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。

经试算得到跃后水深h2＝1.631 m2．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 ＝1.860Q' ＝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 mC'＝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＝31.468L2＝9.5×0.219×（5.610－1）＝9.588 m取L2＝9.500 mL ＝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＝0.770To ＝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；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＝1.609 m2．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 ＝0.770 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 ＝0.911 m消力坎前的行近流速v2＝Q / ω2＝5.400 / 4.827 ＝1.119 m计入行近流速的进水口水深Ho ＝α×v22/2/g＋H＝1.050×1.1192/2/9.81＋0.911 ＝0.978 m消力坎上第二流量系数M ＝1.860Q' ＝1×1×1.860×3.000×0.9783/2＝5.397m3/s当H＝0.911时，计算流量Q'＝5.397≈Q＝5.400，故H＝0.911m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' ＝1.609 ×1.050 －0.911 ＝0.778 mC'＝0.778≈C＝0.770，故C＝0.770m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×[0.977×（2.500＋0.770＋0.24×0.977）]1/2＝3.035 m，取L1＝3.000 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＝0.224，h2＝1.609代入上式算得F r1＝29.400L2＝9.5×0.224×（5.422－1）＝9.408 m取L2＝9.400 mL ＝3.000 ＋0.8 ×9.400 ＝10.520 m六、最后一级跌水计算末级跌水跌深P＝2.500m，采用挖深式消力池，假定池深d＝0.340m 1．消力池共轭水深计算：To ＝Ho ＋P ＋d ＝0.978＋2.500＋0.340＝3.818 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＝0.234 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 ——水流流速系数，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＝1.568 m2．消力池深计算：消力池深度d按下式计算：d ＝σ×h2－h t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 t——下游水深，m；d' ＝1.568 ×1.050 －1.300 ＝0.346 md'＝0.346≈d＝0.340，故d＝0.340m即为所求3．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。