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1、第八章 堰 流 及 闸 孔 出 流81 有一无侧收缩的矩形薄壁堰,上游堰高P1为0.5m,堰宽L为0.8m,堰顶水头H为0.6m,下游水位不影响堰顶出流。求通过的流量。 解:无侧收缩 则 下游水位不影响堰顶出流, 则 1藤蔓课堂矩形薄壁堰流量系数2藤蔓课堂 82 某河流中有单孔溢流坝如图所示。剖面按WES曲线设计。已知:筑坝处河底高程为12.20m,坝顶高程为20.00m,上游设计水位高程为21.31m,下游水位高程为16.35m,坝前河道近似矩形,河宽B为100m,边墩头部呈弧形。试求上游为设计水位时,通过流量Q为100m3/s所需的堰顶宽度?3藤蔓课堂解:由已知数据可得: 为高坝,可忽略行
2、近流速水头, 4藤蔓课堂当 时,流量系数为 。对边墩头部呈圆弧形,形状系数无闸墩取 故侧收缩系数 非淹没取 流量 5藤蔓课堂 解此方程 故 6藤蔓课堂83 某电站溢洪道拟采用曲线实用堰,今已知: (1)溢流坝上游设计水位高程为267.85m; (2)设计流量 为 ; (3)相应的下游水位高程为 ; (4)筑坝处河底高程为 ; (5)上游河道近似三角形断面,水面宽B为 。 已确定溢流坝作成三孔,每孔净宽b为16m;闸墩头部为半圆形;边墩头部为圆弧形。要求: (1) 设计堰的剖面形状,确定堰顶高程; (2) 当上游水位高程分别是267.0m及269.0m时,所设计的堰剖面通过的流量各为多少(下游水
3、位低于堰顶)? (3) 当通过流量Q为6000 时,计算所需的上游水位高程。7藤蔓课堂解: (一)设计堰的剖面形状,确定堰顶高程 1 根据已知资料计算设计水头 (1)对WES剖面,先假设为高堰,即 , 取 , , (非淹没) 侧收缩系数 (2) 式中已知: 8藤蔓课堂 边墩形状系数 2型闸墩在 时 , 代入式(2)得 , (3) 代(3)式入(1)式得 用试算法由上式求得 堰顶高程为 9藤蔓课堂验证前面的假定是否正确:上游堰高 流量系数 =0.052是正确的。 又 下游水位低于堰顶,为自由出流。取 是正确的。10藤蔓课堂2 设计堰的剖面形状采用WES剖面, 堰顶O点上游三圆弧的半径及水平坐标值
4、为:BO圆弧段: 11藤蔓课堂OC曲线段:曲线方程为 即 (4) 按()式算得的坐标值列于下表: x123456789y0.0450.1620.3430.5850.8831.2381.6452.112.62110111214161820222426283.1853.8004.6205.9357.5989.44811.48213.69516.08718.65421.39612藤蔓课堂根据表中数值绘得堰顶曲线如解图所示。 值线段:取坡度 ,则 确定的坐标: 又 故有 13藤蔓课堂即 反弧半径按下式计算: 式中:上游水位差 代入(5)式得 14藤蔓课堂取 反弧圆心点O的坐标为: D点的坐标:E的坐标
5、:15藤蔓课堂剖面图见解8-3图(二)当上游水位高程分别是267.0m及269.0m时,所设计的堰剖面通过的流量。上游水位为267.0m时,运行水头H为: 而 故 ,查图 8-12得 ,则 下游水位低于堰顶。为非淹没出流 16藤蔓课堂17藤蔓课堂取查图8-14得 ,则 故 当上游水位为269.0m时: 18藤蔓课堂而 故 ,查图8-12 得 则 取 , 则 19藤蔓课堂(三)当通过流量为6000 时,计算所需的上游水位高程。此时的运行水头为 (6)取 代入(6)式,用试算法得初值 20藤蔓课堂 查图8-12 得 代入(6)式,由此再算得 , 取 注意到 ,即 ,故上游水位高程为 21藤蔓课堂
6、84 某灌溉进水闸为3孔,每孔宽为10m;闸墩头部为半圆形,闸墩厚为3m;边墩头部为圆弧形,边墩计算厚度为2m;闸前行进流速 ;其它数据如图所示。试确定相应于不同下游水位时过闸流量: (1)下游水位高程为17.75m (2) 下游水位高程为16.70m 解: (一)当下游水位高程为17.75m时: 堰型: , 22藤蔓课堂因 ,故该水闸为宽顶堰流流态: 水流为淹没出流 由此查表84得 流量系数: 23藤蔓课堂侧收缩系数 中孔 边孔 24藤蔓课堂取加权平均值 流量 (二)当下游水位高程为16.70m时 ,为自由出流 25藤蔓课堂取 则 26藤蔓课堂 85 某拦河闸共9孔,每孔宽为14m;闸墩厚d
7、为3.5m,闸墩头部为圆形,边墩迎水面为圆弧形,圆弧半径r=5m,计算厚度为3m;闸前水位高程为18m;闸底板高程为6m;闸前行近流速v0为3m/s;下游水位不影响出流。试确定闸门全开时的过闸流量。题 85图27藤蔓课堂解:该水闸当闸门全开时可按无坎宽顶堰计算,水头 因下游水位不影响出流,可视为自由出流,即 流量系数对多孔闸采用加权平均值:中孔流量系数 : 28藤蔓课堂查表85得 边孔流量系数 : 查表85得 加权平均值 29藤蔓课堂流量 30藤蔓课堂 86 一具有水平顶的堰,各部分尺寸如图示(图中单位为米)。试求: (1) 判断堰的类型。 (2)计算通过堰的流量。解: (一)判断堰的类型:
8、为宽顶堰 31藤蔓课堂(二)计算流量: 为低堰,要考虑行进流速的影响。但流量未知,因此要采用逐步近似计算法。 首先假设 查表82得淹没系数 32藤蔓课堂流量系数 侧收缩系数 33藤蔓课堂第一次近似计算流量:34藤蔓课堂第二次近似计算流量: , 为淹没出流。查表82 得 35藤蔓课堂第三次近似计算流量: ,淹没出流。查表82 得再计算流量就与第三次相接近,故取 36藤蔓课堂8- 7 某水利枢纽设平底冲沙闸,用弧形闸门控制流量。闸孔宽b为10m,弧门半径R为15m,门轴高程为16.0m,上游水位高程为18.0m,闸底板高程为6.0m。试计算:闸孔开度e为2m,下游水位高程为8.5m及14.0m时,
9、通过闸孔的流量(不计行近流速的影响)。 题 87图37藤蔓课堂解:(一)求当下游水位为8.5m时的流量因不计行进流速 的影响,可取 ,为闸孔出流 门轴高 38藤蔓课堂弧形闸门的流量系数为判别闸下是否淹没:弧形闸门的垂直收缩系数 由 ,查表88得 则 39藤蔓课堂故 当下游水位高程为8.5m时,下游水深 因 ,故闸下游为自由出流 40藤蔓课堂流量 (二)求当下游水位高程为14m时的流量 ,闸下游为淹没出流淹没系数 潜流比 查图834得淹没系数 流量 41藤蔓课堂 8-8 某平底水闸,采用平板闸门。已知:水头H为4m,闸孔宽b为5m,闸门开度e为1m,行近流速v0为1.2m/s。试求下游为自由出流
10、时的流量。解: ,为闸孔出流 流量系数: 流量: 42藤蔓课堂 8-9 在底宽b1为6.8m,边坡系数m为1的梯形渠道中,设置有两孔水闸,用平板闸门控制流量。闸坎高度为零,闸孔为矩形断面,闸墩头部为半圆形,墩厚d为0.8m;边墩头部为矩形。试求闸孔开度e为0.6m、闸前水深H为1.6m时,保证通过流量Q为9m3/s所需的闸宽B(下游为自由流) 。题 89图43藤蔓课堂解: ,为闸孔出流 平板闸门流量系数为由 44藤蔓课堂得 故 45藤蔓课堂 8-10 实用堰顶部设平板闸门以调节上游水位。闸门底缘的斜面朝向上游倾斜角为60。试求所需的闸孔开度e。已知:流量Q为30m3/s,堰顶水头H为3.6m,闸孔净宽b为5m(下游水位低于堰顶,不计行近流速)。解: 对闸底坎为曲线实用堰型闸孔出流流量系数按下列经验公式计算 46藤蔓课堂由 得 即 解以上方程得 取 47藤蔓课堂 811 一溢流坝为曲线型实用堰,今在坝顶设弧形闸门。已知:上游水头H为3m,闸孔净宽b为5m,下游为自由出流,不计行近流速。试求闸孔开度e为0.9m时的流量。题 811图48藤蔓课堂解: ,为闸孔出流 对曲线形实用堰顶弧形闸门的流量系数 值查表89得 则流量 49藤蔓课堂Thank you for coming!50藤蔓课堂