跌水水力计算(水工结构版)

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跌水计算书

跌水计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、计算简图：二、基本设计资料1．依据规范及参考书目：《水闸设计规范》（SL265-2001）《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482-2011）武汉大学水利水电学院《水力计算手册》（第二版）《给水排水设计手册(第7册)城镇防洪》建筑工业出版社，以下简称《手册》《跌水与陡坎》（刘韩生等著，中国水利水电出版社）2．计算参数：跌水设计流量Q ＝5.400 m3/s；跌水级数n ＝3级上游渠底高程▽上游渠底＝100.000 m下游渠道水深h t＝1.300 m上游渠道行近流速v o＝0.000 m/s；动能修正（不均匀）系数α＝1.050消力池末端水跃安全系数σ＝1.050消力坎上第二流量系数M ＝1.860末级消力池型式：挖深式消力池进水口淹没系数σs＝1.000进水口型式：矩形缺口进水口侧向收缩系数ε＝0.900矩形缺口宽度b c＝3.000 m3．跌水消力池参数：矩形缺口计入行近流速的进水口水深Ho ＝[Q/（ε×σs×M×b c）]2/3式中ε——侧收缩系数，一般采用0.85～0.95；M ——宽顶堰的第二流量系数，取为1.62；b c——矩形缺口宽度，m；σs——进水口淹没系数，一般取1.0。

Ho ＝[5.400/（0.900×1.000×1.620×3.000）]2/3＝1.151 m进水口水深H ＝Ho－α×v o2/2/gH ＝1.151－1.050×0.0002/2/9.81 ＝1.151 m四、第一级跌水计算1．消力池共轭水深计算：该级跌水跌深P＝2.500m，采用降低渠底形成消力池，假定坎高C＝0.800To ＝Ho ＋P ＋C ＝1.151＋2.500＋0.800＝4.451 m跃前水深h1可由下式确定：To ＝h1＋Q2 / （2 g φ2 ω12）式中φ——跃前断面流速系数，与跌水壁高度有关，可由《手册》表8.6查得；ω1——跃前断面水流面积，m2；经试算得到跃前水深h1＝0.219 m跃后水深h2可由平底沟渠上水跃基本方程试算得到：αo×Q2/g/ω1＋y1×ω1＝αo×Q2/g/ω2＋y2×ω2式中αo ——动能修正（不均匀）系数，取值在1.0～1.1之间；ω1——跃前断面水流面积，m2；y1——跃前水流断面重心离水面的深度，m；ω2——跃后断面水流面积，m2；y2——跃后水流断面重心离水面的深度，m。

灌区建筑物的水力计算与结构计算

灌区建筑物的水力计算与结构计算是确保灌区建筑物运行安全和有效的重要工作。

下面简要介绍一下这两个方面的主要内容：
1. 水力计算：
水力计算主要涉及到水流、水压和水位等参数的计算，以确定灌区建筑物所需的水力条件和设计要求。

主要的水力计算内容包括以下几个方面：
-流量计算：根据实际需求和设计标准，计算出灌区建筑物所需的流量，包括进、出水口的流量计算。

-水头计算：根据建筑物的位置、高度差等参数，计算出灌区建筑物所需要的水头，以满足正常运行和灌溉要求。

-水力损失计算：计算水流通过建筑物时的摩擦阻力、弯头、管道长度等造成的水力损失，以评估系统的能效和水压变化。

-水泵选型和性能计算：根据实际工程需求，选择合适的水泵，并进行性能计算，包括扬程、流量、功率等参数的计算。

2. 结构计算：
结构计算主要是对灌区建筑物的结构安全性进行评估
和设计，确保其能够承受水力荷载和其他外部荷载。

主要的结构计算内容包括以下几个方面：
-荷载计算：根据相关标准和规范，计算出灌区建筑物所需要承受的水力荷载、风荷载、地震荷载等，并进行荷载组合计算。

-结构设计：根据荷载计算结果，选择合适的结构形式（如框架结构、钢结构、混凝土结构等）并进行结构设计，包括梁、柱、墙体等的尺寸和布置。

-基础设计：设计灌区建筑物的基础结构，确保其稳定性和承载能力，包括地基承载力计算、基础形式选择、基础尺寸设计等。

以上是灌区建筑物水力计算与结构计算的一般内容，具体的计算方法和设计要求会根据具体的工程项目和相关标准来确定。

在实际工程中，通常需要由专业工程师进行详细的计算和设计，并遵循相关的国家或地方的规范和标准，以确保设计的安全性和可靠性。

跌水与陡坡

或 Qeb 2gH
对平底弧形闸门泄流，
在 2 5 9 0,0e/H 0 .6 5 范围内，可用下述经验公式：
= （ 0 .9 7 -0 .8 1） -（ 0 .5 6 -0 .8 1） e
1 8 0
1 8 0H
3）平底胸墙孔口泄流计算
Qab 2gH0,a为孔口高度，b为孔口总净宽。
求 T 1 和 T 2：
T1
Q1 3
M 1 H 1 2 2.099
T2
Q2 3
M 2 H 2 2 2.099
6.8
1.521 3.1
0.985
3 1.727
2
3 1.511
2
求 b c 和n c： L 1 5.5m 3 1.79m
5.37m
将T1、T2、H1、H2 代入公式：
扭曲面连接：
在上游渠道边坡系数 m 1 ~ 2 、缺口边坡系数 nc 0.25 ~ 1.00
连接段长度 L1 3H max (H max 为上游渠道最大水深) 的条件下：
M
2.25
- 0.15
b平均 H
，
b平均 bc 0.8n c H
八字墙链接：
在上游渠道边坡系数 m 1 ~ 2、缺口边坡系数 nc 0.4 ~ 0.9
Ki
0 .0 1- i2 0.352.652i
0.953i2, 为陡坡坡度
适用范围i： 2 1~0.005
对于一般工程：取hk（临界水深）作为控制断面水深。
二、落差较小的陡坡水力计算
设计目的：推求陡坡末端的跃前水深，作为考虑衬砌材料和消能工设计计算的依据。
缺口下泄水流按自由跌落水流计算（ i2 ik ）：

跌坎式底流消能工的消能机理与水力计算

２ｏｓｕｔｎａｄＡｍｎｓａｉｕｅｕｏＳｕｈｔ—ｏｔＷａｒｉｒｉｉｄｅＲｏｔＰｏｅｔｅｉｇ１０５，Ｃｉபைடு நூலகம் ．ＣｎｔｃｏｄｉｉｒｔｎＢｒａｆｏｔ・ＮｒｔｖｓｏＭｄｌｒｕｒｊｃ，Ｂｉｎ００３ｈ）ｒｉｎｔｏｏｈｅＤｅｎｅｊｎ
ｎｎｔｉｕｏｔｃｃｌｏｆｍｕａｏｔｔｉｕｉｄｎｂｉｅ．ｕｔｒｒｔｅｄａｌａｕａｄｔｅｅｘｍｍｖｌｉａｕａｉｒｌｆｅｅｄｆｓｎｍｉｅｌｅｉｏｔｎｄＦｒｅｏ，ｈｙｒｕｉｃｃ — ｈｈｍａｅｃｙｌｔｎｏｒｊｈｏｌｄｉｓａｈｍｅｈｃｌ
ｌｎｒｄｓｉｔｒａｄｔｅｍｅｈｎｓｔｏｅｅｏｉｎａｈｏｔｆｗｅｅｇｉｓａｅｎｈｃａｉｍｏｌｗｒｔｅｖｌｃｔｅｒｔｅｂｔｍｌｂｏｅｅｅｇｉｉａｏｙｎｌｚｄｈｒｉｏｙｐｈｙｏｓｆｈｎｒｄｓｐｔｒａｅａａｙｅｅｅｎ，ａｔｙｓ
ｂｆｅｂｓｎｒ￣ｕｈｔｅｔｓｏｃｒｅ，ｉｓｏａｅｆｒｌｓｒａｏａｌｄｉｌｙａｉｆｒｔｅｄｓｇｆｈａｌｇａｌａｉ．ｈｏｓｈｅｔｃｎｅｎｄｔｈｗｓｔｔｏｍｕａｉｅｎｅａｔａｓａｂｓｏｅｉｎｏｅｆｉ — ｈｔｈｓｂｎｓｈｔｌｎ

水工结构计算力学

1重力坝渐进破坏过程模拟方法⑴超载法超载法主要考虑作用荷载的不确定性，以此研究结构承受超载作用的能力该方法较直观，便于在结构物理模型试验中采用，从而使数值模拟与物理模拟结果相互印证，且积累了较多的工程经验。

但要使结构达到最终整体失稳的极限状态，其相应的超载系数是很大的，而实际上结构的这种荷载状态几乎是不可能出现的，故这种方法求得的超载系数只是结构安全度的一个表征指标超载法认为，作用在坝上的外荷载由于某些特殊原因有可能超过设计荷载，超过的总荷载与设计总荷载之比称为超载系数用逐渐增加超载系数研究坝从局部到整体破坏的渐进破坏过程的方法，称为超载法。

超载法分为超水容重Kγ(三角形超载)和超水位KH(矩形超载)两种方法⑵强度储备系数法主要考虑材料强度的不确定性和可能的弱化效应，以此研究结构在设计上的强度储备程度。

天然岩体由于成因和结构构造运动其不均匀性非常明显，节理、裂隙和断层发育且分布规律复杂，很难准确地把握其工程尺度范围内的物理力学性能，各局部材料参数相差数倍是完全可能的，因此强度储备系数法从这种意义上能较真实地反映结构破坏的实质和可能的失稳模式。

但这种方法目前工程应用经验积累还显不足强度储备系数法用降低强度参数的方法，研究大坝失稳的渐进破坏过程，如令K表示强度储备系数，K为大于1.0的值，f、c为实际的抗剪强度参数，降强度就是用f／K、c／K代替f、c值进行计算，随着K值的逐渐增大，可以求出大坝从局部破坏到全部破坏的破坏全过程，所算得的整体破坏时的K值的大小也能反映大坝安全的程度。

强度储备系数法包括对f、c 值采用等比例降强度和不等比例降强度（等保证率）两种方法2重力坝整体稳定安全度判据1 从有限元平衡方程来看，即在某一定的荷载条件下，结构的变位趋于无穷，所以可以通过有限元计算中迭代出现不收敛或者坝体坝基系统的某些特征点位移发生突变来判别系统是否达到其极限承载力，而此时的强度储备系数或超载系数就可以表征系统的最终整体安全度2 从结构整体安全角度来看，如果坝体坝基系统在一定的荷载条件下其破坏区域渐进发展以致使其形成某种滑动模式，即此时系统已达到其极限承载力因此在非线性有限元计算中，可通过考察坝体坝基系统的塑性屈服区（破坏区域）是否贯通来判别系统是否达到其极限承载力，此时的强度储备系数或超载系数也可以用来表征系统的最终安全度3结构能量法认为，在非线性有限元超载法和强度储备系数法具体计算过程中，如果本次计算能够迭代收敛，说明这一系统能够达到平衡，结构能够产生一内力系与外力保持平衡，系统总势能的一阶变分为零，总势能保持最小。

水工结构的计算分析与优化研究

水工结构的计算分析与优化研究近年来，随着城市化进程的加快和大规模的水利工程建设，水工结构的计算分析与优化研究已受到越来越多的关注。

水工结构是指建造在水上或水下的各种人工建筑物，它们对于水文、水资源和水环境的管理起到了至关重要的作用。

而水工结构计算分析的主要目的，就是为了保证水工结构的安全性能，从而保障水力工程的正常运行和使用效果。

下面，本文将重点探讨水工结构的计算分析及其优化研究。

一、水工结构的计算分析1. 强度分析前置知识：强度学、受力、材料力学等水工结构在其生命周期内，受到了各种不同的内外力作用，为了确保水工结构的安全性能，需要对其受力情况进行详细的分析。

基于力学原理和材料力学理论，可以对水工结构进行强度分析，了解其在受力条件下的受力情况和强度状况。

例如，在水利工程中广泛使用的混凝土结构，会在其施工期、使用期、旧化期和维护期等不同时间段内受到不同程度的荷载作用。

强度分析可以分析混凝土结构在不同荷载的作用下的强度表现，判断结构的承载能力等性能指标。

2. 稳定性分析前置知识：结构力学、稳定学等水工结构的稳定性分析是为了评价结构在不同条件下的抵抗能力，包括整体、局部稳定等方面的考虑。

例如，对于堤防、大坝等结构，必须对其整体稳定性进行水平和垂直方向的分析，以确保在洪水、地震等自然灾害时保持结构的完整性和稳定性。

3. 考虑材料损伤的分析前置知识：损伤力学、材料力学等水工结构在使用和维护过程中，难免会受到不同程度的损伤和破坏，而材料的损伤对于它的力学特性和性能表现有很大影响。

因此，必须进行材料损伤分析，了解结构材料的损伤程度、破坏机理等因素。

常用的材料损伤分析方法包括弹塑性损伤模型、连续损伤模型、耗散滞后模型等。

二、水工结构的优化研究1. 结构设计优化基于前述的水工结构计算分析，可以通过优化结构设计来提升结构的稳定性和耐久性。

结构设计优化需要充分考虑结构、材料、施工、使用等多方面的影响因素，以最大化地优化结构效能指标。

水工常用公式

1水工常用公式1、明渠均匀流计算公式:Q=A v =AC Ri2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流）Q = ； bhj2gZ 。

z£ b h© 3、倒虹吸计算公式：Q=mA 2gz（m 3/ 秒）4、跌水计算公式:跌水水力计算公式：Q = mB 2gH 3/2, 式中：—侧收缩系数，矩形进口尸0.85〜0.95;,B —进口宽度（米）；m —流量系数5、流量计算公式：Q=Aw式中Q 通过某一断面的流量，m / s ；v ---- 通过该断面的流速，n / hA ――过水断面的面积，m 。

6溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道3（1）淹没出流：Q= £（7 MB H3二侧向收缩系数X 淹没系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深2C=1R y （一般计算公式）nC= -R® （称曼宁公式）n:渡槽进口的水位降（进出口水位差）:渡槽进口侧向收缩系数，一般£ = 0.8〜0.9:渡槽的宽度（米） :渡槽的过水深度（米）:流速系数 ©二0.8〜0.9542(2)实用堰出流：Q=£ MB HT3=侧向收缩系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深 2) 进口装有闸门控制的溢洪道 (1) 开敞式溢洪道。

3Q = &(T MB H3二侧向收缩系数X 淹没系数X 流量系数X 溢洪道堰顶泄流长度X 溢洪水深 2(2) 孔口自由出流计算公式为Q=Mb . H二堰顶闸门自由式孔流的流量系数X 闸孔过水断面面积X 、H 其中：3 =be7、放水涵管(洞)出流计算 1) 、无压管流Q=u A 2gH o=流量系数X 放水孔口断面面积X . 2gH 02) 、有压管流Q=卩 A 2gHo=流量系数X 放水孔口断面面积X , 2gH 08、测流堰的流量计算一一薄壁堰测流的计算 1)三角形薄壁测流堰，其中90°,即5自由出流： 2 47Q= 1.4H 2或 Q = 1.343H .(2-15) 淹没出流：5Q=( 1.4H 2 ) (T(2-16) 淹没系数：° =* 0.756-(虹-0.13)2+0.145 (2-17)2)梯形薄壁测流堰，其中B 应满足tan 9 =丄，以及b > 3H,即3 33自由出流： Q = 0.42b 2g H 2 = 1.86bH^(2-18) 淹没出流：3Q=( 1.86bH 2) (T (2-19) 淹没系数:。

跌水

2 跌水的布置
跌水构造上游进口连接段进口控制段消力池下游出口段
2.1 单级跌水
单级跌水是根据渠道通过的地形状况，只作一次跌落的跌水。单级跌水的落差一般为3～5m
（1）进口连接段
进口连接段是将上游渠道与跌水进口控制段渐变相接的过渡段。其作用在于平稳均匀地引导上游渠道水流进入跌水控制堰口，以减少进口水头损失，并给跌水泄流创造良好条件。常见进口连接段的形式有扭曲面、八字墙、横隔墙和圆锥式。如下图所示：
（4）下游出口段
为了使消力池中紊动水流
能够较平顺地过渡到下游正
常渠道，在消力池和下游渠道之间须设置一定长度的连
接段和整流护砌段以调整流
速、平顺流态，减小下游渠道的冲刷。
出口段形式
200
1 1:
A
B3 400
1:0.25
B
500
B1
B2
C1
B4
C2
200
500
A
单级跌水纵剖面图
B
2.2 多级跌水
（d）复式缺口
（3）消力池
消力池的横断面形式一般为矩形、梯形和复式（上部为梯形，下部为矩形），见下图。消力池断面选取原则为： 1）复式缺口优先选用复式断面； 2）若不用复式缺口，则以矩形断面消力池为宜；
3）高寒地区，仍以矩形断面消力池为宜。
消力池尺寸由水力计算决定，在一般情况下其底板衬砌厚度，根据实践经验，可取0.4～0.8m。
1—防渗铺盖；2—进口连接段；3—跌水墙；4—跌水护底；5—消力池；6—侧墙；7—泄水孔；8—排水管； 9—反滤体；10—出口连接段；11—出口整流段；12— 集水井
3 跌水的消能设施
跌水常用的消能工有消力坎、消力墩（齿）和齿坎综合消能工。消力坎一般加于池末，为方便施工，多为连续式，其高度计算见综合消力池。对于无推移质撞击和磨损的渠道跌水，为提高消能整流效果，亦可采用差动式齿坎。当消力池深度较小，水跃有越出池外趋势时；或水舌入水宽度较小，在池中形成折冲水流且引起下游水位的剧烈波动时，可在池中加设消力墩（齿）以增加效能效果，稳定水跃位置，使出池水流更加平稳。消力墩（齿）多为梯形，加设于消力池的前半部分底板上。其尺寸可如下选取。墩高：a=(0.95~1.2)h1 墩宽：S=墩间距S0=(0.85~1.0)a 纵向位置：位于设计流量水舌跌落位置以后（0.5～1.5）h1处。式中：h1为跃前断面水深

格栅式跌水设计的关键点探讨

水流在经过格栅时，垂直跌落，被删条分割成条片状，使流速的水平分量趋近于零，水流由集中变为分散，减弱了水流的冲击力。

另外，在下落的过程中大量掺气，相互交错、碰撞，水质点间的相互碰撞、掺混产生强烈的紊动，消能率可达95%以上。

之后在下游形成缓流衔接，消除了因低佛汝德数水流产生的水面波动，使出池后的水面平稳，下游渠道冲刷轻微。

格栅式跌水根据栅条的布置方向，可以分为横向格栅和纵向格栅。

横向格栅的删条垂直水流方向布置，纵向格栅的删条平行水流方向布置。

纵向式格栅的水流可将柴草、浮冰等漂浮物沿栅条推向下游，不易堵塞，且过流能力大，但是消能效果较横向筛网差。

1工程概况库玛拉克河东岸总干渠工程（以下简称库河东岸总干渠）位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县境内，起于协和拉引水枢纽，止于吐木秀克分水闸，担负为温宿县东岸的托乎拉克灌区、协合拉灌区、赛里木灌区、革命大渠灌区，台兰河灌区的一部分及西岸的恰合拉克灌区供水的任务，同时兼顾向塔尕克一、二级电站输水，全长32.943km 。

工程规模为Ⅱ等大（2）型，设计流量Q 设=75m 3/s ，加大流量Q 加=87m 3/s 。

渠道的衬砌型式有三种：底板浆砌卵石，边坡现浇砼板；全断面砼板衬砌；干砌卵石衬砌。

地势北高南低，地面平均纵坡1/130～1/3000左右，地层岩性主要为沙卵石层。

渠道沿地形设计，渠道纵坡1/310～1/2100，设计流速1.74m/s ～2.99m/s 。

由于地形纵坡较陡，共修建了调坡建筑物24座，其中格栅式跌水4座。

本文仅以桩号24+688处跌水为例介绍。

2格栅式跌水的设计本跌水位于桩号24+688处，跌差4.5m 。

上、下段渠道设计参数详见表1。

格栅式跌水的水力计算分为三个部分：进口衔接段、筛网计算、消力池设计。

2.1设计流量的确定Q d 的计算方法如下：选取多个流量分别求出其相应的跃后水深h 2，并用它和下游水深h 下比较，则（h 2-h 下）的最大值对应的流量即为设计流量。

跌水井计算书

跌水井计算书执行规范:《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011), 本文简称《地基规范》《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012), 本文简称《荷载规范》《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB 50069-2002), 本文简称《给排水结构规范》《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》(CECS 138-2002), 本文简称《水池结构规程》钢筋：d - HPB300; D - HRB335; E - HRB400; F - RRB400; G - HRB500; P - HRBF335; Q - HRBF400; R - HRBF500-----------------------------------------------------------------------1 基本资料1.1 几何信息水池类型: 有顶盖全地下长度L=3.500m, 宽度B=3.000m, 高度H=13.750m, 底板底标高=-14.500m池底厚h3=600mm, 池壁厚t1=500mm, 池顶板厚h1=400mm,底板外挑长度t2=500mm注：地面标高为±0.000。

(平面图) (剖面图)1.2 土水信息土天然重度18.00 kN/m3 , 土饱和重度20.00kN/m3, 土内摩擦角30度修正后的地基承载力特征值fa=300.00kPa地下水位标高-1.000m,池内水深12.500m, 池内水重度10.00kN/m3,浮托力折减系数1.00, 抗浮安全系数Kf=1.051.3 荷载信息活荷载: 地面0.00kN/m2, 组合值系数1.00恒荷载分项系数: 水池自重1.20, 其它1.27活荷载分项系数: 地下水压1.27, 其它1.27活载调整系数: 地下水压1.00, 其它1.40活荷载准永久值系数: 顶板0.40, 地面0.40, 地下水1.00, 温湿度1.00考虑温湿度作用: 池内外温差20.0度, 弯矩折减系数0.65, 砼线膨胀系数1.00(10-5/°C) 1.4 钢筋砼信息混凝土: 等级C30, 重度25.00kN/m3, 泊松比0.20纵筋保护层厚度(mm): 顶板(上50,下50), 池壁(内50,外50), 底板(上50,下50)钢筋级别: HRB400, 裂缝宽度限值: 0.16mm, 配筋调整系数: 1.00按裂缝控制配筋计算构造配筋采用混凝土规范GB50010-20102 计算内容(1) 地基承载力验算(2) 抗浮验算(3) 荷载计算(4) 内力(考虑温度作用)计算(5) 配筋计算(6) 裂缝验算(7) 混凝土工程量计算3 计算过程及结果单位说明: 弯矩:kN.m/m 钢筋面积:mm2裂缝宽度:mm计算说明：双向板计算按查表恒荷载:水池结构自重,土的竖向及侧向压力,内部盛水压力.活荷载:顶板活荷载,地面活荷载,地下水压力,温湿度变化作用.裂缝宽度计算按长期效应的准永久组合.3.1 地基承载力验算3.1.1 基底压力计算(1)水池自重Gc计算顶板自重G1=105.00 kN池壁自重G2=1753.13kN底板自重G3=270.00kN水池结构自重Gc=G1+G2+G3=2128.13 kN(2)池内水重Gw计算池内水重Gw=625.00 kN(3)覆土重量计算池顶覆土重量Gt1=141.75 kN池顶地下水重量Gs1= 0 kN底板外挑覆土重量Gt2= 1102.50 kN底板外挑地下水重量Gs2= 967.50 kN基底以上的覆盖土总重量Gt = Gt1 + Gt2 = 1244.25 kN基底以上的地下水总重量Gs = Gs1 + Gs2 = 967.50 kN(4)活荷载作用Gh池顶活荷载Gh=0.00 kN(5)基底压力Pk基底面积: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=4.500×4.000 = 18.00 m2基底压强: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A=(2128.13+625.00+1244.25+967.50+0.00)/18.000= 275.83 kN/m2 3.1.2 结论: Pk=275.83 < fa=300.00 kPa, 地基承载力满足要求。

以某工程改进型跌水消能池为例计算分析排水管道的跌水消能构筑物设计

以某工程改进型跌水消能池为例计算分析排水管道的跌水消能构筑物设计摘要：以某工程改进型跌水消能池（跌水10米）为例，计算分析水力消能池的设计计算方法及参数确定。

本次设计消能不同于传统的跌水超过5米的多级消能方式，而是采用消能格栅、消力坎等辅助设施，通过进口渠、消能格栅、水舌、水跃、消力坎等计算设计，将排水渠道排出的高位水、急流水转变为低位水、缓流水，以消除势能、动能的消能方式，以节约占地，降低成本。

本次计算参照《水力计算手册（第二版）》中第五篇渠系建筑物的水力计算的第二章落差建筑物第二节跌水。

关键词：消能格栅；消能池；水舌；水跃；消力坎。

Key words: stilling grid；plunge?pool；water jet；water jump; energy dissipation sill。

引言在落差大的排水或者泄洪等水流管线中，要考虑在自身结构中消除水流挟带的能量。

消能机理主要表现在掺气水流从高处进口渠跌入消能池中上、下翻滚,相互冲撞消能。

跌水就是用于落差集中处，根据落差大小，跌水可做成单级或多级。

在落差较小的情况下，一般3~5m的落差时，采用单级跌水。

单级跌水由4部分组成：①进口；②跌水墙；③消力池④出口。

落差在5 米以上时，一般采用多级跌水，多级跌水的结构与单级跌水相似。

多级跌水的进口和最末一级消能出口的水力计算与单级跌水相同，其中间各级的上级跌水消力池的末端，即下一级跌水的进口。

市政排水项目中，受地下空间限制和费用成本控制的影响，在较大跌水时无法采用多级跌水的形式，因此针对该情况提出了大跌水中的改进型跌水消能池。

作用1、消能池能将大部分能量在跌水过程中于管线或构筑物内消除，下游的出口处不会对河床造成危害，保护河岸，减少河岸加固的费用。

2、排水管线内的消能池可以避免在泄水构筑内发生空蚀破坏，减少水压对管道壁的冲击，增长管道使用寿命。

3、在较小空间和较短距离内，安全地泄散管道内势能与动能，使上游水流与下游水流获得妥善衔接。

跌水水力计算(水工结构版)

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矩形断面多级跌水水力计算
h01/q2/3=
0.278
h02/q2/3= h02=
0.728 3.320 m
h01= 1.268 m h02>ht,采用降低渠底形成消力池初步确定消力池深d3: d 3= σh02-Ht= 0.286 采用消力池深度d3＝ 0.500 m 验算第三级消力池的深度： T'03=P3+H02+d3= 5.516 m q2/3/T'03＝
消力池中收缩断面的流速v1: 消力槛顶的流速V2: (M2q)1/3= 壅高水跃的第二共轭水深h'02: V 2= h'02=
((h'01)2+0.205q(V 1-V2))1/2= q/h'02=
2 02/2g
v'02=
2.631 = 2.645 1.242
H'1= H01-αv'
C'1= σh'02- H'1= C1≈C'1,采用C1＝ 1.20 m 第一级消力池长度计算： Lc1=L1+0.8L 2 L1=1.64(H 0(P+d+0.24H 0))1/2＝ F r=
m
0.827 并根据φ＝ 0.90 查附录20得： 0.255 h'01/q2/3= h'02/q2/3= h'01= V 1= 1.163 q/h'01= 8.374 3.230 3.410 0.380 m h'02= m/s m/s m m
0.775 3.535
消力池中收缩断面的流速v1: 消力槛顶的流速v2： (M2q)1/3= 壅高水跃的第二共轭水深h'02: V 2= h'02=((h' 01)2+0.205q(V 1-V2))1/2= d3= σh'02- Ht= 采用消力池深度d3＝ 0.500 第三级消力池长度计算： Lc3=L1+0.8L 2 L1=1.64(H 02(P+d+0.24H 02))1/2＝ Fr=v1/(gh' 01) = 根据1.7<Fr≤9时， L2=9.5h'01(Fr-1)= LC3=L1+0.8L 2= 采用LC3＝ 18.000 m

终端自由跌水的长天沟水力计算

终端自由跌水的长天沟水力计算
长天沟是国家重点综合治理地区之一，位于黑龙江省齐齐哈尔市境内。

长天沟位于海拔较高，缺水情况严重，沟内水温太低，水的流动特性和水力学特性复杂，因此，计算其终端自由跌水的水力是非常必要的。

本文针对长天沟的治理，采用传统的水力方法和统计学方法，进行终端自由跌水水力计算，为沟内水资源开发提供参考。

首先，综合调查收集长天沟河床及水体特征数据。

根据河床高低起伏，河段总长度分为短段、中段和长段，并完成其水体特征的检测和测量。

其次，采用水力模型，建立终端自由跌水的水力模型。

根据河床的高低变化和水体的水力特性，将其划分为不同的流速区域，并采用适当的水力公式进行计算。

最终，通过传统的水文测量和统计学方法，对河道水力进行计算，得出终端自由跌水的水力值。

经过多次计算，最终计算出长天沟水深最大比值为2.12，采用独特的形态变化，河道的水力学特性好，河道的最小流阻抗比大。

这表明，长天沟河流拥有较高的水力发电性能，有利于利用水力发电资源，为治理长天沟提供参考。

总之，本文采用了水力学模型和统计学方法，对长天沟终端自由跌水水力做出了详细的计算，可为此区域水资源和水力发电服务。

同时，本文也可以为类似河流的研究提供参考价值。

- 1 -。

第七节渠系建筑物-跌水与陡坡

第七节渠系建筑物-跌水与陡坡一、落差建筑物的类型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。

●落差建筑物有跌水、陡坡、斜管式跌水和跌井式跌水等四种。

其中跌水和陡坡应用最广。

●落差建筑物的设计，除满足强度和稳定要求外，水力设计是重要内容。

布置时应使进口前渠道水流不出现较大的水面降落和雍高，以免上游渠道产生冲刷或淤积，出口处必须设置消能防冲设施，避免下游渠道的冲刷。

二、跌水跌水有单级跌水和多级跌水两种形式，二者构造基本相同。

一般单级跌水的跌差小于3～5米，超过此值时宜采用多级跌水。

（一）单级跌水单级跌水常由进口连接段、跌水口、消力池和出口连接段所组成。

1．进口连接段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。

其型式有扭曲面、八字墙、圆锥形等。

扭曲面翼墙较好，水流收缩平顺，水头损失小，是常用型式。

连接段长度L与上游渠底宽B和水深H的比值有关，B/H越大L越长。

2．跌水口跌水口又称控制缺口，是设计跌水和陡坡的关键。

为使上游渠道水面在各种流量下不产生雍高和降落，常将跌水口缩窄，减少水流的过水断面，以保持上游渠道的正常水深。

跌水缺口的形式有矩形、梯形和底部加抬堰等形式。

3．跌水墙跌水墙有直墙和倾斜面两种。

多采用重力式挡土墙。

由于跌水墙插入两岸，其两侧有侧墙支撑，稳定性较好，设计时常按重力式挡土墙设计，但考虑到侧墙的支撑作用，也可按梁板结构计算。

为防止上游渠道渗漏而引起跌水下游的地下水位抬高，减小渗流对消力池底板等的渗透压力，应作好防渗排水设施。

4．消力池跌水墙下设消力池，使下泄水流形成水跃，以消减水流能量。

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。

5．出口连接段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。

竖井式跌水水力计算的探讨

竖井式跌水水力计算的探讨
谭志伟
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2008()2
【摘要】竖井式跌水是消能与抗冻相结合的新型结构形式,针对该结构形式在运用中出现的问题,分析了原因,并提出了解决问题的措施。

同时,介绍了竖井式跌水水力设计方法、原则和步骤。

【总页数】4页(P92-94)
【关键词】竖井式跌水;泄流能力;水力计算
【作者】谭志伟
【作者单位】黑龙江大学水利电力学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV672.4
【相关文献】
1.一种方型竖井式跌水的应用探讨 [J], 张爱民;耿金荣;刘雅香;徐云伟
2.溢洪道差动式挑坎水力特性分析和计算探讨 [J], 黄智敏;付波;陈卓英;钟勇明
3.竖井式跌水的水力计算 [J], 梁桢堂;韩梅
4.竖井式跌水消能工水力计算研究综述 [J], 韩梅;韩松;王志明;
5.旋转式竖井溢洪道水力计算的解析法 [J], 沃.,Бв;杨清
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跌水专项施工方案

目录一、工程概况 ............................................................................... - 1 -二、技术准备 ............................................................................... - 3 -三、施工准备 ............................................................................... - 3 -四、施工顺序 ............................................................................... - 4 -五、施工方法 ............................................................................... - 5 -五、施工质量保证措施 ............................................................. - 13 -六、安全保证体系 ..................................................................... - 14 -七、环境保护与水土保护：...................................................... - 17 -八、文明施工： ......................................................................... - 19 -跌水专项施工方案一、工程概况1、工程概况调蓄湖位于兰州新区南绕城高速公路以南约0.7km处，湖区蓄水区域因水阜河沟道地形及纵坡限制，程南北向条形布置，南北长约 1.1km，东西平均宽0.21km左右，总占地面积378亩。

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