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1、水力学综合练习计算书任务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。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。
2、正常水位为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48.90米，i=0.258，第二段长25.60米，i=0.281；陡坡段边墙高度要求比掺气水深超高0.5米；溢洪道纵剖面简图及平面图、输水涵管简图（见附页）一、 计算过程（一）方法：先根据水面曲线的性质判别
3、各坡段水面曲线的型式，然后按50年一遇洪水流量。采用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。（一） 采用公式1. 判别水面曲线型式：正常水深的试算： 矩形断面临界水深 ： 二、 具体计算：1. 水面曲线分析1) 水平段（i=0） 判别水面曲线型式先求闸下出流的收缩断面水深，由于，故为闸孔出流堰上水头 H=54.97-49.00=5.97m由查水力学书表81得单宽流量
4、=2.595m，对应第二共轭水深)=4.2m假设水平段发生水跃，则水跃长度Lj=6.9(=6.9(4.2-2.595)=11.1m，在实际工程上一般认为发生在离闸门（23）的断面处，则取2=23.85=7.7m由于7.7+11.1=18.8m h0=0.633m 因为，故渠道为陡坡，由于水平段末端水流以水跌的形式进入陡坡段，故水面曲线在b区，为型降水曲线。用分段求和法计算水面曲线 泄槽上游接宽顶堰，起始断面水深认为等于临界水深（即）。故以临界水深向下游推算，设=3.0m以11和22断面为例 A1=bh1=14.63.12=45.6m2 =1.554m 5.519+1.554=4.674m同理可
5、得 A2=43.8m2， v2=5.74m/s， Es2=4.681m。 Es12=Es2- Es1=4.681-4.674=0.007m11断面水力要素： 1=b+2h1=14.6+23.12=20.84m R1= 同理可得 x2=20.6m，R=2.126m ， =2.156m =5.63m/s =0.0019255 两断面间距离=0.03m重复上述步骤求得，直到=36.7m，推算到1313断面计算得=36.78m相应其余各段距离的计算（计算结果见(i=0.258)表2）3) 第二陡坡段判别水面曲线型式先进行正常水深h0的试算流量： 设h1=0.5m，则 A1=bh1=14.60.5=7.
6、3m2 x1=b+2h2=14.6+20.5=15.6m 说明所设h1大小，再假设，重新计算，列于表3 正常水深试算表(i=0.281) 表3 hbAXRQmmmmm0.514.67.315.60.468 179.418 0.614.68.7615.80.554 241.071 0.714.610.22160.639 309.087 0.814.611.6816.20.721 382.946 据以上结果，作hQ关系曲线如图2由曲线找得Q0=251.4m3/s，对应的水深即为正常水深h0=0.618m。因 h0h13 =1.111mh0=0.618m。 故水面曲线在b区，为b型降水曲线。用分段求
7、和法计算水面曲线 以第一陡坡段最后一断面为控制断面h13 =1.111m向下游推算，同第一陡坡段计算方法类似，计算结果（列于表4）2. 边墙高设计当断面平均流速v7m/s时，需考虑掺气水深，在此基础上来设计边墙。由表2、表4的计算结果发现，通过设计洪水流量时，两陡坡段的断面平均流速均大于7m/s，均需考虑掺气所增加的水深。以第一陡坡段6-6断面为例计算掺气水深，其余各断面计算结果列于表5。由表4可知：h6=2.4m，v6=7.175m/s，i=0.258 则掺气水深 ： 陡槽的边墙高度：掺气水深和陡槽边墙高度计算 表5陡坡段断面mm/smmmi=0.2586-62.47.1750.243.15
8、78950.53.7 7-72.27.8270.242.8947370.53.4 8-828.610.242.6315790.53.1 9-91.89.5660.242.3684210.52.9 10-101.610.760.242.1052630.52.6 11-111.412.30.241.8421050.52.3 12-121.214.350.241.5789470.52.1 13-131.11115.50.241.4618420.52.0 i=0.28114-141.115.6540.2671.5006820.52.0 15-15117.2190.2671.3642560.51.9 1
9、6-160.95318.0680.2671.3001360.51.8 由表中结果可知，第一陡坡段边墙高=3.7m，第二陡坡段边墙高=2.0m。3.按校核洪水量校核边墙高按千年一遇洪水泄流量Q=313.6米3/秒计算出各坡段水面曲线，计算方法同前。2）第一陡坡段（i=0.258） 判别水面曲线型式流量： =313.6m3/s查图1查得相应的正常水深h0=0.725m。单宽流量 临界水深 =3.61m h0=0.725m因为故渠道为陡坡，由于水平段末端水流以水跌的形式进入陡坡段，故水面曲线在b区，为型降水曲线。 以h1=3.61m为控制断面向下游推算，计算结果（列于表6）3）第二陡坡段（i=0.2
10、81）流量：=313.60m3/s查图2查得相应的正常水深h0=0.718m。因 h0h10 =1.353mh0=0.718m。 水面曲线在b区，故产生b型降水曲线。以h10=1.353m为控制断面向下游推算，计算结果（列于表7）4).掺气水深计算，结果列于表8校核洪水掺气水深计算 表8陡坡段断面 mm/smi=0.25822.77.9550.243.55 32.58.5920.243.29 42.39.3390.243.03 52.110.2280.242.76 6210.740.242.63 71.910.3050.242.50 81.712.6350.242.24 91.514.320.241.97101.35315.8750.241.78 i=0.281111.315.8750.2671.77 121.216.5230.2671.64 131.14518.7590.2671.56 由此可见p=0.1%时，第一陡坡段=3.55m边墙高3.7m，第二陡坡段=1.77m边墙高2m，故当通过千年一遇洪水时，边墙高满足要求，设计合理。3. 绘制陡坡段纵剖面水面曲线图（见图3）任务2. 绘制正常水位至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。一、资料 ：
