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1、 黄河水利职业技术学院段村水利枢纽课程设计说明书 班级：水工0701班指导老师：王勤香 学号：姓名：孟素玉日期：前言水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。 水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水构筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量
2、、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水。道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。随着经济建设的发展，水力学学科衍生了一些新的分支，以处理特定条件下的水力学问题，如以解决河流泥沙运动所导致的河床演变问题的动床水力学，以解决风浪对防护构筑物的动力作用和对近岸底砂的冲淤作用等问题的波浪理论等。本书适用于高等职业学校和高等专科学校的水利水电建筑工程、水利工程等专业的水力学教学，也可作为水文水资源、水土保持等专业的教学用书。由于编者水平有限，书中的缺点和错误在所难免，诚恳读者予以批评指正。目录第一部分 基本资料.2第二部分 计算设计部分.51. 确定引渠断面
3、.52. 确定控制段垂直水流方向的宽度.53. 验算渐变段长度是否满足要求（扩散角应小于15）.64. 计算溢洪道水面曲线（按设计洪水位计算）.65. 拟定挑坎形状和尺寸（溢洪道出口河底高程347米，岩石坚硬，完整性较差）. . 116. 验算溢洪道是否满足泄洪要求（设计校核两种情况）.137. 根据泄洪洞下游水流衔接形式，设计消力池尺寸.14第一部分 基本资料段村水利枢纽设计任务书 段村水利枢纽工程位于颍河上游登封县境内。控制流域面积平方公里。根据水能计算，该枢纽死水位348米；最高兴利水位米，相应库容万立方米。设计洪水位按50年一遇，为米，相应库容万立方米，溢洪道泄洪量540立方米每秒；泄
4、洪洞泄流量540立方米每秒；校核洪水位按500年一遇，为米，相应库容万立方米，泄洪洞流量800立方米每秒，泄洪洞泄流量110立方米每秒。根据地形、地质条件河水里条件初步拟定。一. 溢洪道溢洪道有6段组成，如图（1）所示。1. 引渠段 长120米，底坡i=0；边坡1：，混泥土衬砌。2. 控制段 采用平底坎宽顶堰，顺水流长度20米。3. 渐变段 断面为矩形，长60米，底坡1：50。4. 第I陡槽段 断面为矩形，底宽40米，坡降为1/200。长596米。5. 第II陡槽段 断面开头及尺寸同第一陡槽段，坡降为1/8，长40米。6. 挑流消能段 下泄设计洪水时，挑坎下游尾水渠水位米，下游河底高程米。二泄
5、洪洞泄洪洞由11段组成，如图（2）所示。1. 进口段 采用喇叭形塔架式进水口，进口设拦污栅，进水口底部高程342米，长10米。进口局部水头损失系数。2. 闸室段 形状为4米*4米矩形断口，长6米：门槽=.3. 渐变段 断面由4米*4米变为直径d=米的圆形，长10米：渐变段=.4. 洞身段 洞段d=米，长170米。5. 第二渐变段 断面由圆形变为米*米的矩形断面，长10米。6. 洞后闸室段 底部高程为341米，长12米。7. 平坡段 底宽米，长7米。8. 扩散斜坡段 扩散角15，比降1：5.9. 消能段10. 扭曲面：11. 尾水渠 底部高程337米，比降，底宽14米，边坡1：.水力计算8. 确
6、定引渠断面。9. 确定控制段垂直水流方向的宽度。10. 验算渐变段长度是否满足要求（扩散角应小于15）.11. 计算溢洪道水面曲线（按设计洪水位计算）。12. 拟定挑坎形状和尺寸（溢洪道出口河底高程347米，岩石坚硬，完整性较差）。13. 验算溢洪道是否满足泄洪要求（设计校核两种情况）。14. 根据泄洪洞下游水流衔接形式，设计消力池尺寸。计算成果1. 交计算成果，并绘制简图。2. 绘制溢洪道水面曲线。3. 写出学习水力学的体会和意见。第一部分：溢洪道的水力计算一、确定引渠断面。1.资料：梯形断面，坡底i=0,边坡1：，混凝土衬砌。2.已知：m= i=0 n= Q设=540m3/s h= V允=
7、s 所用公式：A=(b+mh)h Q=VA解：取V= m3/s A= b=-mh=b=即为梯形断面的宽度。二、确定控制断面垂直水流方向的宽度1.采用平底砍宽顶堰，顺水流长度20米2.已知：Q设=540m3/s =1 = m/s b0= 所用公式：Q=(1) H0=H+ (2) (3)解：假定引水渠段为自由出流，淹没系数=，流量系数m=, =由公式（2）H0=H+=+ B0=b+mh=+ 由公式（1）：Q=得： 将b代入公式（3）： 墩头为圆弧形，a0= 运用迭代法，将再次代入公式（1），如下表： b(m)最后计算得b=50m三、验算渐变段长度是否满足要求（扩散角应小于15）解：Tana= 计算
8、得a=15 验算渐变段长度满足扩散应小于15的要求四、计算溢洪道水面线曲线(按设计洪水位计算)由水流变化规律知其水深为临界水深hk。控制段水流单宽流量，且断面为矩形，则临界水深1.计算渐变段水面线 分析：该段属非棱柱体明渠，先将渠道按流程分段，计算出断面尺寸。由于该收缩断面较短，可分为两段，s1=s2=30m。渐变段水面线计算简图据几何关系可得：2-2断面底宽为45m，利用公式进行计算，便可求出中间断面2-2水深h2和出口断面水深h3。为方便计算，将上式改写为进口端面1-1的水里要素： 因溢洪道为急流，水面线总趋势2-2断面水深小于1-1断面水深，设2-2断面水深h2=,同样可以计算出2-2断
9、面各水力要素，然后计算出如附表一：渐变段3-3断面水深h3=又是第陡槽段的控制水深。2.计算第陡槽段水面线。第陡槽段属于棱柱体渠道，可按棱柱体渠道水面线计算进行。（1）.判断水面线类型。根据公式利用试算法计算正常水深h0。其中：Q=540 i= n= ，槽底宽b=40m 、先取h0=，则A=b*h0=*1= X=b+2*h0=+2=R=A/X= 、取h0=、，其计算结果见附表2。附表2试算得正常水深h0=q=540/40=则临界水深 由此知：第陡槽段正常水深h0=临界水深hk=， 该段为陡坡，且该段首段水深h=，故为b2型水面曲线。3.计算第II陡槽段水面线。第II陡槽段属于棱柱体渠道，可按棱
10、柱体渠道水面线计算进行。（1）.判断水面线类型。根据公式利用试算法计算正常水深h0。其中：Q=540 i= n= ，槽底宽b=40m 、先取h0=，则A=b*h0=*1= X=b+2*h0=+2=R=A/X= 、取h0=、，将试算结果列于附表 表4。试算得正常水深h0=因为q=540/40=则临界水深 。由此知：第II陡槽段正常水深h0 =临界水深hk=，该段为陡坡，且该段首段水深h=，故为b2型水面曲线。（五）拟定挑坎形状和尺寸（溢洪道出口河底高程347米，岩石坚硬，完整性较差）计算挑距，验算是否满足稳定要求。分析：下泻设计洪水时，挑坎下游水位，下游河底高程。因为鼻坎的适宜挑角为1535，根
11、据经验一般取R=(410)h解：1.根据索格条件算出下列数据。 取挑角为23,反弧半径：R=8h=8= 下游水深： = 挑角高程: = = =上游水位与挑坎顶高差：S1=坎高：a= sin23= cos23=2.计算空中挑坎 单宽流量：流能比： 流速系数： 空中挑距：3.估算冲刷坑深度ts. 因岩坚硬，完整性较差，选k= Z= 4.计算水下挑距 单挑距校核冲刷坑对坎深的影响：故可以认为冲刷坑不会危及砍身安全。六、验算泄洪洞是否满足泄洪要求已知n=(1) 判断水流 H= a= 因为H/a= 所以泄洪洞为有压流。 以进口段始端为11断面，第渐变段末端列能量方程 H0=Z+V2/2g+hf+hj H
12、0= Z=所以： 得： =sV2七、验算泄洪洞是否满足要求。（一）、 判别泄洪洞的下游水流衔接形式设出口段和消力池段都为等宽的矩形断面并设下游底坡为i= 取1-1断面和22断面以下游底部高程底面为基准面.列能量方程得:（1）由坡降1:5,扩散角为,平坡宽为得:B=，代入(1)式得: 整理得: 用迭代法计算当=0时 = 依次代入得=.由水跃公式的共轭水深=在断面上求临界水深得: 用试算法计算下游水深设= 底宽为 则 此时流量远小于设计流量再次试算取= ，当=时 90所以取=因为 ， 所以该段产生远驱式水跃，为了控制水跃的位置，减少扩散段的长度应在下游建立挖深式消力池。（二）、 挖深式消力池的水力计算1.计算消力池的深度d下游河槽中的流速 s估算水深d= - =带入下式： = 用迭代逼近法可得：= 有d. 带入式：=+= 故所设池深不满足要求，再设d=得
