溢洪道水面线实训指导.docx

水力分析与计算

水力分析与计算

职业教育水利水电建筑工程专业

《水力分析与计算》

溢洪道水面线计算实训指导

《水力分析与计算》项目组

2015年3月

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1-

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1.基本资料

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94.1平方公里。根据水能计算，该枢纽死水位348米；最高兴利水位360.52米，相应库容1423.07万立方米。设计洪水位按50年一遇，为363.62米，相应库容1998.36万立方米，溢洪道泄洪量540立方米每秒；泄洪洞泄流量540立方米每秒；校核洪水位按500年一遇，为364.81米，相应库容2299.68万立方米，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。

溢洪道有6段组成，如下图所示。

（1）引渠段。长120m，底坡i=0，边坡1：1.5，混凝土衬砌。

（2）控制段。采用平底坎宽顶堰，过水宽60m，顺水流长度20m。

（3）渐变段断面为矩形，长60m，底坡1：50。

（4）第Ⅰ陡槽段。断面为矩形，底宽40m，长596m，底坡1：200。

（5）第Ⅱ陡槽段。断面形状及尺寸同第Ⅰ陡槽段，长40m，底坡1：8。

（6）挑流消能段。下泄设计洪水时，挑坎下游尾水渠水位350.64m，下游河底高程347.2m。

2.计算内容

按设计洪水位分别进行以下计算：

1.分析计算溢洪道渐变段水面线

2.分析计算溢洪道第一陡坡段水面线

3.分析计算溢洪道第二陡坡段水面线

4.定量绘制溢洪道水面线

3.案例分析

3.1.渐变段水面线分析与计算

（1）水面线定性分析

图1

渐变过渡段上游接一平坡，水库水流为缓流，进入平坡后水面线要下降，平坡段为b0型降水曲线，水流为缓流，通过分析计算渐变过渡段水流为急流，从缓流到急流要发生水跌，水深从hhk到hhk连续变化，存在h=hk的过水断面，本过水断面发生在边界条件土人变化处，也就是平坡与渐变段衔接过水断面1-1断面处（见图1），即1-1断面水深为临界水深hk。因从平坡段到渐变过渡段发生了水跌，渐变段为降水曲线。

（2）确定推算方向，按流程分段。

因渐变段为急流，水面线从上游分段向下游推算。因为非棱柱体渠道，故按流程分段，

（3）分段推算水面线

有前面分析知1-1过水断面水深h1=hk，用试算法计算2-2过水断面水力要素。因渐变段为降水曲线，设2-2过水断面水深h2h1，计算△s1-2，若△s1-2不等于已知分段长度，重设h2至到计算出的△s1-2等于已知分段长度为止，通过Excel单变量求解可得出h2。

再用同样方法计算2-2、3-3…..。渐变段水面线具体计算过程及结果见Excel表1。

表1渐变段水面线Excel计算表

Q=

540

n=

0.014

i=

0.02

h

b

m

A

v

v2/2g

Es

x

R

C

△Es

vp

Cp

Rp

Jp

△Li

m

m

m2

m/s

m

m

m

m

m

m/s

m

10-3

m

2.12

60

0

50

0

40

0

3.2.第一陡坡段水面线分析与计算

（1）分析水面线类型

①计算正常水深

②计算临界水深

③分析水面线类型

图2

第一陡坡段为陡坡，因h0h3hk,故为b2型降水曲线。

（2）确定推算方向，按水深分段。

因渐变段为急流，水面线从上游分段向下游推算。因为棱柱体渠道，故按水深分段（见图2），分为3-3断面、4-4断面、5-5断面、……，已知h3，因为降水曲线设h4、h5，边计算边求和，至到所有流段之和等于渠道长度596m为止。

（3）分段推算水面线

用同样方法计算流段4-4、5-5长度，5-5、6-6长度，通过Excel单变量求解使渠道总长等于596m，可得出渠道末端水深。

第一陡坡段水面线具体计算过程及结果见表2。

表2第一陡坡段水面线Excel计算表

Q=

b=

m=

n=

i=

h0=

hk=

线性

h

A

v

v2/2g

Es

x

R

C

△Es

vp

Cp

Rp

Jp

△Li

Σ△Li

m

m2

m/s

m

m

m

m

m

m/s

m

10-3

m

m

3.3.第二陡坡段水面线分析与计算

（1）分析水面线类型

（2）确定推算方向，按水深分段。

（3）分段推算水面线

与第一陡坡段同样方法、步骤、计算表3形式同表2，进行不同流段长度计算。

图3

4.定量绘制溢洪道水面线

根据表1、表2、表3计算结果，各渠段以渠底线为横坐标，水深方向为纵坐标，在图3定量绘制溢洪道水面线。绘图时因第一陡坡段较长，采用折断线