放水涵洞水利计算说明书

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：

Q =μ2gH 0

式中：Q ——下泄流量，为2.0m 3/s；

μ——闸孔出流流量系数，μ=ε2ϕ-ε2

取0.62；

b——闸孔宽度，为1.2m ； e——闸门开度；

H0——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 m3/s。（1）涵洞临界底坡 q =

3Q 2

==1. 67m

B 1. 2

e

其中ψ取0.95；ε2H 0

2

*1. 67h k ==0. 66

9. 8

x k =0. 66⨯2+1. 2=2. 52m

A k =0. 66⨯1. 2=0. 79m 2

R k =

0. 79

=0. 31m 2. 52

1

1C k =⨯0. 36=54. 95m

0. 015

22

=0. 0068 i k =22

0. 79⨯54. 95⨯0. 31

i

=0. 01>i k =0. 0068

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：

1

2(1++m h ) nQ ) h =(

m b 1+h b

2

25

35

oi

oitH

oi

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=eε=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

⎛v i 2⎛⎛v i 2+1⎛

h i +⎛- h i +1+⎛ ⎛ 2g ⎛⎛2g ⎛⎛⎛=i -J =

∆l

（5）波动及掺气水深计算

⎛v 2⎛

∆ h +2g ⎛⎛⎛⎛∆l

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

h 0-h v 2

lg =1. 77+0.

∆gR

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

2

3

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：

Q =μϖ2g T 0-h p 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：

μ=

1

+ξi + 2⎛ 式中：ζi ——各种局部水头损失系数；∑ζ=ζ

进口

∑

⎛2gL ⎛

⎛C R ⎛

+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。

11161C =R =⨯0. 436=51. 08 n 0. 012

4

ω——底孔过水断面面积，m 2；

ω=1. 2⨯1. 5=1. 80

T0——从底孔出口底板算起的上游水头；

hp ——隧洞出口断面水流的平均单位势能；hp=0.5*D*2=1.5, 不同工况计算结果见表1-1

表1-1 水位－涵洞下泄流量关系表

（2）当闸门局部开启时，呈闸下出流，放水涵洞的过流量可由闸孔自由出流公式计算：

Q =μBe 2g (H -εe )

式中 Q—放水涵洞不同水位下泄洪量，m 3/s；

ω—涵洞过水断面面积，m 2；

H —从闸孔底板高程算起的水库正常蓄水位下的水深， m；ε—工作闸门垂直收缩系数；

e 、B —分别为闸孔开启高度和水流收缩断面处的底宽；μ—短管有压段的流量系数，μ＝φε，φ—流速系数，取0.97； i —涵洞纵坡（i=0.01

）。闸孔出流计算结果（见表2-2～2-4）。

表2-2 有压段（校核洪水位440.29m 下泄）闸孔出流计算表

5

表2-3 有压段（设计洪水位439.20m 下泄）闸孔出流计算表

表2-4 有压段（正常蓄水位440.72m 下泄）闸孔出流计算表

6

7