水閘綜合水力計(jì)算實(shí)例

水閘水力計(jì)算一、根本資料某平底水閘擔(dān)負(fù)汛期某河局部排洪的任務(wù)。在汛期，當(dāng)鄰閘泄流量達(dá)5000m3／s時(shí)，本閘開(kāi)始泄洪。根據(jù)工程規(guī)劃，進(jìn)行水力計(jì)算的有關(guān)資料如下：1．水閘寬度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)．(1)設(shè)計(jì)洪水流量為1680m3／s，相應(yīng)的上游水位，下游水位為；(2)校核洪水流量為l828m3／s，相應(yīng)的上游水位為，下游水位為．2．消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)因水閘通過(guò)設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)，上下游水位差很小，過(guò)閘水流呈淹沒(méi)出流狀態(tài)，故不以設(shè)計(jì)洪水流量作為消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)考慮汛期鄰閘泄洪流量為5000m3／s時(shí)，本閘開(kāi)始泄洪，此時(shí)上下游水位差最大，可作為消能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)．其相應(yīng)的上游水位為，下游水位為，并規(guī)定閘門第一次開(kāi)啟高度m。3．閘身穩(wěn)定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(考慮閘門關(guān)閉，上下游水位差最大的情況)(1)設(shè)計(jì)情況：上游水位為，下游水位為-1.20m：(2)校核情況：上游水位為，下游水位為-120m。4．水閘底板采用倒拱形式，底板前段閘坎用漿砌塊石填平。為了與河底超高相適應(yīng)，閘坎高程定為，倒拱底板高程為．5．閘門、閘墩及翼墻型式：閘門為平面閘門，分上下兩扇。閘墩墩頭為尖圓形，墩厚m．翼墻為圓弧形，圓弧半徑m．6閘址處河道斷面近似為矩形，河寬m．7．閘基土壤為中等密實(shí)枯土．8．水閘縱剖面團(tuán)及各局部尺寸見(jiàn)圖15.1。二、水力計(jì)算任務(wù)：1．確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)；2．閘下消能計(jì)算；3．閘基滲流計(jì)算．三、水力計(jì)算：1、確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)平底水閘屬無(wú)坎寬頂堰。先判別堰的出流情況。設(shè)計(jì)洪水流量Q＝1680m3／s，相應(yīng)的上游水位為，閘坎高程為，那么寬頂堰堰上水頭m又知河寬m，那么下游水位為，那么下游水面超過(guò)堰頂?shù)母叨扔杀碇瑸閷掜斞哐蜎](méi)出流．據(jù)堰流根本公式(10.4)；可得水閘溢流寬度對(duì)無(wú)坎寬頂堰。取側(cè)收縮系數(shù)。因流量系數(shù)m和淹沒(méi)系數(shù)均與堰寬有關(guān)，必須用試算法求?，F(xiàn)設(shè)75m。根據(jù)得。再根據(jù)，由表查得。于是得假設(shè)與計(jì)算值近似相等，故m即為所求．每孔閘寬往往決定于閘門形式、閘門啟閉機(jī)的能力及其他具體條件。取每孔間寬＝6m，那么閘孔數(shù)?，F(xiàn)取，那么水閘實(shí)際溢流寬度m求通過(guò)水閘的實(shí)際流量。根據(jù)及由表10.8查得。再根據(jù)．由表10.9查得。那么實(shí)際流量m3/s實(shí)際流量大于設(shè)計(jì)流量，所取值滿足要求．再核算所取值能否滿足通過(guò)校核流量l828米／秒的要求．相應(yīng)于校核流量的上游水位為，那么堰上水頭為寬頂堰淹沒(méi)出流。按，由表11.9查得，那么通過(guò)水閘的流量所取值滿足要求。決定采用水閘溢流寬度2、閘下消能計(jì)算根據(jù)本間設(shè)計(jì)要求，鬧下消能按上游水位為，下游水位為，閘門開(kāi)啟高度的情況計(jì)算．(一)判別屬于堰流或閘孔出流閘上水頭m由式(10.1)知為閘孔出流．(二)判別屬于自由出流或淹沒(méi)出孔流因閘孔流量為未知，尚無(wú)法判別閘孔出流情況，先假設(shè)為自由孔流，算出流量后再行校核。寬頂堰上平面閘門自由孔流的流量公式(11.21)計(jì)算：閘孔寬度；m；先不計(jì)，即對(duì)底部為銳緣的平面閘門，閘孔流量系數(shù)按式〔10.25〕計(jì)算：以上各值代入流量公式中得按所得的流量近似值求，再計(jì)算流量的較精確值：故得所求流量與第一次近似值甚為接近，不必再算。下面校核是否屬于自由出流．按，由表查得銳緣平面閘門的垂向收縮系數(shù)．由式)可得臨界水躍躍后水深下游水深因?yàn)樽杂煽琢?，與原假設(shè)的出流情況相符，所求流是正確的．因?yàn)槭亲杂沙隽?，閘下發(fā)生遠(yuǎn)離水躍，需要做消能工，采用消力池。．(三)求消力池深度水閘單寬流量臨界水深由表查得平底閘平面閘門的流速系數(shù)。按及值，由附錄圖Ⅳ查得因閘底為倒拱，可利用閘坎后一段長(zhǎng)11m的倒拱底板作為消力池的一局部，故以倒拱底板高程作為消力池池底高程，即采用池深(四)求消力池長(zhǎng)度l消力池長(zhǎng)度按公因按Ⅳ查得所以水越長(zhǎng)度那么池長(zhǎng)采用池長(zhǎng)為17m(包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m，見(jiàn)圖15．1)。(五)求海漫長(zhǎng)度海漫長(zhǎng)度(即躍后保護(hù)段長(zhǎng)度)按南京水利科學(xué)研究院的公式計(jì)算：式中上下游水位差m：消力池末端單寬流量可按消力池寬度求得：對(duì)粘性土壤，可取系數(shù).于是采用海漫長(zhǎng)度為30m。3、閘基滲流計(jì)算閘基滲流主要是計(jì)算滲徑長(zhǎng)度和閘底滲流壓強(qiáng)。至于滲流量，因閘基為粘性土壤，滲透性小，且本工程對(duì)控制滲流量要求不高，故不必計(jì)算。(—)求滲徑長(zhǎng)度滲徑長(zhǎng)度應(yīng)能滿足水閘上下游水位差最大時(shí)的防滲要求，故按上下游水位差最大的情況來(lái)確定。上下游水位差最大的情況為閘身穩(wěn)定計(jì)算中的校核情況，相應(yīng)的上游水位為，下游水位為，最大水位差按水閘結(jié)構(gòu)布置要求，初步擬定閘底輪廓線，再核算滲徑長(zhǎng)度是否滿足要求．因本閘水位差較大，由結(jié)構(gòu)布置要求確定的閘底長(zhǎng)度較短，僅17m，故于底板上游增設(shè)一長(zhǎng)25m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，以增加滲徑長(zhǎng)度。初步擬定的閘底輪廓線如圖15.1所示．為了便于計(jì)算，將閘底不透水局部輪廓線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)按順序編號(hào)，共12點(diǎn)．按防滲要求，閘底不透水局部輪廓線(包括鋼筋混凝土鋪蓋及鋼筋混凝土倒供底板)長(zhǎng)度應(yīng)滿足式中折算滲徑長(zhǎng)度，其中閘底鉛直輪廓線(當(dāng)輪廓線與水平線夾角大于或等于45°時(shí)，按鉛直輪廓計(jì)算)長(zhǎng)度水平輪廓線長(zhǎng)度那么上下游水位差＝，由表查得中等密實(shí)粘土(無(wú)反濾層)的滲徑系數(shù)那么因L＞C0H。閘底輪廓線長(zhǎng)度滿足防滲要求。(二)求閘底滲流壓強(qiáng)閘底任一點(diǎn)n的滲流壓強(qiáng)pn按式(14.62)計(jì)算：式中n點(diǎn)的水頭Hn?？砂磏點(diǎn)的折算滲徑長(zhǎng)度l1-n求得：n點(diǎn)的位置高度(以下游水面為基準(zhǔn)面向下為正)為現(xiàn)以點(diǎn)8為例計(jì)算該點(diǎn)在校核情況時(shí)的滲流壓強(qiáng)．點(diǎn)8的折算滲徑長(zhǎng)度為那么按上法求得閘底各點(diǎn)在校核情況時(shí)的滲流壓強(qiáng)，列于表15.1．對(duì)于