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 m

3．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/g

H ＝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＝0.800

To ＝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。

经试算得到跃后水深h2＝1.631 m

2．消力坎上水头计算：

消力坎上过流量按隆起的宽顶堰计算：

台堰高度为消力坎高度，a ＝C ＝0.800 m

矩形断面Q ＝ε×σs×M×b c×Ho3/2

式中ε——侧收缩系数，消力池中不考虑侧向收缩，取1.0；

M ——宽顶堰的第二流量系数；

b c——矩形断面消力池底部宽度，m；

σs——淹没系数，中间消力池取1.0。

试算确定进水口水深H，假定H ＝0.912 m

消力坎前的行近流速v2＝Q / ω2

＝5.400 / 4.893 ＝1.104 m

计入行近流速的进水口水深Ho ＝α×v22/2/g＋H

＝1.050×1.1042/2/9.81＋0.912 ＝0.977 m

消力坎上第二流量系数M ＝1.860

Q' ＝1×1×1.860×3.000×0.9773/2＝5.390m3/s

当H＝0.912时，计算流量Q'＝5.390≈Q＝5.400，故H＝0.912m即为所求3．消力坎高度计算：

消力坎高度C按下式计算：

C ＝σ×h2－H

式中σ——淹没安全系数，可在1.05～1.1之间取值；

h2——第二共轭水深，即跃后水深，m；

H ——消力坎上水头，不包括消力坎前行近流速在内，m；

C' ＝1.631 ×1.050 －0.912 ＝0.800 m

C'＝0.800≈C＝0.800，故C＝0.800m即为所求

4．消力池长度计算：

消力坎长度L按下式计算：

L ＝L1＋0.8L2

式中L1——水舌射流长度，m；

L2——水跃长度，m。

水舌射流长度L1按有垂直跌水的宽顶堰计算，公式如下：

L1＝1.64 ×[Ho ×（P ＋0.24 Ho）]1/2

式中Ho ——堰上总水头，m；

P ——算至消力池底的跌水高度，m。

L1＝1.64×[1.151×（2.500＋0.800＋0.24×1.151）]1/2

＝3.327 m，取L1＝3.300 m

水跃长度L2按下式计算：

当1.7 < Fr ≤9.0时：

L2＝9.5 ×h1×（F r1－1）

当9 < Fr < 16时：

L2＝h1×[8.4 ×（F r1－9）＋76]

式中F r1——跃前断面的佛汝德数，可由下式算得：

h2＝1 / 2 ×h1×[（1 ＋8F r12）1/2－1]

将h1＝0.219，h2＝1.631代入上式算得F r1＝31.468

L2＝9.5×0.219×（5.610－1）＝9.588 m

取L2＝9.500 m

L ＝3.300 ＋0.8 ×9.500 ＝10.900 m

五、第二级跌水计算

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＝0.770

To ＝Ho ＋P ＋C ＝0.977＋2.500＋0.770＝4.247 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＝0.224 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；