消力池设计

********************************************************************** 计算项目：消能工水力计算 1

********************************************************************** ---------------------------------------------------------------------- [ 消力池断面简图 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]

---------------------------------------------------------------------- [基本参数]

消能工类型:下挖式消力池

计算目标:设计尺寸

上游底部高程:396.100(m)

下游底部高程:395.000(m)

消力池首端宽度:2.400(m)

消力池末端宽度:2.400(m)

水流的动能校正系数:1.000

泄水建筑物下游收缩断面处流速系数:0.950

消力池出流流速系数:0.950

水跃淹没系数:1.050

是否计算消力池前段长度:计算

消力池前端型式:斜坡式

宽顶堰的流速系数:0.950

宽顶堰的流量系数:0.950

宽顶堰的堰顶高程:396.100(m)

自由水跃跃长计算系数:6.900

水跃长度校正系数:0.750

是否计算消力池底板的厚度:不计算

海漫长度计算系数Ks:10.000

河床土质允许不冲流速:1.000(m/s)

水位流量的组数:1

序号单宽流量上游水位下游水位

(m3/s*m) (m) (m) 1 2.410 396.492 395.600

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[ 计算过程 ]

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1、判断是否需要建消能工。

流速水头公式：

α*V^2/(2*g)，V=q/T

其中：q单宽流量(m^2/s)，T上游水头(m)，α水流动能校正系数。

计算收缩断面水深公式：

hc^3-T0*hc^2+α*q^2/(2*g*φ^2)=0

其中：hc收缩断面水深(m)，T0消力池底部以上的总水头(m)，φ流速系数。

计算跃后水深公式(矩形断面扩散渠槽自由水跃)：

hc'=hc/2*(sqrt(1+(8*α*q^2)/(g*hc^3))-1)*(b1/b2)^0.25

其中：hc'跃后水深(m)，b1消力池首端宽度(m)，b2消力池末端宽度(m)。

判断水跃型式的条件：

hc'＞ht，远离式水跃

hc'= ht，临界水跃

hc'＜ht，淹没式水跃

其中：ht下游水深(m)。

若发生远离式水跃，则需要修建消能工，否则不需要。

序号单宽流量流速水头上游总水头收缩断面水深跃后水深下游水深水

跃型式

(m^3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m)

1 2.410 1.928 3.420 0.326 1.75

2 0.600 远离水

跃

2、计算消力池池深。

计算消力池出口水面落差ΔZ公式：

ΔZ=(α*(q^2))/(2*g*(φ^2)*(ht^2))-(α*(q^2))/(2*g*(σ0^2)*(hc'^2))

计算消力池深度d公式：

d=σ0*hc'-ht-ΔZ

其中：σ0水跃淹没系数(又称为安全系数)。

序号单宽流量总水头收缩断面水深跃后水深出口断面落差消力池池深 (m^3/s*m) (m) (m) (m) (m) (m)

1 2.410 3.919 0.301 1.839 0.833 0.498

消力池深度为：0.498(m)。

3、计算池长。

自由水跃跃长Lj计算公式：

Lj=6.9*(hc'-hc)

系数6.9可以根据需要更改。

计算消能工前段长度Ls公式：

Ls=2*φ*sqrt((H0-0.5*G)*(P+0.5*G))

其中：G=2*(1-sqrt(1-m))*H0

φ流速系数，H0堰顶以上水头(m)，P从池底算起的堰高(m)，m过堰流量系数。

消力池池长计算公式：

L=Ls+β*Lj

其中：β水跃长度校正系数。

序号自由水跃跃长水跃前消能工长度消能工总长度

(m) (m) (m)

1 10.607 2.523 10.479

计算得消能工长度为：10.479(m)。

4、海漫计算。

计算海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度。

海漫长度L计算公式：

L=Ks*sqrt(qs*sqrt(ΔH))

其中：Ks海漫长度计算系数，qs消力池末端单宽流量(m^2/s)，ΔH上下游水位差(m)。

公式的适用条件是：sqrt(qs*sqrt(ΔH)=1~9。

海漫末端的河床冲刷深度dm计算公式：

dm=1.1*qm/v0-ht

其中：qm海漫末端单宽流量(m^2/s)，v0河床土质允许不冲流速(m/s)。

序号上下游水位差海漫长度海漫末端河床冲刷深度

(m) (m) (m)

1 0.89

2 15.087 2.051

计算得海漫长度为：15.087(m)。海漫末端河床形成的最大冲刷深度为：2.051(m)。