水力学综合计算说明书(5)

Z-e/H-Q关系曲线图2--1

3、绘制汛前限制水位以上水库水位（Z)~下泄流量(Q)的关系曲线

（1）闸孔出流Z~Q关系曲线计算

由于e/H≤0.65按闸孔出流计算，现将e设为3.85m不变，由Z=54m计算到Z=57.31m。

当Z=55.00m时

H=Z-49.00=55.00-49.00=6m e/h=3.85/6=0.64 ?=0.6-0.18 Q=?be

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eh=0.6-0.18*0.64=0.485

3

2gH=0.474*14.6*3.85*2*9.8*6=256.746（m/s）

其他计算结果如下表2--3所示：

闸孔出流Z~Q关系曲线计算表2--3 Z(m） H(m） 54 5 54.5 5.5 55 6 55.5 6.5 56 7 56.5 7.5 57.31 8.31 e/H 0.77 0.70 0.64 0.59 0.55 0.51 0.46 e(m） 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 μ √2gH(m） 0.461 9.8995 0.474 10.3827 0.485 10.8444 0.493 11.2872 0.501 11.7132 0.508 12.1244 0.517 12.7623 Q=μbe√2gH(m3/s） 256.7463 276.6313 295.3324 313.0285 329.8590 345.9345 370.5971 绘制闸孔出流Z~Q关系曲线如图2--2 所示：

（2）堰流Z~Q关系曲线计算

已知闸墩形状系数?0?0.45，边墩形状系数?k?0.7，因为下游水位与上游水位差较大，所以可以看成是淹没出流，故淹没系数?s?1.0.溢流孔数n=2，每孔净宽b=6.6m，堰的相对高度P/H=0，当Z=51.52m时， H=H0=51.52-49.00=2.52m

e=3.85m e/H=3.85/2.52=1.5278

H ??1?0.2??k?(n?1)?0?0

nb2.52?1?0.?20.?7(?21)?0.45 2?6.6?0.9561P3? m?0.3?60.01H

P1.2?1.5H 22

?0.36?0.01?0.3853?01.2?1.5?0

Q??s?mB2gH32

=1.0*0.956*0.385*13.2*2?9.8*2.523/2 =86.0523(m3/s) 其他计算结果详见下表2--4所示：

堰流Z~Q关系曲线计算表2--4

Z(m） 51.52 52 52.52 53 53.52 54 54.52 55 H(m） 2.52 3 3.52 4 4.52 5 5.52 6 e/H 1.528 1.283 1.094 0.963 0.852 0.770 0.697 0.642 e(m） 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 3.85 ε md(m） 0.956 0.385 0.948 0.385 0.939 0.385 0.930 0.385 0.921 0.385 0.913 0.385 0.904 0.385 0.895 0.385 σs 1 1 1 1 1 1 1 1 Q=σsεmb√2gH03/2(m3/s） 86.052 110.797 139.472 167.447 199.179 229.631 263.726 296.096 堰流Z~Q关系曲线图如下图2--3所示：

因此，当Z=51.52m~54.5m时，e/H＞0.65为堰孔出流； 当Z=55m~57.31m时，e/H≤0.65为闸孔出流。

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任务3. 溢洪道下游挑流消能计算：水流衔接计算、挑距长度、冲刷坑深度、冲刷坑后坡计算。绘制冲刷坑纵图。 计算原理（三）

（一）方法：先绘制水库水位～泄量关系曲线图和下泄流量～下游水位关系曲线图。再进行设计流量Q=251.4m3/s时的水流衔接形式计算，若此时第二陡坡段末端水深（视为收缩断面水深）对应的第二共轭水深大于或等于下游水深时产生远离式水跃或临界水跃，要进行消能结构水力计算，若小于下游水深，产生淹没式水跃，不需消能。若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。 （二）所用公式（参考《水力计算手册》与教材） 1.、水流衔接形式式计算：水跃方程，前已列； 2、底流式消能或挑流式消能结构水力计算公式。 若要消能，采用底流式消能或挑流式消能措施。

表一 水库水位～容积～泄量关系

水 库 (m) 库容(万立米) 泄量(m3/s) 52 2093 98.08 53 2310 151.02 54 2535 211.00 55 2765 252.44 56 3004 280.83 57 3240 306.04 58 3471 330.16 表二 下泄流量～下游水位关系

泄量（m3/s） 水位（m） 2.69 25.00 39.60 27.37 171.64 28.78 401.90 30.38 按50年一遇洪水设计要求，上游水位为 54.97m，流量Q=251.40m3/s，由以上两个表格可以得知由上面两表得出水库水位～泄量关系～下游水位关系如下表3--1所示：

对应的下游水位对应为29.40m 河床高程为25.00m 单宽流量q?Q251.40??17.22m2/s B14.6 由上得第二陡坡段正常水深h=0.674m

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假设发生水跃

跃前水深h，=h=0.674m

2h，8??q20.6748?17.22???(1??1= 跃后水深hc=9.145(m) (1??1）332gh，29.8?0.674 下游水深 ht?29.4-25?4.40

由于h″＞ht,,因此下游会发生远离式水跃，需考虑消能。又因下游河道岩石软弱破碎，冲刷坑系数Ks=1.6，水库下游无防洪任务，所以采用挑流式消能结构。

挑流式消能公式：

?(a?ht)空中挑距：L0??12S1sin2??1?1?2?1S1sin2???? ?式中S1——上游水面至挑坎顶部的高差

α——挑坎高度，即下游河床至挑坎顶部的高差 θ——鼻坎挑射角 ht——冲刷坑后下游水深

?1——坝面流速系数，其经验公式为?1?31?其中K为流能比，K?q，q为单宽流量。 1.5gS1T?ht tan?0.055 0.5K水下挑距：L1?式中T——冲刷坑深度

ｈｔ——冲刷坑下游水深

β——水舌入水角，可按下式近似计算

cos???12S1?12S1?z?S1cos?

式中ｚ——上、下游水位差。

0.50.25T?Kqz?ht（Ｋ冲刷坑深度的估算：sｓ

为抗冲系数）

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