工程水力学实训指导书
水力学教研室
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目录
一、灌溉引水系统(包括取水口及输水系统)的水力计算 (2)
二、引水式电站的引水系统的水力计算 (4)
三、水闸水力计算 (6)
四、拦河溢流坝水力计算 (7)
五、河岸溢洪道水力计算 (9)
六、段村水利枢纽水利计算 (12)
七、颖河拦河闸水力计算 (15)
八、开敞式溢洪道水力计算 (16)
工程水力学实训教学环节的目的是巩固学生对工程水力学的基本概念、基本原理和基本方法的掌握, 加深对有关公式及图表的使用范围和使用方法的理解, 加强理论联系实际及培养独立分析和解决实际问题的能力, 使学生初步了解各种水工建筑物的水力计算过程, 调动和提高学生学习专业课的积极性。
由于实际工程的多样性, 条件千变万化, 在每个具体的工程实例中, 只能选取常见而又有代表性的条件。
一、灌溉引水系统( 包括取水口及输水系统) 的水力计算
( 一) 基本资料
为了从水库引水灌溉, 在某水库的岸边修建一取水口, 取水口后经过无压隧洞流入渠道。
为控制引水流量, 取水口设有控制闸门, 控制闸门经过竖井来操作, 取水口前缘为喇叭口形, 其后为断面尺寸不变的( 矩形) 压力引水段直至门孔, 闸门后有一( 在平面上) 扩散段进入消力池, 扩散段长度为12米。
从进口至闸门之间水流为有压流, 门后转为无压流。
闸后有消力池, 消力池后隧洞中水流保持缓流状态, 水流出隧洞以后进入干渠。
引水系统的首部纵剖面构造情况见图1-1。
水库正常蓄水位为460.0米, 取水口进口高程为442.0米。
根据规划, 取水口过流能力的要求是: 当水位在445.0米以上时, 取水口取水流量不低于干渠的设计流量, Q=12m3/s。
取水口宽度为2米, 取水口局部水头损失系数ζ=0.1, 工作闸门及检修闸门共计局部水头损失系数ζ=0.3, 沿程水头损失系数λ=0.016。
根据地形、地质条件, 选定无压隧洞的底坡i=1/ , 隧洞以浆砌条石衬砌, 糙率n=0.02, 无压隧洞的横断面形状及尺寸见图1-2, 结合施工条件确定隧洞净宽b=3.0米, 隧洞直墙高度3.5米。
自消力池末算起的隧洞长度为200.0米。
二计算任务
1、按规划的过流能力要求, 闸孔全开的工作条件校核过流能
力是否满足要求。
2、绘制在不同闸门开度下, 水库水位和泄放流量的关系曲线。
不同闸门开度下的流速系数见表1-1。
3、计算经过设计流量时无压隧洞洞内水深, 校核洞内流速是
否满足抗冲要求。
图1-2 无压隧洞横
4、计算消力池的池深及池长。
提示: 计算消力池深度时所考虑的工作条件是: 库水位为最高水位, 流量从小到大直至设计流量为止。
表1-1 平板闸门不同开度下的流速系数
开度e( m) 0．15 0．3 0．6 0．9 1．2 1．5
φ0．96 0．95 0．93 0．89 0．85 0．73
图1-1 灌溉引水系统首部纵剖面构造图
二、引水式电站的引水系统的水力计算
( 一) 基本资料
在山区河流, 由于天然落差较大, 常采用引水式电站来开发水力资源。
引水式电站的引水系统, 一般由开敞式取水口、输水明渠、前池和由前池至厂房水轮机之间的压力管道四部分组成。
引水式电站引水系统纵剖面见图2-1。
根据工程实际情况, 进水闸设在拦河闸上游的右岸( 见图2-2) 。
输水明渠横断面为梯形, 渠长5000米, 底坡i=1/2500, 渠底宽b=4米, 渠道是在半风化的岩石中开挖, n=0.02, 边坡系数m=0.5。
进水闸轴线与河道水流之间的夹角( 引水角) 为45°, 进水闸闸前正常引水位为761.0米, 最高洪水位为763.5米, 正常引水位时, 进水闸的设计引用流量为16m3/s,在闸前最低引水位为760.2米时, 引用流量要求保证不低于10m3/s。
在正常引水位时, 河中流速v0=1.0m/s。
在最低引水位时, 河中流速v0=0.8m/s。
进水闸处河床高程为757.5米, 闸底板高程为759.0米, 为了使闸前的河水位和闸后水位保持一定落差, 将护坦高程降至闸底板高程以下0.8米, 即护坦高程为758.2米。
引水闸闸孔数n=3, 闸墩为圆形, 墩厚d=1.0米, 边墩为矩形, 边墩的计算厚度Δ=0.8米。
( 二) 计算任务
1、绘制输水明渠中水深与流量关系曲线。
2、确定在正常引水位和最低引水位都满足流量要求的闸孔宽度, ( 假设护坦末端的水深与输水明渠中水深相同) 。
3、校核引水闸后是否需要修建消能设施, 如需要则进行消能设
计。
图2-1图2-1
三水闸水力计算
( 一) 基本资料
某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务, 汛期当临闸泄洪流量达5000m3/s时, 本闸开始泄洪。
水闸设计洪水流量为1680m3/s, 相应的上游水位为7.18米, 下游水位为6.98米。
校核洪水流量为1828m3/s, 相应的上游水位为7.58米, 下游水位为7.28米。
汛期临闸泄洪流量为5000 m3/s时, 本闸开始泄洪, 此时上下游水位差最大, 其相应的上游水位为5.50米, 下游水位为2.50米。
闸底板高程为-1.00米, 闸门为平面闸门, 闸墩墩头为尖圆形, 墩厚d=1.00米。
翼墙为圆弧行, 圆弧半径r=12米。
闸址处河道断面近似为矩形, 河宽B0=160米。
( 二) 计算任务
1．确定水闸溢流宽度及闸孔数;
2．闸下消能计算。