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。