确定溢流坝断面形式和水力计算
附录C 溢流坝段设计及水力计算
不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位，库水位超过堰顶后就溢过堰顶泄向下游，这种型式结构简单、管理方便，适用洪水流量大、上游淹没损失不大的中小型工程。
坝顶表孔溢洪道优点：（1）结构简单，检查维修方便，（2）水流平顺，（3）便于排除漂浮物，不易堵塞，（4）泄流量与堰顶水头H 的3/2次，超泄潜力大。但表孔位置较高，在开始泄流时流量很小，不能及时加大泄量降低库水位。另外它不能满足排砂、放库等要求。
溢流堰泄流能力计算
基本公式： 232w
s H g B Cm Q σ= (C-1) 式中：Q —流量，m 3/s ； B —溢流堰净宽，m ；
H w —堰顶以上作用水头，H w = ?90%= g —重力加速度，m/s 2；
m —流量系数，根据P/H d ≥3时，可取m=m d =～,本设计中坝高为=, H d =H w , P/ H d ==19,取；
C —上游面为铅直时，C 取； ε—侧收缩系数； δs —淹没系数，取；
曲线型实用堰设置中墩，共2孔，每孔净宽13m 。
曲线型实用堰的侧收缩系数可由以下公式计算：
nb
H n w
k ]
)1([2.010ζζε-+?-= (C-2)
k ζ为边墩形状系数，边墩取为圆弧形，系数为；
0ζ为中墩形状系数，中墩也同样取为圆弧形，系数为。所以原式代入数
据:
H w =? s m H g B Cm Q w
s /3132.38.922697.049.0232
323=?????==εσ
有导流洞参加调洪，参加q=100m/m 3,故校核泄Q Q >=319m 3/s,满足要求。 溢流坝剖面设计
溢流坝段的堰面曲线，当设置开敞式溢流孔时可采用实用堰WES 曲线。
设计水头可以取～倍的校核水位时的堰上水头。 H d =H max ×90%=溢流堰上游曲线
堰顶o 点上游三段圆弧的半径及其水平坐标值为 X 1==×= R 1==×= R 2==×= X 2==×= R 3==×= X 3==×= 溢流堰下游曲线
O 点下游的曲线方程为
1.85
0.5d
d y x H H ????=
? ?????
（C-3）
即 ()
1.85
1.850.85
0.5 5.4
3.2x x y =?= 按上式算得的坐标值如下表C-1：
根据表中数值可绘得堰顶下游曲线OC
坡度m a =的下游直线段CD 与曲线相切于C 点。C 点坐标,c c x y 可如下求得： 对堰面曲线求一阶导数 85
.04
.585.1x d d x
y =
直线CD 的坡度为 7
.01
1=
=
a x
y m d d 故有
7
.0134.085
.0=
c x 即
m x c 4.5=
m y c 2.44
.5)6.4(85
.1==
得o 点下游曲线与直线切点的坐标为（,）。 下游消能形式的选择
查溢洪道设计规范《SL 253-2000》挑流消能可用于岩石地基的高中水头枢纽。根据实际资料，下游地质情况符合。溢洪道挑流消能设施的平面型式可采用等宽式扩散式收缩式挑流鼻坎可选用连续式差动式和各种异型鼻坎等。面流消能可用于下游尾水大于跃后水深且水位变幅不大河床及两岸在一定范围内有较高的抗冲能力或有排冰要求的枢纽，但本工程中下游水位不稳定，故不选用。消力戽或戽式消能工可用于下游水深大于跃后水深下游河床及两岸有一定抗冲能力的枢纽有排泄漂浮物要求时不宜采用消力戽下游宜设置导墙。
根据资料以及下游情况选择挑流消能，挑流消能可大大减少工程量。
反弧半径的计算
通过查天然河道水位与流量关系图，可估算出下游水位约为。工程中一般取坎底高程等于或略高于下游水位的1～2米。以坎底最低点为基准面,高程为1395m 。
h c 为校核洪水位时反弧最低点处的水深，h 为最低点到底面的高程； h c 用迭代公式计算，以坎底为基准面计算。
)
(201ci ci h E g q
h -?=
+? (C-4)
其中φ取 ，P 2=－1385=
3/1324
313s m B Q q ===
,E 0= P 2+H w -h=+－10= 解得h c =
反弧半径取4～10h ，则R 的范围是2m ～5m 之间。
反弧段流速大，反弧半径也宜选用较大值。长江科学院曾提出影响自由挑射的最小反弧半径Fr
h
R 23min =,式中h 为挑坎上的水深，Fr 为挑坎上的弗劳德数，Fr=v/gh
坎上的流速可根据水力学公式，
2
2
02?g V h E c +
=
(C-5)
代入数据得
=＋2
2
95.08.92??V
得V=28m/s 计算可知 Fr=12,R min =1m 。
实际工程反弧半径R 的取值范围，远远超过R=(4～10)h 的限度。有人根据
国内外60个工程资料，针对影响反弧半径的主要因素进行优化，提出反弧半径
的经验公式为h Fr R 23
3
2
=，计算得R=，在此取半径为14m 。
挑流消能计算
基本资料：
挑角θ=20°； 下泄流量Q=313m3/s ；
上游水位高程； 下游水位高程；
下游河床高程1385 m ； 挑坎的坎顶高程 m;
为了减小冲深，以选取15°～20°的小挑角为好，对于一般非深水河槽，可采用20°～30°。 射流挑距的计算 由公式
L =
(C-5)
式中 L ——水舌抛距，m ；
V c ——坎顶水面流速，m/s ，按鼻坎处平均流速υ 的倍计，即 V c = ν =
φ12gS （S 1为水库水位至坎顶的落差，根据几何关系，得坎顶的高程为， V c =s 。）
θ——应是射流与水平的夹角，一般取为鼻坎挑射角。
h 1 ——是坎顶垂直方向水深，单位m 。 h 2是坎顶至河床面高差，单位m 。根据几何关系，坎顶的高程为,h2为=
代入数据得
8
.9)6.1020cos 5.0(8.9220sin 5.3020cos 5.3020cos 20sin 5.30222+????+???+??=
L =83m
冲坑深度计算
由公式（岩石河床） 25.05.0··H q k t k
= (C-6)
式中： t k —水垫厚度，自水面算至坑底，m ；
q —单宽流量，m 3/（s ·m ）； H —上下游水位差，m ；
k —冲刷系数，由于坝址处基岩完整、坚硬，河流基本下切至新鲜岩面的地质情况的综合评定，k=。 由已知数据求得 h t =(1393-1385)m=8m a=（）m=
q=Q/b=313/26=12m/s 冲刷坑深度
25.05.0H q k t k ??=
=×× =10m
由《SL319-2005 混凝土重力坝设计规范》 挑流消能的安全挑距，应不影响坝趾基岩稳定。冲坑最低点距坝趾的距离应大于倍坑深。
由计算结果L=83m>×10=25m,故满足要求。
给水排水管道系统水力计算汇总
第三章给水排水管道系统水力计算基础 本章内容： 1、水头损失计算 2、无压圆管的水力计算 3、水力等效简化 本章难点：无压圆管的水力计算 第一节基本概念 一、管道内水流特征 进行水力计算前首先要进行流态的判别。判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。 对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑 紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。 二、有压流与无压流 水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流 给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。 从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多 三、恒定流与非恒定流 给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。 四、均匀流与非均匀流 液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。 对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
堰流公式
第八章 堰流及闸孔出流 水利工程中，为防洪、灌溉、航运、发电等要求，需修建溢流坝、水闸等控制水流的水工建筑物。例如，溢流坝、 水闸底槛、桥孔和无压涵洞进口等。 堰是顶部过流的水工建筑物。 图1、2中过堰水流均未受闸门控制影响 闸孔出流：过堰水流受闸门控制时，就是孔流 堰流和闸孔出流是两种不同的水流现象。它们的不同点在于堰流的水面线为一条光滑曲线且过水能力强，而孔流的闸孔上、下游水面曲线不连续且过水能力弱。它们的共同点是壅高上游水位；在重力作用下形成水流运动；明渠急变流在较短范围内流线急剧弯曲，有离心力；出流过程的能量损失主要是局部损失。 相对性： 堰流和孔流是相对的，堰流和孔流取决于闸孔相对开度，闸底坎及闸门(或胸墙) 型式以及上游来流条件（涨水或落水）。 平顶堰： e /H ≤0.65 孔 流 曲线型堰：e/H ≤ 0.75 孔 流 e/H ＞ 0.75 堰 e/H ＞0.65 堰 流 式中：e 为 闸孔开度； H 为 堰上水头 堰流及孔流是水利工程中常见的水流现象，其水力计算的主要任务是研究过水能力。它包括堰闸出流水力特性和堰闸水力计算。 图4 闸孔出流 e H H v 0 图1 堰流 b H 图2 堰流 b e 图3 堰流及闸孔出流 H
第一节堰流的分类及水力计算基本公式 一、堰流的分类 水利工程中，常根据不同建筑材料，将堰作成不同类型。例如，溢流坝常用混凝土或石料作成较厚的曲线或者折线型；实验室量水堰一般用钢板、木板作成薄堰壁。 堰外形、厚度不同，能量损失及过水能力不同。 堰前断面：堰上游水面无明显下降的0-0 断面 堰上水头：堰前断面堰顶以上的水深，用H 表示 行进流速：堰前断面的流速称为行进流速，用v0表示 堰前断面距离上游壁面的距离：L =（3～5) H 研究表明，流过堰顶的水流型态随堰坎厚度与堰顶水头之比δ/H 而变，工程上，按δ与H的大小将堰流分薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 1. 薄壁堰：δ/H＜0.67 越过堰顶的水舌形状不受堰厚影响，水舌下缘与堰顶为线接触，水面呈降落线。由于堰顶常作成锐缘形，故薄壁堰也称锐缘堰。 2. 实用堰流：0.67 ＜δ/H ＜2.5 水利工程，常将堰作成曲线型，称曲线型实用堰。堰顶加厚，水舌下缘与堰顶为面接触，水舌受堰顶约束和顶托，已影响水舌形状和堰的过流能力。折线型实用堰：水利工程，常将堰作成折线形。 3. 宽顶堰：2.5＜δ/ H＜10 宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。 水流特征：水流在进口附近的水面形成降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。 4. 明渠水流：堰坎厚度δ＞10H 0 v0 H δ 1 1 图6 曲线型实用堰 P v v H P 1 1 δ 图7 折线型实用堰 当水流接近堰顶，流线收缩，流速加大，自由表面逐渐下降 H P1 v0 1 11v1 P2 δ 图5 薄壁堰
流体力学 第五章 压力管路的水力计算资料
流体力学第五章压力管路的水力计算
第五章压力管路的水力计算 主要内容 长管水力计算 短管水力计算 串并联管路和分支管路 孔口和管嘴出流 基本概念： 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压） 注：输送气体的管路都是压力管路。 2、分类： 按管路的结构特点，分为 简单管路：等径无分支 复杂管路：串联、并联、分支 按能量比例大小，分为 长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。
第一节管路的特性曲线 一、定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。 二、特性曲线 l l L g V d L g V d l l g V d l d l g V d l g V h h h f j w + = = + = ?? ? ? ? ? + = + = + = 当 当 当 其中， 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 λ λ λ λ λ ζ （1） 把2 4 d Q A Q V π = = 代入上式得： 2 2 5 2 2 2 28 4 2 1 2 Q Q d g L d Q g d L g V d L h w α π λ π λ λ= = ? ? ? ? ? = = （2） 把上式绘成曲线得图。 第二节长管的水力计算 一、简单长管 1、定义：由许多管径相同的管子组成的长输管路，且沿程损失较大、局部损失 较小，计算时可忽略局部损失和流速水头。 2、计算公式：简单长管一般计算涉及公式 2 2 1 1 A V A V=（3） f h p z p z+ + + γ γ 2 2 1 1 ＝ （4） g V D L h f2 2 λ = （5） 说明：有时为了计算方便，h f的计算采用如下形式：
水力计算案例分析解答
案例一 年调节水库兴利调节计算 要求：根据已给资料推求兴利库容和正常蓄水位。 资料： (1) 设计代表年(P=75%)径流年内分配、综合用水过程及蒸发损失月分配列于下表1，渗漏损失以相应月库容的1%计。 (2) 水库面积曲线和库容曲线如下表2。 (3) V 死 =300万m 3。 表1 水库来、用水及蒸发资料 (P=75%) 表2 水库特性曲线 解：（1）在不考虑损失时，计算各时段的蓄水量 由上表可知为二次运用，)(646031m V 万=，)(188032m V 万=，)(117933m V 万=， )(351234m V 万=，由逆时序法推出)(42133342m V V V V 万兴=-+=。采用早蓄方案，水库月末蓄水量分别为： 32748m 、34213m 、、34213m 、33409m 、32333m 、32533m 、32704m 、33512m 、31960m 、 3714m 、034213m 经检验弃水量=余水-缺水，符合题意，水库蓄水量=水库月末蓄水量+死V ，见统计表。 （2）在考虑水量损失时，用列表法进行调节计算： 121()2V V V =+，即各时段初、末蓄水量平均值，121 ()2A A A =+，即各时段初、末水面积 平均值。查表2 水库特性曲线，由V 查出A 填写于表格，蒸发损失标准等于表一中的蒸发量。 蒸发损失水量：蒸W =蒸发标准?月平均水面面积÷1000 渗漏损失以相应月库容的1%，渗漏损失水量=月平均蓄水量?渗漏标准 损失水量总和=蒸发损失水量+渗漏损失水量 考虑水库水量损失后的用水量：损用W W M +=
多余水量与不足水量，当M W -来为正和为负时分别填入。 （3）求水库的年调节库容，根据不足水量和多余水量可以看出为两次运用且推算出兴利库容)(44623342m V V V V 万兴=-+=，)(476230044623m V 万总=+=。 （4）求各时段水库蓄水以及弃水，其计算方法与不计损失方法相同。 （5）校核：由于表内数字较多，多次运算容易出错，应检查结果是否正确。水库经过充蓄和泄放，到6月末水库兴利库容应放空，即放到死库容330m 万。V '到最后为300，满足条件。另外还需水量平衡方程 0=---∑∑∑∑弃 损 用 来 W W W W ，进行校核 010854431257914862=---，说明计算无误。 (6)计算正常蓄水位，就是总库容所对应的高程。表2 水库特性曲线，即图1-1,1-2。得到Z ～F ，Z ～V 关系。得到水位865.10m ，即为正常蓄水位。表1-3计入损失的年调节计算表见下页。 图1-2 水库Z-V 关系曲线 图1-1 水库Z-F 关系曲线
【精品】溢流坝水力计算实例
溢流坝水力计算 一、基本资料: 为了解决某区农田灌溉问题.于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉.进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m3／s；坝址处河底高程为43。50m；由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48。00m;为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B＝60m；溢流 坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15。3；坝基土壤为中砾石;河道平均底坡; = i河道实测平均糙率04 .0 00127 n. = .0 二、水力计算任务: 1．确定坝前设计洪水位；
2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算; 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程(10.4)32 02H g mB Q ?=σε计算．因式中
σε及、0H 均与d H 有关,不能直接解出d H ,故用试算法求解。 设d H ＝2.53m,则坝前水位＝48。00+2。53＝50。53m ． 按坝前水位由图15。2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2 ,又知设计洪水流量，则s m Q /5503= m g av H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08 .9203.10.12/03.1525 5502002 000=+=+==??====按设计洪水流量Q ,由图15.3查得相应坝下水位为48。17m ．下游水面超过坝顶的高度 15.0066.0586 .217.017.000.4817.480<===-=H h m h s t 下游坝高 0.274.1586 .250.450.400.4300.4801<===-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条件:故及,0.215.00 10≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据0 10H a H h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰,溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10。4查得边墩系数7.0=k ζ.则侧收缩系数 nb H n k 00])1[(2.01??ε+--=994.060 1586.27.02.01=???-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时,流量系数502.0==d m m .于是可得溢流坝流量
燃气管道水力计算
1．高压、中压燃气管道水力计算公式： Z T T d Q L P P 0 5 210 2 2 2 110 27.1ρ λ ?=- 式中：P 1 — 燃气管道起点的压力（绝对压力，kPa ）； P 2 — 燃气管道终点的压力（绝对压力，kPa ）； Q — 燃气管道的计算流量（m 3/h ）； L — 燃气管道的计算长度（km ）； d — 管道内径（mm ）； ρ — 燃气的密度（kg/m 3）；标准状态下天然气的密度一般取0.716 kg/m 3。 Ｚ — 压缩因子，燃气压力小于1.2MPa （表压）时取1； Ｔ — 设计中所采用的燃气温度（K ）； Ｔ0 — 273.15（K ）。 λ— 燃气管道的摩擦阻力系数； 其中燃气管道的摩擦阻力系数λ的计算公式： 25 .06811.0??? ? ??+ =e R d K λ K — 管道内表面的当量绝对粗糙度（mm ）；对于钢管，输送天然 气和液化石油气时取0.1mm ，输送人工煤气时取0.15mm 。 R e — 雷诺数（无量纲）。流体流动时的惯性力Fg 和粘性力(内摩擦 力)Fm 之比称为雷诺数。用符号Re 表示。层流状态，R e ≤ 2100；临界状态，R e =2100～3500；紊流状态，R e >3500。 在该公式中，燃气管道起点的压力1P ，燃气管道的计算长度L ，燃气密度ρ，燃气温度T ，压缩因子Z 为已知量，燃气管道终点的压力2P ，燃气管道的计算流量Q ，燃气管道内径d 为参量，知道其中任意两个，都可计算其中一个未知量。 如燃气管道终点的压力2P 的计算公式为： ZL T T d Q P P 0 5 210 2 1210 27.1ρ ?-= 某DN100中压输气管道长0.19km ，起点压力0.3MPa ，最大流量1060 m 3/h ，输气温度为20℃,应用此公式计算，管道末端压力2P =0.29MPa 。
拦河溢流坝水力计算实例
拦河溢流坝水力计算实例 一、一、资料和任务 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。进行水力计算的有关资料有： 1．1．设计洪水流量为550米3/秒； 2．2．坝址处河底高程为43.50米； 3．3．由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00米； 4．4．为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60米； 5．5．溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形 翼墙； 6．6．坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 7．7．坝下水位与河道流量关系曲线，见图2； 8．8．坝基土壤为中砾石； 9．9．河道平均底坡i=0.00127； 图1 图2 10.河道实测平均糙率n=0.04。 水力计算任务： 1．1．确定坝前设计洪水位； 2．2．确定坝身剖面尺寸； 3．3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．4．坝下消能计算； 5．5．坝基渗流计算； 6．6．坝上游壅水曲线计算。
二、 二、 确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为48.00米，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。 溢洪坝设计水头d H 可用堰流基本方程2 /302H g mB Q σε=计算。因式中0H ，ε及σ 均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。 设d H =2.53米，则坝前水位=48.00+2.53=50.53米，按坝前水位由图1查得河道过水断面面积A 0=525米2，又知设计洪水流量Q=550米3/秒，则 0v ＝0A Q ＝525550 ＝ 1.03米/秒 g av 220＝8.9203.10.12 ??＝0.056米 0H =d H +g av 220 =2.53+0.056 = 2.586米 按设计洪水流量Q ，图2查得相应坝下水位为48.17米。下游水位超过坝顶的高度 s h =48.17－48.00=0.17米 o s H h =586.217 .0=0.066＜0.15 下游坝高 1P =48.00—43.50=4.50米 o H P 1=586.250 .4=1.74＜2.0 因不能完全满足实用堰自由出流条件: o s H h ≤0.15及o H P 1 ≥2.0,故为实用堰淹没出流。 根据o s H h 及o H P 1 值由《水力计算手册》曲线型实用堰的淹没系数图查得σ=0.999。因溢 流坝为单孔堰，溢流孔数n=1；溢流宽度B=b=60米。按圆弧形翼墙由边墩系数表查得边墩系数ζk =0.7，则侧收缩系数 nb H n k 00] )1[(2.01ζζε+--= =1－0.2×0.7×601586 .2?=0.994 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m =d m =0.502，于是可得溢流坝流量 2 /302H g mB Q σε= =0.999×0.994×0.502×602 /3586.28.92?? =550.6米3 /秒 计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的d H 值是正确的，故取设计水头d H =2.53
实用堰水力计算
实用堰水力计算 实用堰流的水力计算 [日期:06/21/200620:09:00]来源:作者:[字 体:[url=javascript:ContentSize(16)]大 [/url][url=javascript:ContentSize(14)]中 [/url][url=javascript:ContentSize(12)]小[/url]] (一)实用堰的剖面形状 实用堰是工程中既可挡水又可泄水的水工建筑物，根据修筑的材料，实用 堰可分为两大类型:一是用当地材料修筑的中、低溢流堰，堰顶剖面常做成折线型，称为折线形实用堰。一是用混凝土修筑的中、高溢流堰，堰顶制成适合水 流情况的曲线形，称为曲线形实用堰。 曲线型实用堰又可分为真空和非真空两种剖面型式。水流溢过堰面时，堰 顶表面不出现真空现象的剖面，称为非真空剖面堰;反之，称为真空剖面堰。真空剖面堰在溢流时，溢流水舌部分脱离堰面，脱离部分的空气不断地被水流带走，压强降低，从而造成真空。由于真空现象的存在，堰面出现负压，势能减少，过堰水流的动能和流速增大，流量也相应增大，所以真空堰具有过水能力 较大的优点。但另一方面，堰面发生真空，使堰面可能受到正负压力的交替作用，造成水流不稳定。当真空达到一定程度时，堰面还可能发生气蚀而遭到破坏。所以，真空剖面堰一般较少使用。 一般曲线型实用堰的剖面系由以下几个部分组成:上游直线段，堰顶曲线段，下游直线段及反弧段，如图所示。 上游段常作成垂直的;下游直线段的坡度由堰的稳定和强度要求而定，一般取1:0.65~1:0.75;圆弧半径可根据下游堰高和设计水头由表查得。当10m时， 可采用=0.5;当9m时，近似用下式计算，式中为设计水头。在工程设计中，一 般选用=(0.75-0.95)(为相应于最高洪水位的堰顶水头)，这样可以保证在等于 或小于的大部分水头时堰面不会出现真空。当然水头大于时，堰面仍可能出现
溢流坝水力计算说明书
溢流坝水力计算说明书 项目水力计算培训报告教师:鄂作者:赵 水利工程27级溢流坝水力计算手册 基本信息见“任务说明” 1，根据明渠均匀流，根据“数据”计算绘制下游河道(1)的“水位流量”关系曲线。坝址处的河道断面为矩形断面(2)计算公式(按明渠均匀流计算，即谢才公式):v = criq = acric = R1/6a = bn x = b+2hr = 1 na x(3)计算(50年q和100年q对应的水深采用迭代法计算，即矩形断面迭代公式为:h？(nQi)3/5(b？2h)b a，迭代计算50年一次Q=1250m3/s的水h ，将已知数据代入公式(Q=1250m3/s，i=0.001，n=0.04，b=52m)得到h？(0.04？12500.001)3/5(52。？2h)3/5 52首先设定水深h01=0，并代入上述公式得到h02=7.759，然后将h02代入上述公式得到h03=8.613。用同样的方法，H04 = 8.699，H05 = 8.708，H06 = 8.709，H07 = 8.709，总而言之，最终h = 8.709 m.b .迭代方法用于计算相对于 h h = 9.395m . 的100年Q=1400m3/s，如a所示。同样的方法可用于计算和绘制“水位-流量”关系曲线
第1页 199工程水利计算培训报告指导教师:鄂作者:赵 水利工程27级河流下游水位流量关系计算表 水利工程 水力顺序谢才是流速、水深、h区、湿周长、x半径数、c v r 1 1.000 52.000 54.000 0.963 24.843 0.771 2 3 4 5 6 7 8 9流量Q 40 406.000备注50年回归100年回归谷底深度，2.000 10 4.000 56.000 1.857 27.717 1.194 124.223 407.000 3.000 156.000 58.000 2.690 29.482 1.529 238.522 408.000 4.000 22 230 2.468 898.283 412.000 8.000 416.000 68.000 6.118 33.809 2.644 1，100.077 413.000 8.709 452.868 69.418 6.524 34.174 2.760 1，250.004 413.709 10 9.9 800，000，000 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 000流量单位(m3/s)水位单位(m)水位▽ (图2) 页2 工程水力学计算实训报告教师:作者:赵(问？？MB2g)2/3 计算:1。初步估计H0可以假定ho ≈ h。由于横向收缩系数与上游作用水头有关，所以可以先假定横向收缩系数ε，然后可以得到h，然后可以检查横向收缩系数的值由于堰顶高程和水头H0未知，应根据自由流出量σ=1.0进行计算，然后再次检查。Q=1250m3/s，ε=0.90，则: 1250H0？()2/3=6.25(m)
流量与管径、力、流速之间关系计算公式
流量与管径、压力、流速的一般关系 一般工程上计算时，水管路，压力常见为0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积X流速=0.002827X管内径的平方X流速(立方米/小时)。 其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒，饱和蒸汽的公式与水相同，只是流速一般取20--40米/秒。 水头损失计算Chezy 公式 这里： Q ——断面水流量（m3/s） C ——Chezy糙率系数（m1/2/s） A ——断面面积（m2）
R ——水力半径（m） S ——水力坡度（m/m） 根据需要也可以变换为其它表示方法: Darcy-Weisbach公式 由于 这里： h f——沿程水头损失（mm3/s） f ——Darcy-Weisbach水头损失系数（无量纲） l ——管道长度（m） d ——管道内径（mm） v ——管道流速（m/s）
g ——重力加速度（m/s2） 水力计算是输配水管道设计的核心，其实质就是在保证用户水量、水压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配水管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的5~10%，因此本文主要研究、探讨管道沿程水头损失的计算方法。 1.1 管道常用沿程水头损失计算公式及适用条件 管道沿程水头损失是水流摩阻做功消耗的能量，不同的水流流态，遵循不同的规律，计算方法也不一样。输配水管道水流流态都处在紊流区，紊流区水流的阻力是水的粘滞力及水流速度与压强脉动的结果。紊流又根据阻力特征划分为水力光滑区、过渡区、粗糙区。管道沿程水头损失计算公式都有适用范围和条件，一般都以水流阻力特征区划分。 水流阻力特征区的判别方法，工程设计宜采用数值做
溢流坝水力计算实例
溢流坝水力计算实例
溢流坝水力计算 一、基本资料： 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m 3／s ；坝址处河底高程为43.50m ；由灌区 高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m ；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B ＝60m ；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙； 坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15.3；坝基土壤为中砾石；河道平均底坡;00127.0=i 河道实测平均糙率04.0=n 。
二、水力计算任务： 1．确定坝前设计洪水位； 2．确定坝身剖面尺寸； 3．绘制坝前水位与流量关系曲线； 4．坝下消能计算； 5．坝基渗流计算； 6．坝上游壅水曲线计算。 三、水力计算 1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可 确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程 (10.4)3 2 02H g mB Q ? =σε计算．因式中σε及、0 H 均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。 设d H ＝2.53m ，则坝前水位＝48.00+2.53＝ 50.53m ． 按坝前水位由图15.2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2 ，又知设计洪水流量，则 s m Q /5503 =
m g av H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08 .9203.10.12/03.1525 5502 02 000=+=+==??==== 按设计洪水流量Q ，由图15.3查得相应坝下水位为48.17m ．下游水面超过坝顶的高度 15.0066.0586 .217 .017.000.4817.480 <== =-=H h m h s t 下游坝高 0.274.1586 .250 .450.400.4300.480 1 <== =-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条 件:故及 ,0.215.001 ≥≤H a H h s 为实用堰淹没出流。 根据0 10 H a H h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系 数999.0=σ。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数7 .0=k ζ .则侧收缩系数 nb H n k 00] )1[(2.01??ε+--= 994.060 1586 .27.02.01=???-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数502 .0==d m m 。于是可得溢流坝流量
工程水力学实训指导书样本
工程水力学实训指导书 水力学教研室 -3-21
目录 一、灌溉引水系统(包括取水口及输水系统)的水力计算 (2) 二、引水式电站的引水系统的水力计算 (4) 三、水闸水力计算 (6) 四、拦河溢流坝水力计算 (7) 五、河岸溢洪道水力计算 (9) 六、段村水利枢纽水利计算 (12) 七、颖河拦河闸水力计算 (15) 八、开敞式溢洪道水力计算 (16)
工程水力学实训教学环节的目的是巩固学生对工程水力学的基本概念、基本原理和基本方法的掌握, 加深对有关公式及图表的使用范围和使用方法的理解, 加强理论联系实际及培养独立分析和解决实际问题的能力, 使学生初步了解各种水工建筑物的水力计算过程, 调动和提高学生学习专业课的积极性。 由于实际工程的多样性, 条件千变万化, 在每个具体的工程实例中, 只能选取常见而又有代表性的条件。 一、灌溉引水系统( 包括取水口及输水系统) 的水力计算 ( 一) 基本资料 为了从水库引水灌溉, 在某水库的岸边修建一取水口, 取水口后经过无压隧洞流入渠道。为控制引水流量, 取水口设有控制闸门, 控制闸门经过竖井来操作, 取水口前缘为喇叭口形, 其后为断面尺寸不变的( 矩形) 压力引水段直至门孔, 闸门后有一( 在平面上) 扩散段进入消力池, 扩散段长度为12米。从进口至闸门之间水流为有压流, 门后转为无压流。闸后有消力池, 消力池后隧洞中水流保持缓流状态, 水流出隧洞以后进入干渠。引水系统的首部纵剖面构造情况见图1-1。水库正常蓄水位为460.0米, 取水口进口高程为442.0米。根据规划, 取水口过流能力的要求是: 当水位在445.0米以上时, 取水口取水流量不低于干渠的设计流量, Q=12m3/s。取水口宽度为2米, 取水口局部水头损失系数ζ=0.1, 工作闸门及检修闸门共计局部水头损失系数ζ=0.3, 沿程水头损失系数λ=0.016。根据地形、地质条件, 选定无压隧洞的底坡i=1/ , 隧洞以浆砌条石衬砌, 糙率n=0.02, 无压隧洞的横断面形状及尺寸见图1-2, 结合施工条件确定隧洞净宽b=3.0米, 隧洞直墙高度3.5米。自消力池末算起的隧洞长度为200.0米。 二计算任务 1、按规划的过流能力要求, 闸孔全开的工作条件校核过流能 力是否满足要求。 2、绘制在不同闸门开度下, 水库水位和泄放流量的关系曲线。 不同闸门开度下的流速系数见表1-1。 3、计算经过设计流量时无压隧洞洞内水深, 校核洞内流速是 否满足抗冲要求。 图1-2 无压隧洞横
输水管道水力计算公式
输水管道水力计算公式 1．常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中 h f -----------沿程损失，m λ----------沿程阻力系数 l -----------管段长度，m d-----------管道计算内径，m g-----------重力加速度，m/s 2 C-----------谢才系数 i------------水力坡降； R-----------水力半径，m Q-----------管道流量m/s 2 v------------流速 m/s C n -----------海澄―威廉系数 其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐 采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式
3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21 λ λ+?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式，该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合，适用范围为4000 溢流坝水力计算说明书 基本资料见《任务指导书》 一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C Ri Q=AC Ri C=n 1 R 6/1 A=bn X=b+2h R= X A （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算 水深，即矩形断面迭代公式为：b h b i nQ h 5 /25 /3) 2()( += a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h 将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得： 52 )2.52() 001 .0125004.0( 5 /35 /3h h +?= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h 如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 (图一):溢流坝剖面图 下游河道水位与流量关系计算表 （表一） （图二） 二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算: 3/2)2( 0g mB Q H σε= 计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则; 3/2)8 .9285502.090.00.11250 (0??????=H =6.25(m) 2、计算实际水头H 。查课本教材8-13及8-14表得边墩形状系数为0.7，闸门形状系数为0.45，因825.60= b H <0,应按b H 0 计算。 ε=1-0.2[][]923.08 525 .645.0)15(7.02.0100)1(=???-+?-=-+nb H n k ξξ 用求得的ε近似值代入上式重新计算H 0 )(145.6)8 .9285502.0923.00.11250 (03/2m H =??????= 又因 0.10 9）4.10 3.88 单定压节点树状管网水力分析 某城市树状给水管网系统如图所示,节点(1)处为水厂清水池,向整个管网供水,管段[1]上设有泵站,其水力特性为:s p1=311、1(流量单位:m 3/S,水头单位:m),h e1=42、6,n=1、852。根据清水池高程设计,节点(1)水头为H1=7、80m,各节点流量、各管段长度与直径如图中所示,各节点地面标高见表,试进行水力分析,计算各管段流量与流速、各节点水头与自由水压。 以定压节点(1)为树根,则从离树根较远的节点逆推到离树根较近的节点的顺序就是:(10),(9),(8),(7),(6),(5),(4),(3),(2);或(9),(8),(7),(10),(6),(5),(4),(3),(2);或(5),(4),(10),(9),(8),(7),(6),(3),(2)等,按此逆推顺序求解各管段流量的过程见下表。 ,即: q 1+Q 1=0,所以,Q 1=- q 1=-93、21(L/s) 根据管段流量计算结果,计算管段流速及压降见表。计算公式与算例如下: 采用海曾威廉-公式计算(粗糙系数按旧铸铁管取C w =100) 管道摩阻系数 管段水头损失 泵站扬程按水力特性公式计算: 管段编号［1］［2］［3］［4］［5］［6］［7］［8］［9］ 管段长度(m) 600 300 150 250 450 230 190 205 650 管段直径(mm) 400 400 150 100 300 200 150 100 150 管段流量(L/s) 93、21 87、84 11、04 3、88 60、69 18、69 11、17 4、1 11、26 管段流速(m/s) 0、74 0、70 0、63 0、49 0、86 0、60 0、63 0、52 0、64 管段摩阻系数109、72 54、86 3256、05 39093、49 334、04 1229、92 4124、33 32056、66 14109、56 水头损失(m) 1、35 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 泵站扬程(m) 38、76 0 0 0 0 0 0 0 0 管段压降(m) -37、41 0、61 0、77 1、34 1、86 0、77 1、00 1、22 3、48 以定压节点(1)为树根,则从离树根较近的管段顺推到离树根较远的节点的顺序就是:［1］,［2］,［3］,［4］,［5］,［6］,［7］,［8］,［9］; 或［1］,［2］,［3］,［4］,［5］,［9］,［6］,［7］,［8］; 或［1］,［2］,［5］,［6］,［7］,［8］,［9］,［3］,［4］等,按此顺推顺序求解各定流节点节点水头的过程见下表。 步骤树枝管段号管段能量方程节点水头求解节点水头(m) 1 ［1］H 1-H 2 =h 1 H 2 =H 1 -h 1 H 2 =45、21 2 ［2］H 2-H 3 =h 2 H 3 =H 2 -h 2 H 3 =44、60 3 ［3］H 3-H 4 =h 3 H 4 =H 3 -h 3 H 4 =43、83 4 ［4］H 4-H 5 =h 4 H 5 =H 4 -h 4 H 5 =42、49 5 ［5］H 3-H 6 =h 5 H 6 =H 3 -h 5 H 6 =40、63 6 ［6］H 6-H 7 =h 6 H 7 =H 6 -h 6 H 7 =39、86 7 ［7］H 7-H 8 =h 7 H 8 =H 7 -h 7 H 8 =38、86 8 ［8］H 8-H 9 =h 8 H 9 =H 8 -h 8 H 9 =37、64 9 ［9］H 6-H 10 =h 9 H 10 =H 6 -h 9 H 10 =34、16 节点编号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 地面标高(m) 9、80 11、50 11、80 15、20 17、40 13、30 12、80 13、70 12、50 15、00 节点水头(m) 7、80 45、21 44、60 43、83 42、49 40、63 39、86 38、86 37、64 34、16 自由水头(m) —33、71 32、80 28、63 25、09 27、33 27、06 25、16 25、14 19、16 长距离输水管道水力计算公式的选用 1． 常用的水力计算公式： 供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1） 谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2） 海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852 .1852.167.10d C l Q h h f ***= （3） 式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数 其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1： 表1 各规范推荐采用的水力计算公式 4． 公式的适用范围： 3．1达西公式 达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ）公式均是 针对工业管道条件计算λ值的着名经验公式。 舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000 溢流坝水力计算说明书 工程水力计算学实训报告书指导教师：鄂军良水利工程27班赵文瑾 基本资料见《任务指导书》 一、按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面计算公式： V=CRiQ=ACRiC=R1/6 A=bn X=b+2h R= 1nA X 计算得： h 3/5(52.2h)3/5 52首先设水深h01=0,代入上式，则得h02=,再将h02代入上式得h03=,用同种方法可有：h04=,h05=,h06=,h07=,综上所述最后得h= b、用迭代法计算一百年一遇Q=1400m3/s相对 h h= 如a所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=1400m3/s 相(4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线第1页 (图一):溢流坝剖面图 工程水力计算学实训报告书指导教师：鄂军良水利工程27班赵文瑾 下游河道水位与流量关系计算表 水力序谢才系流速水深h 面积A 湿周X 半径号数C v R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 流量Q 水位▽备注50年 一遇 100年一遇槽深1, 1, 10 1, 11 1, 12 1, 13 1, 水位~流量关系曲线,0001,20XX,4001,6001,流量单位 水位单位水位▽ 第2页 工程水力计算学实训报告书指导教师：鄂军良 水利工程27班赵文瑾 二、确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面坝顶高程 的确定 a、坝上水头H0计算: H0(QmB2g)2/3 计算：1、初步估算 H0可假定HO≈H,于侧收缩系数与 上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H，再 校核侧收缩系数的值。因堰顶高程和水头H0未知，先按自 出流计算，取σ=，然后再校核。题意可知Q=1250m3/s,设ε=，则; 1250H0 2/3=(m) 582、计算实际水头H。查课本教材8-13及8-14表得边 墩形状系数为，闸门形状系数为，因Hb0<0,应按计算。ε =k(n1)01(51) nb58用求得的ε近似值代入上式重新计算H0溢流坝水力计算说明书
枝状管网水力计算
水力计算公式选用
溢流坝水力计算说明书