大学课程《土石坝设计与施工课程》教学PPT课件：3-3溢洪道水力计算.pptx.pptx

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13-3溢洪道水力设计项目三项目三溢洪道设计溢洪道设计2一、进水渠水力计算二、控制段的水力计算三、泄槽段的水力计算四、消能段的水力计算主要内容3-33-3溢洪道水力设计溢洪道水力设计3

（1）拟拟定好正槽溢洪道各部分尺寸。

定好正槽溢洪道各部分尺寸。

（2）验验算泄流能力。

算泄流能力。

（3）推推算水面曲线。

算水面曲线。

（4）消消能计算。

能计算。

（5）判判断布置是否合理。

断布置是否合理。

设计步骤：

设计步骤：

4土基土基梯形，岩基梯形，岩基近似矩形近似矩形

（1）横横断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减小水头损断面应有足够大的尺寸，以降低流速，减小水头损失。

一般失。

一般V=35m/s,V不淤不淤VV不冲不冲进水渠的纵断面一般做成平底坡或具有不大的逆进水渠的纵断面一般做成平底坡或具有不大的逆坡。

坡。

（2）

（2）纵纵断面：

断面：

一、进水渠水力计算一、进水渠水力计算由水面曲线，确定进水渠边墙高。

由水面曲线，确定进水渠边墙高。

（3）（3）水水力计力计算。

算。

5包括行近流速水头的堰上水头（m）流量（m3/秒）闸孔总净宽（m）流量系数淹没系数侧收缩系数根据堰流公式，求根据堰流公式，求HH00（已知（已知BB、QQ）6联立求解，堰前水深联立求解，堰前水深h和和v进水渠为梯形断面，进水渠为梯形断面，b为渠底宽。

为渠底宽。

m为进水渠边坡系数。

其余参数如图所为进水渠边坡系数。

其余参数如图所示。

示。

7计算水库水位计算水库水位

（1）当）当v0.5m/s时，进水渠水头损失很小，可忽略不计，则时，进水渠水头损失很小，可忽略不计，则水库水库=堰顶堰顶+H0

（2）当）当v=0.53.0m/s时，按明渠均匀流公式进行近似计算。

则时，按明渠均匀流公式进行近似计算。

则h进水渠总水头损失，为沿程水头损失hf与局部水头损失hj之和即hw=hj+hf动能改正系数，一般采用=1.0局部水头损失系数，参见有关水力学教材进水渠长度（m）8（3）当进水渠流速）当进水渠流速v3.0m/s时，用明渠非均匀流公式进行计算时，用明渠非均匀流公式进行计算。

因为因为v3m/s，水深，水深h在（在（34）H处的降落过大，故求处的降落过大，故求水库水库应先求出起始断面水深应先求出起始断面水深h1、v1,用分段求合法求渠首断面用分段求合法求渠首断面hn、vn。

1）求起始断面）求起始断面h1、v1（距堰前（距堰前（34）H处），用下式计算。

处），用下式计算。

9其中其中平均摩阻坡降平均摩阻坡降2）假定分段末端水深为）假定分段末端水深为h2，求出流速，求出流速,计算计算10动能修正系数，一般采用=1.0分段的长度，m引水渠纵坡进水边墙高进水边墙高=水面曲线高水面曲线高+安全超高安全超高114）重复上述步骤求得）重复上述步骤求得L2-3，L3-4，直至，直至L等于引渠全长，推算等于引渠全长，推算到渠首断面到渠首断面n-n计算计算hn，vn。

水库水位由下式计算水库水位由下式计算：

所以对应取不同所以对应取不同QQ，分别求出相应的，分别求出相应的水库水库，从而画出，从而画出水库水库QQ关系曲线；再根据已关系曲线；再根据已知的知的QQ泄洪泄洪（设计或校核洪水）和对应的（设计或校核洪水）和对应的水库水库查出实际泄量，最后校核所设计引水渠的查出实际泄量，最后校核所设计引水渠的泄洪量是否满足泄洪量是否满足5要求（例：

要求（例：

水库水库=150m,Q=150m,Q泄洪泄洪=2010m=2010m33/s/s）12二二控制段水力计算控制段水力计算2.当当10H时，水头损失已不能忽略，按明渠非均匀流计算时，水头损失已不能忽略，按明渠非均匀流计算Q。

实用堰（实用堰（0.67H2.5H）宽顶堰（宽顶堰（0.67H2.5H）时，可按堰流公式校核：

时，可按堰流公式校核：

1.13

（1）取断面）取断面1-1和和2-2列能量方程如下：

列能量方程如下：

h、v、hk、vk分别为2-2断面和1-1断面的水深和流速两断面间的能量损失水力计算示意图水力计算示意图14

（2）假定假定h，按下式求流量，按下式求流量Q进口2-2断面的渠底宽库水位与渠底高差流速系数，视进口形状而定，一般为0.96左右15两断面间的平均流速两断面间的水力半径1-1断面的渠底宽其中：

其中：

（4）将将h、v、hk、vk、hf代入代入（）式如左右相等，则式如左右相等，则h、Q即为所求值，否则重新假即为所求值，否则重新假定定h值重新试算。

值重新试算。

（3）求得求得QQ后，按下式求后，按下式求vv、hhkk、vvkk、hhff（5）求出（）求出（h）Q后，即可按前面的方法校核溢流堰的过流能力是否在后，即可按前面的方法校核溢流堰的过流能力是否在5。

16三、过渡段的水力计算三、过渡段的水力计算设计要求设计要求不能影响控制段的设计过流能力不能影响控制段的设计过流能力不能因收缩或改变流向而引起水流扰动（如冲击不能因收缩或改变流向而引起水流扰动（如冲击波等）传向下游泄槽和消能防冲设施波等）传向下游泄槽和消能防冲设施简化过渡段型式，减小长度、宽度和深度简化过渡段型式，减小长度、宽度和深度1718（11）渐变槽式过渡段，求）渐变槽式过渡段，求LL、ii1-11-1断面水深认为近似等于临界水深，断面水深认为近似等于临界水深，1-11-1到到2-22-2断面水深，按能量方程求解：

断面水深，按能量方程求解：

计算方法计算方法水平方向长度水平方向长度水力计算示意图水力计算示意图19能量方程：

能量方程：

其中其中h1、h2为两断面的水深v1、v2为两断面的流速两断的平均流速平均谢才系数平均水力半径11断面到断面到22断面列能量方程断面列能量方程先求先求h1（假定（假定11断面水深）断面水深）hk（临界水深）（临界水深）i1，要求（，要求（i1ik）再设）再设h2，试试算算E2，直至满足能量方程。

，直至满足能量方程。

验算验算20缩窄陡槽型过渡段缩窄陡槽型过渡段基本假定：

上游控制段为宽顶堰或平底渠，通过设计流量Qk时，上下游断面水深都等于临界水深hk，中间不存在水跃。

已知Qk，以及上下游断面尺寸（可假设Qk为设计流量或校核流量）。

21水力学计算内容：

确定过渡段各部分尺寸水力学计算内容：

确定过渡段各部分尺寸收缩段长度收缩段长度调整段长度调整段长度调整段挖深调整段挖深过渡段下游断面槽底与上游溢流堰高差过渡段下游断面槽底与上游溢流堰高差Zk或用简化计算公式或用简化计算公式收缩角收缩角其中其中22四、泄槽水力计算四、泄槽水力计算1.计算目的：

推求水面线，确定边墙高度计算目的：

推求水面线，确定边墙高度已知已知Q设计设计和和Q校核校核确定确定i和断面尺寸和断面尺寸求槽内求槽内h和和v推求水面线推求水面线2.泄槽中的水面曲线泄槽中的水面曲线而泄槽属于而泄槽属于iik。

23

（1）泄槽上游接宽顶堰、或缓坡明渠、或过渡段，起始断面水深等于临界水深）泄槽上游接宽顶堰、或缓坡明渠、或过渡段，起始断面水深等于临界水深hk。

起始断面的确定起始断面的确定：

3.计算泄槽水面线计算泄槽水面线分段求和法分段求和法24

（2）泄槽上接实用堰、陡坡明渠，起始计算断面水深分别定在堰下收缩断）泄槽上接实用堰、陡坡明渠，起始计算断面水深分别定在堰下收缩断面或泄槽首端以下面或泄槽首端以下3hk处，起始计算断面水深小于处，起始计算断面水深小于hk，可按下式计算：

可按下式计算：

泄槽底坡坡角起始计算断面流速系数，取0.95起始计算断面渠底以上总水头，m起始计算断面单宽流量，m3/（sm）25五、消能设计水力计算五、消能设计水力计算计算泄槽水面线计算泄槽水面线分段求和法：

分段求和法：

1.先求起始断面（常为泄槽起点）的水深先求起始断面（常为泄槽起点）的水深h12.用分段求和法逐段推求水面曲线用分段求和法逐段推求水面曲线3.确定边墙高确定边墙高h边边=hb+h超超，其中，其中hb为掺气后水深（前面讲过），为掺气后水深（前面讲过），h超超为安全超高为安全超高0.51.5m挑流消能挑流消能底流消能底流消能26谢谢！