gE△E△L∑△L2.99952265.9927.9992.3568340.01576.906594278.2649.6050.0066176710.0139528574.7065787.7060.2290092442.661442.6614392552.92263.8027.8002.2949640.01576.566369266.1969.9340.0073351860.0155015755.0350887.9350.2660714283.148835.8102722362.82261.6027.6002.2318840.01576.211530254.11410.2890.0081663890.0172962945.4011598.2010.307494863.7180