水工模型实验设计计算说明书

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水工模型实验设计计算说明书

一、设计依据

工程枢纽总体布置图、工程枢纽上下游一定范围的地形图、各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料(调洪计算前后的所有水文资料)。

具体参数如下:

1. 地形图:2-B

2. 坝型:2重力坝

3. 模型长度比尺

L=60

r

4. 原型最大泄流流量

Q=16000m³/s

max

5. 坝顶高程

Z=630m

1

6. 下游最高水位2Z=475m

7. 下游河道底板高程

Z=450m

3

附表:模型各参数的相应确定标准

* 下游河道长度选取:7(5)括号外为重力坝轴线开始的河道下游长

度,括号内为拱坝轴线开始的下游河道长度;模型中下游河床的底高程比量水堰边墙顶要高0.1m ,上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m 。

标注尺寸线(模型长度、宽度尺寸与原型尺寸均需标注,括号外为原型,括号内为模型,如500(5.0));

编写设计说明(包含模型长、宽、高程推算过程及量水堰的计算)。

二、设计准则

水工常压模型一般都采用重力相似准则,按正态几何比尺进行设计。当长度比尺r L 确定后,相应的其它比尺分别为:

时间比尺:r T =2

1r L =60½=7.746 流速比尺:r V =21r L =60½=8.746 流量比尺:r Q =25r L =605/2=27885.480 糙率比尺:r n =61

r L =601/6=1.976

三、 模型糙率确定

1、上游水库

上游水库糙率按天然河床计算,取p n =0.023。

012

.0976.1023

.0===r p

m n n n

2、下游河道

下游河道糙率按天然河床计算,取p n =0.023。

012.0976

.1023

.0===r p

m n n n

四、 模型高程计算

1. 量水堰尺寸计算

根据重力相似准则

s L s m Q Q Q r p

m /8.573/5738.048

.2788516000

3====

因为Qm>560,由下表模型参数确定标准可知,量水堰宽度B=2.3m 。

因为m Q >20~30L/s ,所以选用矩形量水堰作为流量测量仪器,根据堰流公式确定量水堰的高度。 矩形堰流计算公式:

.510

4.2082.71BH P H Q ⎪⎭⎫ ⎝

+= 参数:P —堰高;H —堰上水头;B —堰宽;H 0—修正后水头(H 0=H+0.0011)。

一般取矩形堰堰板高程等于最大堰上水头的2倍,即P=2H 。 将Q=0.5738m³/s ,B=2.3m ,P=2H ,H 0=H+0.0011代入上公式, 求得最大堰上水头H max =0.2571m ;

堰高P=0.5142m;

量水堰长度L=0.2+25H max=0.2+25×0.2571=6.6275m;

量水堰边墙比量水堰最高水位高0.1m;

量水堰总高度H堰= H max +P+0.1=0.2571+0.5142+0.1=0.8713m;

2. 模型各部分高程推算

根据重力相似准则,可以确定原型参数分别为:

进水池长度:3.3×60=198m

退水池长度:3.3×60=198m

上游水库长度:9×60=540m

下游河道长度:13.0×60=780m

量水堰长度:6.6275×60=397.65m

量水堰宽度:2.3×60=138 m

(1)下游河道高程

Z=450m

3

根据下游河道底板比量水堰边墙顶高0.1m

可确定量水堰边墙高程为450-0.1×60=444m

退水池及量水堰的底板高程为450-0.8713×60=397.722m

(2)下游最高水位

Z=475m,选择下游河道边墙所在高程为480m

2

(3)坝顶高程

Z=630m,选择上游水库边墙所在高程为635m

1

根据上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m 可确定上游进水池边墙高程为635+0.1×60=641m

进水池底板高程与退水池及量水堰的底板高程相同为397.722m

模型各部分高程 (单位m )

五、 模型及原型平面尺寸

根据560 L/s <Qm=573.8L/s ,可确定模型参数;根据重力相似准则及长度比尺r L =60

,可确定原型参数

原型参数(单位m )

六、 模型平面布置步骤

1、根据所给具体体型参数对拱坝进行准确绘制;

2、根据所给坝轴线,在地形图上确定拱坝的具体位置和拱坝范围;

3、根据坝顶高程1Z =630m ,可选上游水库边墙所在高程为635 m ;根据下游水位2Z =475m ,可选下游河道边墙所在高程为480 m 。以此高程确定截取的等高线位置;

4、根据原型参数上游水库长度及下游河道长度,确定原型范围,

并对范围以外的等高线进行修剪;

5、量水堰尺寸计算看第四部分;

6、根据原型尺寸确定进水池、退水池及量水堰的位置。进水池宽度与上游水库一致,退水池宽度与下游河道一致;

7.消浪栅及测针位置确定

消浪栅设置于上游10倍最大堰上水头处。

25

H=25×0.2571=6.4275m

m ax

水位测针设置于6倍最大堰上水头处。

6

H=6×0.2571=1.5426m

m ax

七、模型布置图

提交一份完整的模型布置图(A3图幅),其中包括模型总体平面布置图与纵剖面布置图、量水堰平面与纵剖面图(另外还必须有A4图幅的详图),图中必须有清楚的平面尺寸(模型与原型均有)、高程及水位水尺、测针等位置标识。

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