放水涵洞水利计算说明书

放水洞的水力计算

1、闸孔出流计算

根据闸孔出流公式计算闸门开度：

02gH be Q μ=

式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s ；

μ——闸孔出流流量系数，0

2

21H e

εϕεμ-=其中ψ取0.95；ε2取0.62；

b ——闸孔宽度，为1.2m ； e ——闸门开度；

H 0——闸前水头，为13.02m ；

试算得闸门开度e=0.181m 时，下泄流量为2.0 m 3/s 。 （1）涵洞临界底坡

s m B Q q 367.12

.12

===

66.08

.967.1*132

==k h

m x k 52.22.1266.0=+⨯=

79.02.166.0=⨯=k A 2m m R k 31.052

.279

.0==

95.543.0015

.0161

=⨯=k C m

0068.031

.095.5479.022

22

=⨯⨯=k i 0068.001.0=>=k i i

根据计算结果，涵洞纵坡大于临界底坡，涵洞为陡坡，按短洞考虑。 （2）涵洞正常水深

涵洞正常水深计算公式如下：

o i

o i

o itH

h b

m h m b i b nQ h +++=1)121()(5

22

5

3

涵洞的过水流量Q=2 m3/s,涵洞底板宽度b 本工程取1.2m 。由以上已知条件可求得: h0=0.57m 。

（3）闸孔收缩断面水深计算

计算公式：hc=e ε=0.62*0.18=0.12m

式中： hc ──闸孔收缩断面水深；

e ──闸门开度,为0.18m ；

ε——垂直收缩系数，0.62。

（4）涵洞水面线计算

涵洞水面线计算按明渠水面线计算方法计算，采用分段求和法计算。由于hc ＜h0＜hk ，故洞内水面线型式为c 2型壅水曲线。。因此水面线应从起始端开始向下游计算。基本公式如下： 计算结果见表4-9

l g v h J i l g v h g v h i i i i ∆⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+∆=

-=∆⎪⎪⎭⎫

⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++22222112

（5）波动及掺气水深计算

深孔闸后洞内无压流的流速很大，一般都要考虑因水流掺气而增加的水深，已得到设计涵洞的高度。涵洞掺气水流不同于溢流坝和陡槽的掺气水流，其特点是涵洞的底坡较缓，水深较大，沿程壅高。试验得出对矩形断面的涵洞掺气水流进行估算的经验公式为

gR

v h h 2

00081.077.1lg +=∆-

式中：h0—掺气后的水深；

h 、v 、R —未掺气水深、流速、水力半径；

△=表面的绝对粗糙度，对糙率n=0.015的混凝土，取0.002m ； 计算结果见表4-10

表4-9 正常情况洞内水面线计算表

水深涵洞

底宽

过水

断面

面积

(m2)

湿周

(m)

水力半

径(m)

糙率谢才系数

设计流

量

流速

(m3/s)

流段水力

坡度

断面比能

流段

平均

水力

坡度

底坡流段△S

h(m) B(m) A=B×

h c

χ

=B+2h c

n Q(m3/s) i △Es ∑S

0.120 1.2 0.144 1.440 0.100 0.015 45.42 2 13.89 0.935 9.95

0.159 1.2 0.190 1.517 0.125 0.015 47.17 2 10.52 0.396 5.79 0.666 0 -0.666 -4.158 6.25 6.25 0.209 1.2 0.250 1.617 0.155 0.015 48.85 2 7.99 0.173 3.47 0.285 0.01 -0.275 -2.329 8.47 14.72

0.259 1.2 0.310 1.717 0.181 0.015 50.13 2 6.45 0.092 2.38 0.132 0.01 -0.122 -1.088

8.89

23.61 0.309 1.2 0.370 1.817 0.204 0.015 51.14 2 5.40 0.055 1.80 0.073 0.01 -0.063 -0.581 9.20 32.80 0.359 1.2 0.430 1.917 0.224 0.015 51.97 2 4.65 0.036 1.46 0.045 0.01 -0.035 -0.336 9.52 42.32 0.409 1.2 0.490 2.017 0.243 0.015 52.66 2 4.08 0.025 1.26 0.030 0.01 -0.020 -0.203 10.06 52.38 0.428 1.2 0.513 2.055 0.250 0.015 52.90 2 3.90 0.022 1.20 0.023 0.01 -0.013 -0.055 4.11 56.49

3

表4-10 掺气水流的水深计算表

断面长度

计入

掺气的水深

不计入掺气的水深

不掺气情况下的流速

表面绝对粗糙度

不计入掺气的水力半径

L(m) ha(m) h(m) v(m/s) Δ R(m) 0

0.12 13.889 0.002

0.10

6.25 0.788 0.159 10.515 0.002 0.13 314.77 2.50 2.498 314.77 14.72 0.467 0.209

7.994 0.002 0.15 129.12 2.11 2.111 129.12 23.61 0.441 0.259 6.448 0.002 0.18 91.20 1.96 1.960 91.20 32.80 0.463 0.309 5.403 0.002 0.20 77.32 1.89 1.888 77.32 42.32 0.500 0.359 4.649 0.002 0.22 70.71 1.85 1.850 70.71 52.38 0.543 0.409 4.080 0.002 0.24 67.08 1.83 1.827 67.08 56.49 0.560 0.428 3.899 0.002

0.25 66.12

1.82

1.820

66.12

2 泄流能力计算

（1）当闸门全开时，计算放水涵洞在不同工况下的泄流能力； 放水涵洞为有压状态时，其泄流能力按有压流计算公式为：

式中：μ—流量系数；对有压流情况，流量系数受进口体形、各种局部水头损失 以及沿程水头损失的影响，可由下式计算：

式中：ζi ——各种局部水头损失系数； ∑ζ=ζ进口+ζ闸槽 =0.30+0.30=0.60 L ——放水涵洞长度；L=54.90m ，

R ——过水断面的水力半径，

C ——谢才系数。 ()

p h T g Q -=02μϖ⎪⎭

⎫

⎝⎛++=

∑

R C gL i 2211

ξμ08.5143.0012

.01161

61

=⨯==R n C