水力計算實訓(xùn)報告(共17頁)

1、溢流壩水力計算說明書基本資料：某水利工程在臺地形河谷筑壩，主槽設(shè)溢流壩。溢流壩為WES型，上游面垂直，下游直線段坡度為1:0.7，上下游堰高相等，溢流壩共5孔，每孔凈寬為8m，閘墩頭部采用半圓形，墩厚為2m，邊墩采用圓弧形，其寬度為1m，由平面閘門控制。壩址附近河段較為順直，斷面為有主槽和邊灘的臺地形，主槽斷面近似為矩形，并且斷面變化較小，平均槽深為9.62m，平均寬度為52m。擬采用底流式銜接與消能形式。（1） 根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）規(guī)定，本工程等級為五等，主要建筑物屬于五級。（2） 水庫水位： 正常蓄水位：434.20m 設(shè)計洪水位：435.00m 防洪

2、限制水位：432.00m（3） 五十年一遇設(shè)計洪水位對應(yīng)的下泄流量為1250.00m3/s；（4） 百年一遇校核洪水的下泄流量為1400.00m3/s。（5） 壩址上下游河床高程均為405.0m。（6） 溢流壩輪廓尺寸如下圖1所示（7） 河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。一 溢流壩下游河槽的水力計算由“基本資料”可知，溢流壩壩址處附近河段較為順直，河槽按矩形斷面計算。河道的比降i為0.001，糙率n為0.04，河槽寬度b為52m，河槽深度為9.62m。河槽的設(shè)計流量按五十年一遇的設(shè)計洪水位435.00m對應(yīng)的下泄流量設(shè)計，即Q設(shè)為1250.00m3/s;壩址處下游河底的高程均為40

3、5.0m。1. 計算水庫在設(shè)計洪水位（五十年一遇）即下泄流量為Q設(shè)=1250.00m3時河槽正常水深的計算 河槽正常水深應(yīng)按明渠均勻流計算，對矩形斷面，各水力要素為： 過水?dāng)嗝婷娣e: A=bh 過水?dāng)嗝鏉裰? x=b+2h 水力半徑： R= 謝才系數(shù)： C=R1/6 斷面平均流速： v=AC 河槽流量： v=AC 河槽這一正常水深ht，要求采用試算法。計算： 當(dāng)Q流=1250.00m3/s時，依據(jù)上述公式，河槽正常水深ht計算結(jié)果如表1所示：表1：水庫設(shè)計洪水位時，河槽正常水深ht試算表。單位：m序 號水 深h面 積A濕 周x水力半徑 R謝才系數(shù) C流 速v流 量Q19.0468706.686

4、34.3142.8061313.10828.0416686.11833.8102.6451100.12838.5442696.40634.0702.7271205.27948.7452.469.46.51934.1692.7591248.08858.71452.9269.426.52434.1742.7601250.185由表1可知，河槽正常水深ht=8.71 則壩下游水位為： =河槽底高程+ht =405.00+8.71 =413.71 m2 計算水庫在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量為Q設(shè)=1400.00m3/s時河槽正常水深的計算 河槽這一正常水深ht，要求采用迭代法，即由上述各式解得正

5、常水深ht的迭代式為：h（j+1）=當(dāng)Q=1400.00m3/s時，根據(jù)上述公式，河槽正常水深ht計算結(jié)果如表2所示：表2：水庫校核洪水位時，河槽正常水深ht計算表。單位：m迭代次數(shù)12345hj0.008.309.289.389.39hj+18.309.289.389.399.39 由表2可知：校核洪水位時，河槽正常水深ht=9.39m則壩下游水位為405.0+9.39=414.39m 3. 計算并繪制溢流壩下游河槽的“水位流量”關(guān)系曲線。 表3： 溢流壩下游河槽的“水位流量”關(guān)系曲線計算表.注： 其中序號5點為：防洪限制水位時的壩下游河槽水深和對應(yīng)的下泄流量。序號9點為：正常蓄水位時的壩下

6、游河槽水深和對應(yīng)的下泄流量。序號11點為：設(shè)計洪水位時的壩下游河槽水深和對應(yīng)的下泄流量。序號13點為：百年一遇水位時的壩下游河槽水深和對應(yīng)的下泄流量。序 號水 深h面 積A濕 周x水力半徑 R謝才系數(shù) C流 速v流 量Q水 位m1152540.96324.8430.77140.08940622104560.02513.5190.0687.03040733156582.69029.4831.529238. 54640844208603.46730.7561.811376.67840954.4238.860.83.7631.771.91437409.465260624.19431.7482.056

7、534.56941076312644.87532.5542.273709.16341187364665.51533.2302.468898.265 41297.5390675.8233.532.56998 412.5108416686.11833.8102.6451100.128 413118.71453696.5234.712.7591247.80 413.71129468706.68634.3142.8061313.108 414139.39488.2870.786.89934.4942.8651398.961 414.391410520727.22234.7582.9541535.985

8、 415根據(jù)上表建立坐標(biāo)，按比例繪制曲線.（二）確定溢流堰的堰頂高程；設(shè)計溢流壩剖面根據(jù)“資料”，五十年一遇的設(shè)計洪水量為溢流壩的設(shè)計流量，即Q設(shè)為1250.00m3/s，其對應(yīng)的設(shè)計洪水位為435.00m，溢流壩按實用堰流計算，并采用WES型實用堰剖面。1. 確定溢流壩壩頂高程已知溢流壩共設(shè)5孔，每孔凈寬為8m，閘墩頭部采用半圓形，墩厚為2m，邊墩采用圓弧形，其寬度為1m，堰頂設(shè)置平板閘門控制流量。 計算堰上設(shè)計水頭Hd=6.12 m堰上全水頭 H0=采用WES型實用堰，并假定P/Hd1.33，則流量系數(shù)md=0.502，設(shè)堰為自由出流，即淹沒系數(shù)=1.0， H0= = =6.2496 m

9、查表7.2得閘墩形狀系數(shù); 查圖7.9得邊墩形狀系數(shù)。 因0.781 按=0.78代入計算 0.922 H0=6.15 m 因1 按=0.769代入計算 0.923 H0=6.15 m 因1 按=0.768代入計算 0.923 此時，所求得的不變，為0.923。說明H0=6.15 m 已知上游河槽寬為52m，設(shè)計洪水位為435.00m，河床高程為405.00m，河槽斷面近似為矩形，故上游過水?dāng)嗝婷娣e為： A=52（435-405）=1560 m2 m/s堰上設(shè)計水頭 Hd=H0計算溢流壩壩頂高程 壩頂高程=堰上設(shè)計洪水位-Hd =435-6.12 =428.88 m2. 設(shè)計溢流壩剖面 按資料

10、溢流壩采用WES剖面如圖 溢流壩剖面由上游垂直段AB，上游曲線段AO，下游曲線段OC，下游直線段CD，下游反弧段DE組成。下游斜坡段CD坡度md=0.7 =55°59°堰的前沿即堰頂0點上游段BO采用三圓弧，其半徑與水平尺寸確定如下：堰頂O點上游三圓弧的半徑及其水平坐標(biāo)值為：R1=0.5Hd=0.56.116=3.058m X1=0.175 Hd =0.1756.116=1.0703m R2=0.2 Hd =0.26.116=1.2232 X2=0.276 Hd=1.688m R3=0.04 Hd=0.2446m X3=0.282 Hd=1.7247m O點下游的曲線方程為

11、： （）=0.5（） y=0.5=由已知得OC曲線段計算結(jié)果表4：0.512345670.02980.10730.38670.81881.39412.10662.95173.9257 891010.5111213145.02586.24947.59448.31179.058710.640812.339214.152315161716.07918.118120.2685根據(jù)表4中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OC坡度md=0.7的下游直線段CD與曲線OC相切于C點，C點坐標(biāo)XCYC可如下求得： 對堰面曲線求一階導(dǎo)數(shù) =X0.85=0.198 X0.85 直線CD坡度為： = 故有 0.198Xc0.85

12、= Xc=10. 226 Yc=7.915 壩下游反弧半徑r按下式計算 r=（0.250.5）（Hd+Zmax）式中上下游水位差Zmax=435413.71=21.29故 r=（0.250.5）（6.116+21.29）=6.8513.703 取r=8m 反弧曲線的上端與直線CD相切與D點下端與河床相切于E點，D點E點及反弧曲線圓心O點得坐標(biāo)，可用作圖法法或下面的分析法確定。 （1）反弧曲線圓心O點 X0=Xc+mx(P2y2)+rcot（） Y0= P2rP2為下游堰高 X0=25.57m Y0=15.884m （2） E點 XE= X0=25.57m YE= P2=23.884m （3）

13、D 點 XD=19.017m YD=20.47m根據(jù)上述計算結(jié)果可繪得堰剖面曲線圖。（三）確定水庫的校核洪水位；計算水庫在正常蓄水位防洪限制水位時的過堰流量；繪制水庫(堰上)的“水位流量”關(guān)系曲線。（計算數(shù)據(jù)在表5中）1.確定水庫的校核洪水位。已知流量為1400 m3/s，計算堰上水頭，先假定，可不考慮行進(jìn)流速水頭，；流量系數(shù)取為0.510，假定側(cè)收縮系數(shù)為0.9.先按自由出流，取淹沒系數(shù)1.0m查表得，閘墩形狀系數(shù)為1.45，邊墩形狀系數(shù)為0.7 把0.917代入公式重新計算m1.072查表可得1.015 即 m=0.509 和上面假定近似 所以假定成立。即堰上水頭為6.590 m2、求正常

14、蓄水時的下泄流量已知正常蓄水位是434.20 m,因為計算水頭不等于設(shè)計水頭，所以即434.20-428.86=5.34 m由上面可知堰為自由出流，側(cè)收縮系數(shù) 根據(jù)查表可得0.496=1011m3/s3、求防洪限制水位時的下泄流量已知防洪限制水位是432.00 m,因為計算水頭不等于設(shè)計水頭，所以即432.00-428.86=3.14 m由上面可知堰為自由出流，側(cè)收縮系數(shù) 根據(jù)查表可得0.452=428 m3/s4.繪制水庫（堰上）“水位流量”關(guān)系曲線如圖。（四）計算水庫在正常蓄水位、防洪限制水位時溢流壩下游河槽的正常水深。表5 水庫（堰上）與壩（堰）下游河槽“水位流量”關(guān)系曲線坐標(biāo)表 單位：

15、m序 號堰上水頭H堰上水位河槽水深h1河槽水位流 量 Q備 注13.12432.004.4409.4439防洪限制水位25.32434.207.5412.5998正常蓄水位36.12435.008.7413.71250設(shè)計(50年)洪水水位46.39435.279.39414.391400校核（100年）洪水水位（五）計算水庫在正常蓄水位閘門關(guān)閉的情況下，每米寬溢流壩段上所受的靜水總壓力。凈水總壓力P=106798KN 作用點（壓力中心）D=9.19m繪制靜水壓強分布圖于溢流壩剖面圖。（六）壩下消能設(shè)計。1.水流銜接計算壩址處hc計算公式為：公式中Eo=P1+Ho 其中P1=23.88m 堰上

16、水頭 Ho=H+Vo22g 查表8.1=0.9 采用迭代法計算水流銜接形式計算如下表6 單位：m堰上水頭H流量Q面積Ao流速Vo行進(jìn)流速Vo22g堰上全水頭Ho壩前斷面總能量Eo單寬流量q收縮斷面水深hc共軛水深hc下游水深ht水流銜接形式hc-ht3.1243914040.3130.0053.12527.0058.40.405.84.41.45.3299815180.6570.0225.34229.22219.20.908.77.51.26.12125015600.8010.0336.15330.03324.01.109.88.71.16.39140015740.8890.0406.43030.31026.91.2510.39.390.91根據(jù)表6計算結(jié)果證明，該壩水流銜接形式均發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍，則需采取消能措施，采用挖深式消力池2.消力池設(shè)計及其計算（1）消力池設(shè)計流量的確定消力池設(shè)計流量由表6的計算結(jié)果確定消力池設(shè)計流量為1250m3/s。（2） 估算