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1、任务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1、 引用资料 某水库是一宗以灌溉为主、结合防洪、发电的综合利用工程。设带平板闸门的宽顶堰开敞式河岸溢洪道。 1. 水库设计洪水标准 工程等别为等，永久性主要建筑物为3级，永久性挡水建筑物、泄水和输水建筑物的洪水标准按50年洪水重现期设计，1000年洪水重现期校核。相应设计洪水标准为：p= 2%设计洪水位为54.97米，泄量Q=251.40m3/s； p=0.1%校核洪水位为57.31米，泄量Q=313.60 m3/s。 正常水位为
2、52.52m，泄量125.61 m3/s ；汛前限制水位51.52米； 2.溢洪道的有关资料 宽顶堰堰顶高程49.00米，堰的相对高度为P/H=0米；堰顶设两扇平板闸门，溢洪道共设2孔，每孔净宽 6.6米，闸孔高度为3.85m； 闸墩头为圆形，墩厚1.4米；边墩为半圆形,厚1.0m；混凝土糙率可取n=0.0120.015；堰后设陡坡段，泄洪闸陡坡宽14.60米，陡坡分二段，第一段长38.53米，i=0.258，第二段长17.55米，i=0.281；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米；2、 计算原理 （一）方法： 先根据水面曲线的性质判别各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用
3、分段求和法计算各坡段水面曲线。在此基础上，考虑掺气水深（7m/s时）设计陡坡段边墙高（比掺气水深超高0.5米）。再按千年一遇洪水校核，即计算出校核洪水流量通过时陡坡段的水面曲线，将各断面水深与边墙高比较，若水深大于边墙高，则应加高边墙，若水深均小于边墙高，则原设计合理。（二）采用公式（参考水力计算手册或教材） 判别水面曲线型式： 收缩断面水深： 式中 垂直收缩系数 共轭水深：= 水跃长度：Lj=6.9(-) 矩形断面临界水深 ： 式中 动能修正系数，当水流为均匀流或渐变流时，一般可取 = 1.051.10，实际工程计算中，常取=1.0 单宽流量, 断面比能： 水力半径： R= 式中 A过水断面
4、面积， 湿周，m 谢才系数: = 式中 n渠道糙率 正常水深的试算： 式中 i渠道底坡 流量模数： 其中 = 式中 m边坡系数三、计算过程：1、 水面曲线分析(1) 水平段（i=0） 1) 判别水面曲线型式 先求闸下出流的收缩断面水深，由于=0.645 水平段长度=20.685m，故不发生水跃。 计算临界水深 =3.33m而=2.59m=3.33m，在平坡（i=0）渠道中，不能形成均匀流，所以只有b区和c区。 所以c区水面线为型雍水曲线。第一流段的末端水深计算 本流段的水深为=2.59（m），=2.6（m） 计算、 下游断面 =b=13.22.6=34.3（） =5.3377（m） 上游断面
5、=b=13.22.59=34.188（） =5.3488（m） 则两断面的断面比能之差为 =-=5.3377-5.3488=-0.0111（m） 计算平均水力坡降水面线为b2型降水曲线，平均水力坡降的计算式采用= ，。下游断面 =160.022（m）上游断面 =158.209（m） =159.116（m） 平均水力坡降 =0.003972 流段长度计算 列表计算表1-1断面序号h(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)12.590 34.2 2158.209 5.3488 -0.0112 159.116 2.8 2.81 22.600 34.3 2160.022 5
6、.3377 -0.0216 161.855 5.5 8.36 32.620 34.6 2163.688 5.3160 -0.0207 165.547 5.4 13.78 42.640 34.8 2167.406 5.2953 -0.0246 169.767 6.6 20.38 52.665 35.2 2172.127 5.2707 (2) 第一陡坡段（i=0.258） 1) 判别水面曲线型式 先由进行正常水深h0的试算。 用试算法求正常水深。假设一系列的正常水深值，代入公式计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求水深。 设=1m，分别计算出面积
7、A、湿周、水力半径R、谢才系数C、及流量Q值。 单宽流量 =17.22 面 积 A=b=14.61=14.6（） 湿 周 =b+2=14.6+2=16.6(m) 水力半径 R=0.88（m） 谢才系数 C=75.29（）(取i=0.013）故流量为 Q=14.675.29=524（） 设=0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m,分别计算出相应的面积A、湿周、水力半径R、谢才系数C、及流量Q值。见表 表1-2 正常水深ho(m)0.57.30 15.60 0.47 67.78 171.92 0.68.76 15.80 0.55 69.72 230.99 0.710.22 16.00 0
8、.64 71.39 296.17 0.811.68 16.20 0.72 72.84 366.94 0.913.14 16.40 0.80 74.13 442.89 114.60 16.60 0.88 75.29 523.66 0.6339.24 15.87 0.58 70.30 251.85 由表据绘出hoQ曲线，如图所示hoQ曲线 根据流量Q=251.40（），在曲线上查得正常水深=0.633m。 临界水深 3.12（m） 判别水面曲线型式。 因为，渠道为急流渠道，由于渠道末端与陡坡渠道相连接，所以渠道内产生b2型降水曲线。2） 选择控制断面，按水深分段，b2型降水曲线在急流区，控制断面在
9、上游，取渠道始端为控制断面，水深就是临界水深 =3.12m，按水深分段，各取下游水深为2.5m、2.0m、1.8m、1.6m、1.4m、1.2m等。 计算从上游往下游推算 3) 第一流段的末端水深计算 本流段的水深为=3.12（m），=2.5（m） 计算、 下游断面 =b=14.62.5=36.5（） =4.9204（m） 上游断面 =b=14.63.12=45.6（） =4.6740（m） 则两断面的断面比能之差为 =-=4.9204-4.6740=0.2464（m） 计算平均水力坡降水面线为b2型降水曲线，平均水力坡降的计算式采用= ，。 下游断面 =180.613（m） 上游断面 =34
10、8.290（m） =264.451（m） 平均水力坡降 =0.002390 流段长度计算 列表计算表1-3 计算过程及结果断面序号h(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)13.120 45.6 2348.290 4.6740 0.2464 264.451 1.0 0.96 22.500 36.5 2180.613 4.9204 0.8615 136.333 3.4 4.36 32.000 29.2 292.053 5.7819 0.6871 79.375 2.7 7.11 41.800 26.3 266.696 6.4690 1.0402 56.545 4.2 1
11、1.33 51.600 23.4 246.394 7.5092 1.6089 38.518 6.7 17.99 61.400 20.4 230.642 9.1181 2.5871 24.775 11.1 29.11 71.200 17.5 218.907 11.7052 2.3442 16.235 10.7 39.81 81.080 15.8 213.562 14.0494 从表所列计算结果看出 =39.81m时，渠道末端水深h=1.08m。而陡坡长为39.79m，与 =39.81m接近，因此渠道末端水深h=1.08m。第一陡坡水面曲线 单位：米（m）（3）第二陡坡段 1) 判别水面曲线型式 先由进行正常水深h0的试算。 用试算法求正常水深。假设一系列的正常水深值，代入公式计算出相应的流量Q值。根据水深和流量值绘出Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求水深。 设=0.5m，分别计算出面积A、湿周、水力半径R、谢才系数C、及流量Q值。 单宽流量 =17.22 面 积 A=b=14.60.5=7.3（
