导流水力计算补充资料

导流水力学计算补充资料

导流水力学计算目的：拟定泄水建筑物尺寸；确定围堰高程及高度；为计算导流方案工程量提供依据。分为四类介绍：分段围堰法前期之束窄河床导流水力计算、导流后期之底孔与缺口导流水力计算、隧洞导流水力计算、明渠导流水力计算。

一、分段围堰法之前期导流的水力计算

要度,•束窄河床流速校核；确定上、下游围堰的高程及长度；确定纵向围堰

的高程及长度。

1.上游水位计算(上游水位壅高计算，其中下游水位按实测水位流量关系确定) 绘出束窄河床导流水位计算简图如下：

(a)剖面图.平面图

L 2—冲刷地段，3—囹煨

图中z为上下游水位差，m；v。为上游围堰前(原河床)水流的行近流速,m/s；鱼为束窄河床段水流收缩断面处的流速,m/so

(1)计算公式[教材公式(1-3)]

上述计算简图中，可近似假定瓦二旗，按能量方程：

_ 1 展VQ

-2 2g■-蚤

式中，河床束窄断面处流V：为：(公式1-4)

n Q 号Qi)

V； = ---- r? = ----------------- r!

S Ai； £ (l-K)Ai

Q D为导流设计流量,m7s.

设上游围堰前水位壅高后，河床过水面积为此：

贝Ijv。为Q D而Au与河床地形与z有关.

W = 了

% A u=f(Hu)=f(z)

(2)试算法求z：

已知:导流设计流量Q D；河床水位-面积曲线H-A(或图上得量H对应的A值)；下游水位-流量关系曲线旗-Q： K及其它系数。

计算步骤：

stepl:由Q D,K求喝校核K是否小于允许流速［vj,并选定各种系数值；

step2:设z=z：,求瓦,=hd+z s o 并查得A.

step3：求Vo = Q D/A U：

step4：将Vc和V。代入公式(1-3),求出z；

stepo：比较判定I z-z s

e为计算控制精度，可取0. 01m,计算至满足精度要求为止.

2.围堰剖面设计

围堰剖面设计包括：堰顶高程计算、堰顶宽度拟定、上、下游边坡拟定、围堰绘横剖面图，并进行上、下游围堰及纵向围堰布置设计。

完成习题时应查阅参照类似工程围堰设计和布置资料。

二、分段围堰法之后期导流的水力计算(底孔、缺口水力计算)

在导流水力学计算中，常遇到两个及以上泄水建筑物联合泄流问题。最常见的组合有：底孑L+缺口联合泄流、隧洞+过水围堰联合泄流、厂房中双层泄水孔联合泄流等。由于不同建筑物泄水状况相互干扰，对此类问题难以准确计算。为了使用计算需要，通常假定儿种建筑物泄水相互不干扰，即，参与联合泄流的儿种建筑物总的泄水能力可由各建筑物单独泄水能力曲线叠加而得。导流水力学计算中常用联解方程法和图解法解决此类问题。以下以底孔+缺口联合泄流为例说明其计算应用，如图1所示。

一般来讲，河流枯期流量小时，底孔引导水流，缺口上升。而汛期流量大时，缺口与底孔联合渲泄洪水。

计算要求:缺口、底孔的过流量及流速、确定二期上、下游围堰的高程及长度、确定二期纵向围堰的高程及长度。

河流流量由小到大增加时的流态：底孔无压-底孔有压-底孔+非淹没堰流- 底孔+淹没堰流。

1.上游水位计算(联合泄流计算工况)

假定:儿种建筑物泄水互不干扰。

(1)计算简图及公式

绘出底孔与缺口联合泄流计算简图：

假定底孔与缺口泄流互不干扰，缺口单独泄流可按堰流公式计算，而且一般均为宽顶堰流。底孔泄流可能有不同的流态，需按给定条件判断c其流态判别方法，原则上与隧洞相同。但是，底孔通常均呈直线布置、平底坡，孔长很短，糙率较小。因此，孔内流态判别和相应的水力计算要比隧洞简单-些。

QD为导流设计流量，展/s；各项物理意义参见导流水力学计算补充资料。

一般可联解上面三个方程求解。

2. ______________________________________________________________________ 图解计算法（联合泄流计算工况） ______________________________________________________________ 联合泄流计算的目的是求出总泄流量Q与上游水位▽上的关系。图解法步骤如下（图2）：

1）在图示座标系中，绘出天然河道的水位流量关系曲线，即Q~▽下曲线。

2）根据已知的底孔布置资料，找出底孔出口刚被淹没时的下游水位（粗略计算时,可取为底孔出口

顶部高程），并在已绘出的Q~▽下曲线上找到相对应的临界淹

没流量Qkio

3）在具有相同纵横坐标的透明纸上，按一般有压流公式Qi = 、/3gz绘出底孔的

计算公式：

（1）底孔流量

（2）缺口流量

（3）水量平衡方程:

Q\ =呻1 J2g（▽上一V 下）/

02 = 〃设▽上一▽缺产2底

■/ Q D=Q1+Q2

图1底孔与坝体缺口联合泄流示意图

Qi~z曲线备用c

4）根据已知的缺口高程▽缺和缺口宽度B,按Q2 = mB名（▽上- ▽缺产绘出Q：

〜▽上曲线。_ 5）求出缺口呈淹没堰流时的临界总流量。心淹没界限取为：▽上-▽缺= 1.25

（▽下-▽缺）。此时，上下游水位差z = 因此，可以根据

Q' = /i3 （2g*-7（ V下一▽块）+mB J2g； 1.25（▽上-▽<«）］" y q

绘出Q'~▽下关系曲线，此曲线与Q〜▽下曲线之交点所对应的总流量即为Qkio

-6）在Qy与Qki之间任选一个流量Q,找出Q~ ▽下曲线上的对应点A,将透明纸图的Qi~z曲线原点0置于A点上,并使纵横坐标分别处于垂直和水平位置,Qi〜2 曲线与▽上曲线交点处的--组数据（▽上q,Q）就是所需的解答。

另选几个Q值,重复上述步骤，也可求得相应的解答。然后，可绘出联合泄流曲线Q7上。

应当指出，流量Q必须在临界流量Qki与Qq之间,才能利用有压淹没孔流和非淹没堰流曲线宜接求解。当QCQki时,Qi〜z曲线不能应用；当Q〉Qk2时,缺口过水将是淹没宽顶堰流。此二区段需另行处理。如果采用电算方法，上述问题均较易解决。