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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:三、跌水口水力计算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 φ2ω12)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 φ2ω12)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 φ2ω12)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。

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