跌水与陡坡

例 试设计一矩形缺口。已 知：设计流量 Q 10m 3 /s, 相应渠道水深H 0 1.4m， 渠道底宽b 5.0m， 进口 为扭曲面连接，长度 L1 5.0m, 求缺口宽 bc 。 解 应用试算法。先取 bc 3.0m， 则：
bc 3.0 2.143 H 0 1.4 L 5.0 又因 1 3.57， 可求M H 0 1.4 bc M 2.1 - 0.08 2.1 - 0.08 2.143 1.929 H0
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2.菱形陡坡（图p140） 布置形式：上部扩散下部收缩，在平面上呈菱形。在收缩 段的边坡上设置导流肋。 作用：减轻了对下游的冲刷。 3.陡坡段的人工加糙（图p140） 作用：对促使水流紊动扩散，降低流速，改善下游流态及 消能均起着重要作用。 加糙形式：有交错式矩形糙条、单人字形槛、双人字形槛、 棋布形方墩等。
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根据已知水位与流关系 曲线得，当
H 2 0.985m 时，Q1 3.1m 3 /s 求T1 和T2 ： Q1 6.8 T1 1.727 3 3 M 1H 1 2 2.099 1.521 2 T2
3 M2 H2 2
H 1 1.521m 时，Q1 6.8m 3 /s


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3）平底胸墙孔口泄流计算
Q ab 2 gH 0 , a为孔口高度，b为孔口总净宽。 对于胸墙底缘为1/4圆弧（半径为R），当 R 0.33时，采用下面公式： a
=0.615-0.23
a a R 0.75 0.5 （1-11 . ）（ ） H0 H0 H0
3 2
Q mb 2 g H 0
b为闸孔宽度，其它参数同水力学 2.孔流计算 1）平板闸门下自由出流计算
Q eb 2g (H e)
Q eb 2gH
实践中常应用下式：
e 1 H
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根据试验，0.1<e/H<0.65,自由孔流流量系数由下述经验 e 公式计算
对于矩形底缘的胸墙，上式中令R / a=0即可求的
当闸门局部开启时，其泄流流量按平板闸门闸下出流计算。
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三、退水与泄洪道进口的水力计算
Q=mb 2 gH MbH
3 2
3 2
流量系数与堰的边缘形状、堰上水头、堰高等有密切关 系。
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第三节 陡坡段的水力计算
一、起始断面起始水深的确定
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5．出口连接段 作用：下泄水流经消力池后，在出口处仍有较大的能量， 流速在断面上分布不均匀，对下游渠道常引起冲刷破坏。 为改善水力条件，防止水流对下游冲刷，在消力池与下游 渠道之间设出口连接段。其长度应大于进口连接段。 （二）多级跌水（图p135） 与单级跌水的区别：将消力池作成几个阶梯，各级落差 和消力池长度都相等，使每级具有相同的工作条件，并便 于施工。 多级跌水的分级数目和各级落差大小划分依据： 应根据地形、地质、工程量大小等具体情况综合分析 确定。当受地形地质条件影响较大时，也可修建不连续的 多级跌水。
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bc
3 MH 0 2
Q

3.13 可求得M 2.1 - 0.08 1.921， 则 1.4 10 bc 3.14 3.13m 3 1.921 1.4 2
大于假设值3.0m， 再假设bc 3.13m
3 1.929 1.4 2
10
3.13m,
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2.梯形缺口的水力计算
3 Q Mb 平均 H 2，
期中M εm
H 1T2 H 2T1 bc H1 H 2 T1 T2 nc 1.25 H 1H 2
T1 T2
3 M1H 1 2 3 M2 H2 2
Q1
Q2
H 1 H max 0.025(H max H min ) H 2 H min 0.025(H max H min )
0.6 0.18
H
2）弧形闸门下自由出流计算
Q eb 2g (H e)
或
Q eb 2gH
对平底 弧形闸门泄流，
在25 90 , 0 e / H 0.65范围内，可用下述经验公式： e =（0.97-0.81 ） -（0.56-0.81 ） 180 180 H
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跌水与陡坡
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三、陡坡 组成：由进口连接段、控制堰口、陡坡段、消力池和出 口连接段组成。 陡坡与跌水区别：在于陡坡段代替了跌水墙。 （一）陡坡段的布置 布置形式：陡坡底可作成等宽的、底宽扩散形和菱形三种。 1.扩散形陡坡 作用：可以使水流在陡坡上发生扩散，以减小单宽流量， 这对下游消能防冲有利。 陡坡的比降选择依据：根据修建陡坡处的地形、地质、跌 差及流量大小等条件确定。
b平均 H
2.25 - 0.15
Q1

Q2
3 2.096 1.521 2 3 2.096 0.985 2
6.8
1.84 2.096 1.79
1.729

3.1
1.513
H 1T2 H 2T1 1.521 1.513 0.985 1.729 bc 1.116 H1 H 2 1.521 0.985 T1 T2 1.729 1.513 nc 1.25 1.25 0.504 H 1H 2 1.521 0.985 b平均 bc 0.8n c H 1.116 0.8 0.504 1.79 1.838m 1.84m
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跌水与陡坡
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2．跌水口（图p133） 又称控制缺口，是设计跌水和陡坡的关键。 形式：有矩形、梯形和底部加台堰等形式。 3．跌水墙（图p134） 形式：有直墙和倾斜式两种。多采用重力式挡土墙。 4．消力池 作用：跌水墙下设消力池，使下泄水流形成水跃，以消减 水流能量。 形式:消力池在平面布置上有扩散和不扩散形式，它的横 断面形式一般为矩形、梯形和折线形。折线形布置为渠底 高程以下为矩形，渠底高程以上为梯形。
解：应用试算法 先假设b 平均 1.8m， 代入公式：
M 2.25 - 0.15
计算H 1 和H 2 ：
b平均 H
1.8 2.25 - 0.15 0.716 1.79
H 1 H max 0.025(H max H min ) 1.79 - 0.25 （1.79 - 0.716） 1.521m H 2 H min 0.025(H max H min ) 0.716 0.025 （1.79 - 0.716） 0.985m
与假设值近似相等，采 用bc 1.15m，n c 0.5
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b平均 1.866， 则： M 2.25 - 0.15
代入公式：
校核：采用 bc 1.15m，n c 0.5 可得：
b平均 H
2.094
3 3 Q Mb平均 H 2 2.094 1.866 1.29 2 9.358m 3 /s 大于设计值9m 3 /s
Q2

L1 5.5m 3 1.79m 5.37m
求bc 和nc ：
3 2.099 0.985 2
3.1
1.511
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H 1T2 H 2T1 1.521 1.511 0.985 1.727 1.114 H1 H 2 1.521 0.985 T T 1.727 1.511 nc 1.25 1 2 1.25 0.504 H 1H 2 1.521 0.985 bc
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应用范围同扭曲面连接 ，期中L1 为八字墙长度。
bc 八字墙连接：M 2.08 0.075 H0
bc 横隔墙连接：M 1.78 0.035 H0 bc 应用范围： 1.0 ~ 4.5 H0
求缺口尺寸： bc 也可采用图解法
3 mε 2g H0 2
Q
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跌水与陡坡
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跌水与陡坡
跌 水
第六章
跌水与陡坡
陡坡
第六章
跌水与陡坡
多级跌水示意图
第六章
跌水与陡坡
斜管式跌水示意图
第六章
跌水与陡坡
多级陡坡示意图
第六章
跌水与陡坡
第二节 进口段的水力计算
一、缺口控制段的水力计算 二、闸门控制段的水力计算 三、退水与泄洪道进口的水力计算
第六章
跌水与陡坡
第二节 进口段的水力计算
第六章
跌水与陡坡
第六章 跌水与陡坡
第一节 概 述 第二节 进口段的水力计算
第三节 陡坡段的水力计算
第四节 跌水与陡坡的下游衔接消能
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跌水与陡坡
第一节 概 述
一、落差建筑物的类型 定义：当渠道通过地面过陡的 地段时，为了保持渠道的设计 比降，避免大填方或深挖方， 往往将水流落差集中，修建 建筑物联接上下游渠道，这种 建筑物称落差建筑物。 1.落差建筑物类型 跌水、陡坡、斜管式跌水和 跌井式跌水等四种。 （跌水和陡坡应用最广）
H min 未知时，可用H 代替，H （0.33 ~ 0.50）H max
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跌水与陡坡
第六章
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跌水与陡坡
横隔墙链接： 在上游渠道边坡系数 m 1 ~ 2 、缺口边坡系数nc 0.4 ~ 0.9 连接段长度L1 2.5H max (H max 为上游渠道最大水深) 的条件下：
得：
将T1 、T2 、H 1 、H 2 代入公式：
b平均 bc 0.8n c H 1.114 0.8 0.504 1.79 1.836m 较假设值1.8m 大。
第六章
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再假设b 平均 1.84m， 则：
M 2.25 - 0.15 T1 T2
3 M1H 1 2 3 M2 H2 2
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跌水与陡坡
2.落差建筑物的设计内容 水力设计\\、衔接消能 二、跌水 形式：有单级跌水和多级跌水两种形式（超过3～～～5 米时宜采用多级跌水。） （一）单级跌水（图p132） 组成：进口连接段、跌水口、跌水墙、消力池、出口连 接段。 1．进口连接段 作用：为使渠水平顺进入跌水口，使泄水有良好的水力 条件，常在渠道与跌水口之间设连接段。 型式：扭曲面、八字墙、圆锥形等。
M （2.18 ~ 2.08）- 0.15
b平均 H
当nc 0.9，m 2 时，取2.18；当 nc 0.4，m 1 时，取2.08，
nc 与m值介于二者之间可用内 插法取值。
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跌水与陡坡
例 试设计一梯形缺口。已知：上游渠道与水位流量关系曲 线，设计流量Q=9m3/s,相应渠道水深1.79m，连接渐变段为 扭曲面，长5.5m。
3 2
第六章
跌水与陡坡
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跌水与陡坡
bc 扭曲面连接：M 2.1 - 0.08 , bc 为缺口宽度 H0 H0 为计入行近流速的堰上 水头 V0 2 H0 H 2g
V0 为上游渠道平均流速 bc 应用范围：L1 2 ~ 10 H0 1.5 ~ 4.5 H0 L1 为扭曲面长度
二、落差较小的陡坡水力计算
三、落差较大的陡坡水力计算
四、陡坡边墙高度的确定
五、陡坡衬砌（人工护面）的确定
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跌水与陡坡
一、起始断面起始水深的确定
hk0 K i hk , hk0 为陡坡控制断面水深 K i 为陡坡坡度修正系数 0.01 - i 2 Ki 0.953, i 2 为陡坡坡度 0.35 2.65i 2
对于梯形缺口淹没泄流 ，可采用公式：
3 a a Q M 没 b平均 H 2，其中，M 没 M（1.1 - 0.1 ）（ 4.0） an an
a为淹没度， an 为极限淹没度 ，a H下 - P H下 为下游渠道水深 ，P为跌水跌差
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二、闸门控制段的水力计算 主要任务：确定闸孔数量和闸孔尺寸 1.堰流计算
一、缺口控制段的水力计算 1.矩形缺口和台堰缺口的水力计算
矩形缺口
台堰式缺口
第六章
跌水与陡坡
按宽顶堰和实用堰一般 均用下式计算 自由溢流时 : Q m bc 2g H 0 式中 m mε
3 2
Mbc 2g H0
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M m 2g
M称第二流量系数，大小 取决于连接渐变段的
形式和堰上水头； 淹没出流时 : Q mεσ b 2g H 0