理正岩土6.5-工程水力学计算

'理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助1 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助目录1.第一章功能概述...............................................................................................................................................42.第二章快速操作指南.......................................................................................................................................42.12.1操作流程.............................................................................................................................................42.22.2快速操作指南.....................................................................................................................................52.2.12.2.1选择工作路径.......................................................................................................................52.2.22.2.2增加计算项目.......................................................................................................................52.2.32.2.3编辑原始数据.......................................................................................................................72.2.42.2.4当前项目计算.......................................................................................................................72.2.52.2.5计算结果查询.......................................................................................................................73.第三章操作说明...............................................................................................................................................93.13.1关于计算例题的编辑.........................................................................................................................93.1.13.1.1增加例题与删除当前例题...................................................................................................93.1.23.1.2把典型例题加入例题模板库...............................................................................................93.23.2计算简图辅助操作菜单.....................................................................................................................93.33.3快速查询图形结果.............................................................................................................................93.3.13.3.1通过辅助功能菜单查看图形结果....................................................................................103.3.23.3.2图形查询辅助工具.............................................................................................................103.43.4计算书的编辑修改...........................................................................................................................103.53.5各模块适用范围...............................................................................................................................113.63.6关于数据和结果文件.......................................................................................................................114.第四章编制原理.............................................................................................................................................114.14.1倒虹吸水力学计算...........................................................................................................................124.1.14.1.1编制说明.............................................................................................................................124.1.24.1.2基本概念介绍.....................................................................................................................124.1.34.1.3流量计算.............................................................................................................................154.1.44.1.4设计断面.............................................................................................................................164.1.54.1.5进出口渐变段水位变化.....................................................................................................174.1.64.1.6出口水位及渠底高程的确定............................................................................................184.24.2水工渠道水力学计算.......................................................................................................................184.2.14.2.1编制说明.............................................................................................................................194.2.24.2.2清水渠道均匀流的水力计算............................................................................................194.2.34.2.3清水渠道非均匀流水面曲线推求....................................................................................274.2.44.2.4挟沙水流渠道计算.............................................................................................................294.34.3水闸水力学计算...............................................................................................................................314.3.14.3.1编制说明.............................................................................................................................314.3.24.3.2未设底坎的宽顶堰.............................................................................................................314.3.34.3.3有底坎宽顶堰.....................................................................................................................364.3.44.3.4WES实用堰.......................................................................................................................404.44.4水工隧洞水力学计算.......................................................................................................................434.4.14.4.1编制说明.............................................................................................................................434.4.24.4.2正常水深、临界水深、临界底坡和收缩断面水深的计算............................................441 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.4.34.4.3无压流计算.........................................................................................................................484.4.44.4.4半有压流计算.....................................................................................................................504.4.54.4.5有压流计算.........................................................................................................................544.54.5消能工水力学计算...........................................................................................................................564.5.14.5.1编制说明.............................................................................................................................574.5.24.5.2下挖式消力池计算.............................................................................................................584.5.34.5.3突槛式消力池（消力墙）计算........................................................................................634.5.44.5.4综合式消力池计算.............................................................................................................644.5.54.5.5连续式挑流鼻坎计算.........................................................................................................665.附录1系统环境与安装..................................................................................................................................686.附录2技术支持感谢您选用了理正软件！..................................................................................................692 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助1.第一章功能概述理正岩土工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。倒虹吸水力学计算模块可计算倒虹吸的过水能力、设计倒虹吸管径；渠道水力学计算模块含有清水渠道均匀流的水力计算、清水渠道非均匀流的水力计算和挟沙水流渠道的水力计算；水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰上的平板和弧形闸门，可计算水闸的泄流能力、设计闸孔宽度和确定闸门的开启度；水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，对无压隧洞可计算洞的过流能力和设计断面尺寸，半有压隧洞可校核隧洞的过流能力，对于有压隧洞可计算隧洞在不同水位、不同闸门开度下的泄流量，并可在已知过流量条件下校核上游水位，还可绘制出总水头线和压坡线，形象的显示洞身各点有无负压；消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。五个计算模块最后都给出计算的图形结果、文字结果及图文并茂的计算书。2.第二章快速操作指南第二章快速操作指南2.12.1操作流程理正工程水力学计算软件的操作流程如图2.1-1，每一步骤都有相对应的菜单操作。3 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助图2.1-1操作流程2.22.2快速操作指南2.2快速操作指南2.2.12.2.1选择工作路径设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件（包括工程数据及计算书等）均保存在设置的工作目录下。图2.2-1指定工作路径注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某单个计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。2.2.22.2.2增加计算项目工程水力学计算软件包含有五个计算内容：倒虹吸水力学计算、渠道水力学计算、水闸水力学计算、隧洞水力学计算和消能工水力学计算。用户可根据需要选择。4 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助图2.2-2选择计算项目当选好一个计算项目后，点击【工程操作】菜单中的“增加项目”或“增”按钮来新增一个计算项目（以水闸水力学计算为例）。图2.2-3工程操作界面5 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助2.2.32.2.3编辑原始数据图2.2-4数据交互对话框注意：1.集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征；2.同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。2.2.42.2.4当前项目计算在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击【辅助功能】菜单的“计算”。2.2.52.2.5计算结果查询计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。6 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助图2.2-5计算结果查询窗口7 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助3.第三章操作说明第三章操作说明3.13.1关于计算例题的编辑3.1关于计算例题的编辑3.1.13.1.1增加例题与删除当前例题1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。2．“增”或“减”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。3.1.23.1.2把典型例题加入例题模板库实际工程中会有一些具有一般代表性的典型例题，当完成该例题的数据交互后，可通过【辅助功能】菜单中的“将此例题加入模板库”把该例题存为例题模板，从而在每次新增例题时可以重复调用该例题的数据，在此基础上修改少量的数据进行计算。3.23.2计算简图辅助操作菜单在数据交互界面的左侧图形窗口单击鼠标右键，弹出图形显示快捷菜单，使用该菜单可有效的查看计算简图，可把计算简图存为DXF格式的文件，用AUTOCAD等图形编辑器进行编辑。3.33.3快速查询图形结果3.3快速查询图形结果8 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助3.3.13.3.1通过辅助功能菜单查看图形结果单击【辅助功能】菜单中的“查看计算图形结果”，可查看当前例题图形。注意：在倒虹吸水力学计算中输出计算结果和水头线图，可通过在输出选项列表中选择水头线图来输出对应的图形结果。3.3.23.3.2图形查询辅助工具1．图形查询工具栏2．图形查询快捷菜单在图形结果查询窗口单击鼠标右键，弹出图形查询快捷菜单，可以方便地查看图形。3．【图形查询】菜单3.43.4计算书的编辑修改文字结果输出较为完整的计算书，主要包括以下信息：1.计算项目名称；2.计算简图；3.计算条件（录入的各种原始参数）；4.计算过程。计算过程依照计算项目不同而有所变化。文字结果可以使用文字编辑菜单进行编辑，也可以用其它文本编辑器进行编辑。9 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助3.53.5各模块适用范围倒虹吸管的截面有圆形和矩形两种。进行渠道水力学计算时，软件提供了六种断面类型可供选择：复式、圆形、抛物线形、弧形坡脚梯形、弧形底梯形、梯形。常用的矩形断面可以通过复式断面转化得到，U形断面可通过弧形底梯形断面转化。水闸水力学计算模块适用于无坎宽顶堰、有坎宽顶堰、WES实用堰。水工隧洞水力学计算模块适用于矩形、圆形、拱形断面隧洞的水力设计，隧洞中的水流流态有无压流、半有压流和有压流三种。消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式、突槛式（消力墙）和综合式消力池，挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。3.63.6关于数据和结果文件数据和结果文件位于用户设定好的工作目录下。倒虹吸计算模块的数据文件格式为*.SLA，水工渠道计算模块的数据文件格式为*.SLB，水闸计算模块的数据文件格式为*.SLC，水工隧洞计算模块的数据文件格式为*.SLD，消能工计算模块的数据文件格式为*.SLE，图形文件格式*.DXF，计算书格式为*.RTF。4.第四章编制原理第四章编制原理10 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.14.1倒虹吸水力学计算4.1倒虹吸水力学计算4.1.14.1.1编制说明4.1.1编制说明4.1.1.14.1.1.1编制依据本部分是倒虹吸水力学计算的技术条件，介绍软件编制所采用的基本理论和软件中约定的规则。本软件的编制依据如下：国家标准：⑴灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）参考文献：⑴《水工设计手册》。华东水利学院主编，水利电力出版社，1983年10月。⑵《水力计算手册》。武汉水利电力学院水力教研室编，水利出版社，1980年12月。⑶《水力学》。华东水利学院编，科学出版社，1983年2月。⑷《水力学》。成都科技大学水力学教研室编，高等教育出版社，1979年8月。⑸《水利水电工程PC-1500程序集（88版）》。水电部水利水电规划设计院主编。4.1.1.24.1.1.2适用范围倒虹吸水力学计算模块适用于圆形和方形断面的倒虹吸管的快速方案设计。1．已知断面尺寸及布置形式时校核倒虹吸管的过水能力；2．已知流量条件下根据适宜流速计算倒虹吸管截面尺寸；3．绘出总水头线和测压管水头线；4．输出了图文并茂的计算书。4.1.24.1.2基本概念介绍4.1.2基本概念介绍4.1.2.14.1.2.1雷诺数雷诺数表征液流惯性力与粘滞力的比值。（4.1.2-1）11 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助式中：Re——雷诺数；v——平均流速（m/s）；D——管径（m），由用户交互；ν——水的运动粘滞系数（m2/s），由用户交互。4.1.2.24.1.2.2水流分区依据：《水工设计手册》基础理论的第三章第四节压力水道中的恒定流，表3-4-1。根据实际雷诺数的大小，水流可以分为四种状态：层流、紊流光滑摩阻区、紊流过渡区、紊流平方摩阻区。判别方法如下：条件Re500流态层流紊流光滑摩阻区紊流过渡区紊流平方摩阻区其中：Re——实际雷诺数；Recr——临界雷诺数，程序取为2320；D——管径（m）；K——管壁的等值粗糙度（mm），由用户交互。4.1.2.34.1.2.3局部水头损失4.1.2.3局部水头损失4.1.2.3.14.1.2.3a局部阻力系数局部阻力系数随局部摩阻的性质而异。重要的工程应经过水工模型试验确定。本程序中除直管没有局部阻力系数外，其它结构段都有局部阻力系数，或由用户交互或软件自动计算。4.1.2.3.24.1.2.3b局部水头损失计算（4.1.2-2）hw局——局部水头损失；12 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助Σξ——各阻力系数求和得到的总局部阻力系数；v——管道断面平均流速（m/s）。4.1.2.44.1.2.4沿程水头损失沿程水头损失是液流克服沿程阻力而引起的单位重量液体的能量损失。4.1.2.4.14.1.2.4a沿程阻力系数倒虹吸中的水流一般为紊流，沿程阻力系数随水流状态及管壁粗糙程度而异。程序中提供了三个计算紊流平方摩阻区沿程阻力系数的公式：a．普朗特—尼古拉兹公式：（4.1.2-3）b．希夫林松公式（4.1.2-4）c．规范公式（4.1.2-5）谢才系数C计算：1．manning公式：（4.1.2-6）2．巴夫洛甫斯基公式：（4.1.2-7）（4.1.2-8）式中：λ——沿程阻力系数；13 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助D——管径（m），由用户交互；K——管壁的等值粗糙度（mm），由用户交互；n——倒虹吸管壁的粗糙系数，由用户交互。注意：1.对于非圆形断面的倒虹吸管，用四倍的水力半径代替公式中的直径D；2.计算沿程阻力系数时管径和管壁等值粗糙度的单位要一致。4.1.2.4.24.1.2.4b沿程水头损失（4.1.2-9）式中：hw沿——沿程水头损失；l——倒虹吸管总长度（m）；R——水力半径（m）；v——管道断面的平均流速（m/s）；g——重力加速度（m/s2），程序取9.8m/s2。4.1.34.1.3流量计算依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）附录N倒虹吸水力计算。（4.1.3-1）式中：Q——流量（m3/s）；A——倒虹吸管的过水断面面积（m2）；g——重力加速度（m/s2），程序取9.8m/s2；Z——上、下游水位差（m）；μ——流量系数，按下式计算：（4.1.3-2）式中：λ——沿程阻力系数；l——倒虹吸总长（m）；14 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助D——圆管取为管的直径，非圆形断面取为4倍的水力半径（m）；Σξ——局部阻力系数之和。4.1.44.1.4设计断面4.1.4设计断面4.1.4.14.1.4.1基本原理圆管断面或方形断面的大小主要以通过设计流量时要求的控制流速而定，其他基本公式相同，不再赘述。程序中提供了挟沙水流不淤极限流速的计算，供用户参考。4.1.4.24.1.4.2挟沙流速计算公式如下：（4.1.4-1）式中：ρ——挟沙水流中的含沙量（以重量百分比计算），由用户交互；Q3np——倒虹吸管内通过的流量（m/s）；d75——挟沙粒径（mm），小于该粒径的沙占75%，由用户交互；ω0——泥沙沉降速度（cm/s），与粒径有关，按下面的方法计算：粒径等于或小于0.1毫米时：（4.1.4-2）粒径在0.1~1.5毫米之间：（4.1.4-3）粒径大于1.5毫米：15 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.1.4-4）式中：γ3s——泥沙颗粒容重（g/cm），由用户交互；γ3w——水的容重（g/cm），由用户交互；d——泥沙颗粒直径（mm），由用户交互；μ——水的动力粘滞系数（g.s/cm2），由用户交互；t0——水的温度（℃），由用户交互。4.1.54.1.5进出口渐变段水位变化4.1.5进出口渐变段水位变化4.1.5.14.1.5.1进口渐变段（4.1.5-1）式中：ΔZ1——由上游渠道进入进口渐变段水面降落（m）；ξ1——进口渐变段的局部阻力系数，由用户交互；v1——进口渐变段始端流速（m/s），由用户交互；v2——进口渐变段末端流速（m/s），由用户交互。4.1.5.24.1.5.2出口渐变段（4.1.5-2）式中：ΔZ2——出口处水位壅高（m）；ξ2——出口渐变段的局部阻力系数，由用户交互；v——出口渐变段始端流速，可取管中流速（m/s），由用户交互；v3——出口渐变段末端流速（m/s），由用户交互。16 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.1.64.1.6出口水位及渠底高程的确定4.1.6出口水位及渠底高程的确定4.1.6.14.1.6.1出口处水位（4.1.6-1）Z1——上游水位（m），由用户交互；ΔZ1——进口渐变段的水面降落（m）；ΔZ——总水头损失（m）。4.1.6.24.1.6.2出口处底部高程（4.1.6-2）Z——出口处水位（m）；D——管径（m）；v3——出口渐变段末端流速（m/s）。4.1.6.34.1.6.3下游渠道水位（4.1.6-3）Z——出口处水位（m）；ΔZ2——出口处水位壅高（m）。4.24.2水工渠道水力学计算4.2水工渠道水力学计算17 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.2.14.2.1编制说明4.2.1编制说明4.2.1.14.2.1.1编制依据本部分是水工渠道水力学计算的技术条件，介绍软件编制所采用的基本理论和软件中约定的规则。本软件的编制依据如下：国家标准：⑴渠道防渗工程技术规范（SL18-91）⑵灌溉与排水工程技术规范（GB50288-99）参考文献：⑴《水工设计手册》。华东水利学院主编，水利电力出版社，1983年10月。⑵《水力计算手册》。武汉水利电力学院水力教研室编，水利出版社，1980年12月。⑶《水力学》。华东水利学院编，科学出版社，1983年2月。⑷《水力学》。成都科技大学水力学教研室编，高等教育出版社，1979年8月。⑸《水利水电工程PC-1500程序集（88版）》。水电部水利水电规划设计院编。⑹《水力计算》。罗全胜、张耀先著，中国水利水电出版社。4.2.1.24.2.1.2适用范围水工渠道水力学计算模块适用于梯形、圆形、复式、抛物线形、弧形坡脚梯形、弧形底梯形断面的清水渠道和部分地区梯形断面的挟沙水流渠道，可计算渠道的输水能力、设计渠道断面、对非棱柱体渠道计算水面曲线，并给出计算的图形结果和文字结果及图文并茂的计算书。下面分别介绍其计算原理。4.2.24.2.2清水渠道均匀流的水力计算清水渠道均匀流计算主要有三个方面：校核输水能力、设计渠道断面、梯形渠道实用经济断面设计。4.2.2.14.2.2.1不同断面水力要素的计算4.2.2.1不同断面水力要素的计算18 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.2.2.1.14.2.2.1a梯形断面过水断面面积：（4.2.2-1）湿周：（4.2.2-2）水面宽：（4.2.2-3）式中各参数的意义见简图。4.2.2.1.24.2.2.1b复式断面过水断面面积：（4.2.2-4）湿周：19 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.2.2-5）水面宽：（4.2.2-6）式中各参数的意义见简图。4.2.2.1.34.2.2.1c圆形断面过水断面面积：（4.2.2-7）湿周：（4.2.2-8）水面宽：（4.2.2-9）式中各参数的意义见简图。4.2.2.1.44.2.2.1d抛物线形断面20 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助过水断面面积：（4.2.2-10）湿周：（4.2.2-11）（4.2.2-12）水面宽：（4.2.2-13）式中各参数的意义见简图。4.2.2.1.54.2.2.1e弧形坡脚梯形断面过水断面面积：（4.2.2-14）湿周：（4.2.2-15）水面宽：21 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.2.2-16）式中各参数的意义见简图。4.2.2.1.64.2.2.1f弧形底梯形断面过水断面面积：（4.2.2-17）湿周：（4.2.2-18）水面宽：（4.2.2-19）式中各参数的意义见简图。注意：所有水力要素包括过水断面ω、湿周x、水面宽B及水力半径R都将随着水深变化而变化。4.2.2.24.2.2.2当量粗糙系数的计算渠道湿周各部分的粗糙系数不同时，可采用下述方法求得当量粗糙系数n当作为全断面统一的粗糙系数，进行水力计算。设总湿周x的各组成部分x1、x2…xN所对应的粗糙系数分别为n1、n2…nN其中最大的粗糙系数为nmax，最小的粗糙系数为nmin，其当量粗糙系数的计算公式如下：当nmax/nmin≤2时（4.2.2-20）当nmax/nmin>2时22 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.2.2-21）4.2.2.34.2.2.3谢才系数的计算4.2.2.3谢才系数的计算4.2.2.3.14.2.2.3a水力粗糙区本程序模块提供了4个公式供用户选择。1．manning公式（4.2.2-22）R——水力半径（m）；n——当量粗糙高度。2．巴甫洛夫斯基公式（4.2.2-23）（4.2.2-24）注意：巴甫洛夫斯基公式的适用范围是：0.10m≤R≤3.00m和0.011≤n≤0.040；当计算出的R和n不满足范围时，程序提示用户注意，按巴甫洛夫斯基公式继续计算，但可能导致结果不正确。3．佛赫海默公式（4.2.2-25）（4.2.2-26）4．库力冈公式23 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.2.2-27）4.2.2.3.24.2.2.3b水力光滑区4.2.2.3b水力光滑区4.2.2.3.34.2.2.3c水力过渡区4.2.2.3c水力过渡区4.2.2.44.2.2.4水流状态的判断根据实际雷诺数，判断水流的水力区。判断标准如下：当时，水流状态为水力光滑区；当时，水流状态为水力过渡区；当时，水流状态为水力粗糙区。式中：Re——雷诺数；R——水力半径（m）；K——等值粗糙高度（mm）。4.2.2.54.2.2.5校核输水能力流量公式：（4.2.2-30）式中：Q——渠道通过的流量（m3/s）；ω——过水断面面积（m2）；C——谢才系数（m0.5/s）；R——水力半径（m）；i——渠道底坡坡度。24 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.2.2.64.2.2.6设计渠道断面根据流量公式，已知渠道的其他水力要素，可以求解任何一个未知的水力要素。其计算原理与计算公式与流量计算相同。4.2.2.74.2.2.7梯形清水渠道实用经济断面设计适用于：已知流量、底坡、糙率、边坡系数；断面类型：对称梯形；谢才系数：manning公式计算。4.2.2.7.14.2.2.7a水力最优断面1．水深计算（4.2.2-31）式中：hm——水力最优断面的水深（m）；n——糙率；m——边坡系数；y——manning公式中的指数。其他各项参数的意义同前。2．底宽计算（4.2.2-32）bm——底宽（m）。4.2.2.7.24.2.2.7b实用经济断面1．水深计算某一断面与水力最优断面的水力要素之间的关系公式为：25 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.2.2-33）h——实用经济断面水深（m）；α——比值。（4.2.2-34）注意：α值的选择应根据设计中对h的要求和经济的观点确定。程序中选择了α为1.00、1.01、1.02、1.03、1.04五个值进行计算，以便用户进行对比。2．底宽计算（4.2.2-35）b——实用经济断面底宽（m）。4.2.2.84.2.2.8渠道的不冲不淤流速渠道的水力计算需要校核不冲不淤流速。用户交互不冲流速和不淤流速值．如果v不淤hk）h>h0>hk：型壅水曲线hkik）（hk>h0）h>hk>h0：型壅水曲线h0hk：型壅水曲线hhk：b0型降水曲线hh’k：b型降水曲线h0.2且P上/H<3.0。当b/B上<0.2时，取b/B上=；当P上/H>3.0时，取P上/H=。2）多孔宽顶堰（4.3.3-7）（4.3.3-8）（4.3.3-9）式中：b——各孔净宽（m）；n——闸孔数；d——中墩厚度（m）；d边——边墩厚度（m）；ε中——中闸孔侧收缩系数；ε边——边闸孔侧收缩系数；ε平均——平均侧收缩系数；l岸——从边墩到河岸的距离（m）。36 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4．淹没系数数据表格如下：表4.3-2h淹/H00.800.810.820.830.840.850.860.870.880.89σ淹1.00.9950.990.980.970.960.950.930.900.87h淹/H00.900.910.920.930.940.950.960.970.98σ淹0.840.820.780.740.700.650.590.50.4注：a．表格中数据点之间线性插值；b．当h淹/H0超出表格范围时的处理如下：‘若h淹/H0<0.8时，取淹没系数σ=；‘若h淹/H0>0.98时，取淹没系数σ=。4.3.3.24.3.3.2孔流依据：《水工设计手册》（第一卷基础理论）。一、平板闸门适用于收缩断面发生在坎顶上的情况。若收缩断面不在坎顶上，按大孔出流计算（本程序略）。1．流量公式（4.3.3-10）σ——淹没系数；ε——垂直收缩系数；μ——流量系数。2．垂直收缩系数采用《水工设计手册》（第一卷基础理论）表3-11-5。表4.3-3he/H00.050.100.150.200.250.30ε0.61100.61280.61490.61700.61930.62200.6251he/H0.350.400.450.500.550.600.65ε0.62880.63330.63850.64450.65200.66100.6725注：a．表格中数据点之间线性插值；b．此表格中的数据是以0.65为判断堰流和孔流的标准。当超出表格数据范围取值时，程序退出计算。请用户调整标准。3．流量系数37 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助计算公式：（4.3.3-11）φ——收缩断面处的流速系数,宽顶堰流时：0.85-0.95；无坎跌水：0.97-1.0。4．淹没系数采用《水工设计手册》（第一卷基础理论）中图3-11-13淹没系数曲线。程序将曲线离散为数据点，在不同曲线之间线性插值。注意：1.曲线的适用条件为：0.0511时，程序默认收缩系数为0.1。然后程序继续计算，但有可能导致结果不正确，请用户注意及时调整系数值。4．边墩收缩系数采用《水工设计手册》（第一卷基础理论）中图3-12-16边墩收缩系数曲线。注意：曲线的适用条件为：0≤H0/Hd≤1.4，当H0/Hd超出此适用范围时，程序如下处理：H0/Hd<0时，程序默认收缩系数为0；H0/Hd>1.4时，程序默认收缩系数为0.2。然后程序继续计算，但有可能导致结果不正确，请用户注意及时调整系数值。二、淹没出流1．流量公式（4.3.4-3）Q——淹没出流流量m3/s）；淹Q——自由出流流量（m3/s）；不淹K淹——堰因淹没影响而致的流量减少百分数。2．淹没系数淹没系数K淹的选取如下：采用《水工设计手册》（第一卷基础理论）中图3-12-19淹没系数曲线。注意：40 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助淹没系数曲线的适用范围为：1.0<（z+P下）/H0<5.00ik注意：程序将隧洞的底坡限制为0～1，即不考虑平坡和逆坡的情况。4.4.3.44.4.3.4无压流长洞与短洞的判别依据《灌溉与排水设计规范》。缓坡：洞长L≤K1h1（h1为进洞水深），为短洞；反之，则为长洞。陡坡：洞长L≥K2h1（h1为进洞水深），均按短洞进行水力计算。注意：规范的规定中给出了K1和K2的范围，请用户按照实际工程的情况交互其值。4.4.3.54.4.3.5验证隧洞余幅为了保证隧洞为无压流，必须在洞内通过最大流量的时候，洞内水面线以上还应留有一定的净空，称为隧洞最小空间余幅。隧洞高度D必须满足：D≥max（h0，hk）+最小空间余幅其中正常水深的计算可参见4.4.2.1节，临界水深的计算可参见4.4.2.2节。4.4.44.4.4半有压流计算半有压流模块主要进行以下计算：1．根据已知的断面尺寸，校核通过的流量是否满足设计要求；2．根据设计流量校核洞前水深是否满足要求；3．校核流态和洞型。4.4.4.14.4.4.1校核过水能力（《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99）（4.4.4-1）49 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助式中：m1——半压力流的流量系数，由用户交互；A——隧洞断面面积（m2）；β1——修正系数，由用户交互；D——隧洞高度（m）。4.4.4.24.4.4.2校核洞前水深4.4.4.2校核洞前水深4.4.4.34.4.4.3验证水流状态验证流态依照《水力计算手册》给出的判别标准。1．无压流和有压流的判别：无压流：（4.4.4-2a）半有压流：（4.4.4-2b）K1为无压转换为半有压的界限值，由用户交互。2．半有压流和有压流的判别：缓坡：半有压流：（4.4.4-3a）有压流：（4.4.4-3b）（4.4.4-4）陡坡：50 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助半有压流：（4.4.4-5a）有压流：（4.4.4-5b）式中：K2m——缓坡洞由半有压流至有压流的界限值，用户可选择交互或计算；Σζ——自进口上游渐变流断面到隧洞出口断面前的局部能量损失系数之和，由用户交互；R——满流时的水力半径（m）；C——满流时的谢才系数（m0.5/s），计算时用到隧洞衬砌的粗糙系数，由用户交互；i——隧洞底坡，由用户交互；L——洞长（m），由用户交互；a——洞高（m），由用户交互；V2/ga——出口断面佛汝德数的平方，由用户交互；K2s——陡坡洞由半有压流至有压流的界限值，由用户交互。注意：计算K2m时应特别注意矩形断面满流时的湿周还包括顶边长。4.4.4.44.4.4.4半有压流陡坡与缓坡的判别4.4.4.4半有压流陡坡与缓坡的判别4.4.4.54.4.4.5半有压流长洞与短洞的判别判断标准：1．缓坡：短洞：（4.4.4-6a）长洞：（4.4.4-6b）51 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.4.4-7）（4.4.4-8）（4.4.4-9）式中：Lkm——缓坡半有压隧洞的界限长度（m）；Lr——进口段长度（m）；τ1——计算进口段长度的系数，由用户交互；Lz——出口段长度（m）；τ2——计算出口段长度的系数，由用户交互；Lck——由收缩断面水深至临界水深的水面曲线长度（m）。2．陡坡：短洞：（4.4.4-10a）长洞：（4.4.4-10b）（4.4.4-11）式中：Lks——陡坡半有压隧洞的界限长度（m）；Lr——进口段长度（m），按式（4.4.4-7）计算；Lca——由收缩断面水深至水深达到洞高时的水面曲线长度（m）；Lz——出口段长度（m），按式（4.4.4-8）计算。注意：收缩断面水深的计算详见4.4.2.4节的介绍，临界水深详见4.4.2.2节。4.4.4.64.4.4.6验算出口净空高度半有压流只须验算出口处的净空高度。隧洞出口断面高度D必须满足：D≥hk+最小出口净空高度。52 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.4.54.4.5有压流计算4.4.5有压流计算4.4.5.14.4.5.1过水能力计算（《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99）1．自由出流：（1）无闸门（4.4.5-1）（4.4.5-2）式中：m2——压力流的流量系数；i——洞底坡降，由用户交互；L——隧洞总长（m）；Li——隧洞某一段的长度（m），由用户交互；β2——修正系数，由用户交互，规范建议取0.85；D——隧洞高度（m），采用出口段洞高；Σζi——各段隧洞局部损失系数的总和，包括拦污栅、闸门槽、进口、出口、转弯段、渐变段等损失系数，由用户交互各段隧洞局部损失系数；ωi——各段隧洞的断面面积（m2），用户需交互各段隧洞断面的几何尺寸；ω——隧洞出口断面面积（m2）。注意：因为本程序计算的隧洞由多个段组成，各个段的断面类型和尺寸可能并不相同，所以系数m2的计算和规范上略有不同。（2）有闸门（采用《水力计算手册》上的公式）（4.4.5-3）（4.4.5-4）式中：53 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助μ——流量系数；B——水流收缩断面处底宽（m）；e——闸门开启高度（m），由用户交互；ε——闸门垂直收缩系数，由用户交互；Li——隧洞某一段的长度（m），由用户交互；Σζi——各段隧洞局部损失系数的总和，用户需交互各段隧洞局部损失系数；ω2i——各段隧洞的断面面积（m），用户需交互各段隧洞断面的几何尺寸；ω2c——闸门后收缩断面面积（m），ωc=εBe。注意：《水力计算手册》上的公式是用在隧洞进口设置有压短管（出口设一闸门），其后洞身为无压流的情况，本程序将此公式用于洞身为有压流在出口处设置闸门的情况，原理相同。2．淹没出流（4.4.5-5）m2——流量系数，由公式（4.4.5-2）计算；h2——隧洞出口水深（m）。注意：因为本程序计算的隧洞由多个段组成，各个段的断面类型和尺寸可能并不相同，所以系数m2的计算和规范上略有不同。4.4.5.24.4.5.2绘制对应于上游水位的总水头线和压坡线（测压管水头线）隧洞各段局部水头损失计算：（4.4.5-6）隧洞各段沿程水头损失计算：（4.4.5-7）隧洞各段总水头损失：（4.4.5-8）则某断面的总水头：H总＝上游水位－出口底板高程－断面前各段总水头损失之和（4.4.5-9）某断面的测管水头：54 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.4.5-10）注意：在本程序中绘制总水头线和压坡线时是取各段的末断面进行计算连线的。4.4.5.34.4.5.3验算压力余幅根据《水工隧洞设计规范》：有压隧洞全线洞顶处的最小压力在最不利的运行条件下不宜小于2m（必须在明满流过渡条件下运行的导流隧洞不受此限制）。用户可根据实际工程情况交互最小隧洞压力余幅值。注意：程序是取各段末端断面洞顶的压力余幅值进行判断。4.4.5.44.4.5.4空蚀计算根据《水工隧洞设计规范》（试行）SD134-84。规范用一个无量纲参数“空化数”σ作为衡量水流发生空蚀可能性大小的指标。水流“空化数”σ按下式计算：（4.4.5-11）式中：h0——计算断面处的压力水柱（m）；ha——计算断面处的大气压压力水柱（m），由用户交互；hv——相应水温下，水的气化压力水柱（m），由用户交互；V20/2g——计算断面的断面平均流速水头（m）。判别标准：σ>σi时，不会发生空蚀。σi——初生空化数，当水流流经的边壁几何形状一定时，空化的临界初始发生点，由用户交互。4.54.5消能工水力学计算4.5消能工水力学计算55 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.5.14.5.1编制说明4.5.1编制说明4.5.1.14.5.1.1编制依据本部分是消能工水力学计算的技术条件，介绍软件编制所采用的基本理论和软件中约定的规则。本软件的编制依据如下：国家标准：⑴水闸设计规范（SL265-2001）⑵混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999）⑶水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997）⑷溢洪道设计规范（SL253-2000）⑸溢洪道设计规范（SDJ341-89）参考文献：⑴《水工设计手册》。华东水利学院主编，水利电力出版社，1983年10月。⑵《水力计算手册》。武汉水利电力学院水力教研室编，水利出版社，1980年12月。⑶《实用土木工程手册》。杨文渊编，人民交通出版社，1985年8月。⑷《水力学》。华东水利学院编，科学出版社，1983年2月。⑸《水力学》。成都科技大学水力学教研室编，高等教育出版社，1979年8月。⑹《水工设计的理论和方法》。王世夏编，中国水利水电出版社，2000年7月。⑺《闸坝工程水力学与设计管理》。毛昶熙等编，水利电力出版社，1995年2月。⑻《水力计算》。罗全胜张耀先编，中国水利水电出版社，2001年12月。⑼《水利水电工程PC-1500程序集(88版)》。水电部水利水电规划设计院编。4.5.1.24.5.1.2适用范围消能工水力学计算模块适用于底流式消能工和挑流式消能工的水力设计。底流式消能工中包括下挖式消力池、突槛式消力池（消力墙）和综合式消力池三种基本型式，可进行消力池尺寸设计计算和校核消能能力。挑流式消能工可进行连续式挑流鼻坎的水力计算。两种消能工的水力计算都给出了图形结果和文字结果及图文并茂的计算书。4.5.1.34.5.1.3功能介绍下挖式消力池⑴计算消力池的池深、池长及底板厚度；⑵计算消力池后海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度；⑶校核已有消力池的池深、池长能否满足一定流量下的消能要求。突槛式消力池（消力墙）⑴计算消力坎的坎高、坎前池长及底板厚度；⑵计算消力池后海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度；56 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助⑶判断消力坎后下游水流衔接流态；⑷校核已有消力坎的坎高、池长能否满足一定流量下的消能要求。综合式消力池⑴计算消力坎的坎高、下挖池深、池长及底板厚度；⑵计算消力池后海漫长度和海漫末端的河床冲刷深度；⑶校核已有消力池能否满足一定流量下的消能要求。连续式挑流鼻坎⑴计算水舌挑距；⑵计算最大冲坑水垫厚度和最大冲坑深度；⑶验算冲刷坑后坡是否满足规范要求。下面分别介绍以上消能工的计算原理。4.5.24.5.2下挖式消力池计算4.5.2下挖式消力池计算4.5.2.14.5.2.1判断是否需要消力池1．判断条件h”c>ht，为远离式水跃，需要修建消力池。h”c=ht，为临界水跃。h”c1时淹没系数取为1。4.5.3.34.5.3.3计算消力坎前消力池长度4.5.3.3计算消力坎前消力池长度4.5.3.44.5.3.4海漫计算4.5.3.4海漫计算4.5.3.54.5.3.5计算消力池底板厚度4.5.3.5计算消力池底板厚度4.5.44.5.4综合式消力池计算综合式消力池是在下挖式消力池末端修建不太高的消力坎。4.5.4.14.5.4.1计算消力坎坎高计算的坎高要使下游形成临界水跃，即h”c1=ht，可由下式求跃前水深hc1：（4.5.4-1）继而计算坎高：63 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助（4.5.4-2）（4.5.4-3）φ1——坎后水流收缩断面流速系数，由用户交互。注意：为安全起见，设计时可使坎高比结果稍低一些，使坎后形成稍有淹没的水跃。4.5.4.24.5.4.2计算池深使池内形成稍有淹没的水跃，则（4.5.4-4）（4.5.4-5）跃前水深hc按下式计算：（4.5.4-6）E0——由消力池底板顶面算起的泄水建筑物上游总势能（m）。由上述各式连解通过试算法可求出池深。4.5.4.34.5.4.3计算消力池长度4.5.4.3计算消力池长度4.5.4.44.5.4.4计算消力池底板厚度4.5.4.4计算消力池底板厚度64 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助4.5.4.54.5.4.5海漫计算4.5.4.5海漫计算4.5.54.5.5连续式挑流鼻坎计算4.5.5连续式挑流鼻坎计算4.5.5.14.5.5.1计算水舌挑距（《混凝土重力坝设计规范》）（4.5.5-1）（）（4.5.5-2）（4.5.5-3）式中：L——坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床面交点的水平距离（m）；v1——坎顶水面流速（m/s）；v——鼻坎处平均流速（m/s）；θ——鼻坎的挑角（度）；h1——坎顶垂直方向水深（m）；h2——坎顶至河床面高差（m）；h——坎顶平均水深（m）；φ——堰面流速系数，由用户交互；H0——水库水位至坎顶的落差（m）。4.5.5.24.5.5.2计算最大冲坑水垫厚度（《混凝土重力坝设计规范》）（4.5.5-4）式中：65 理正岩土6.5-工程水力学计算软件帮助tk——水垫厚度（m）；k——冲刷系数，由用户交互；H——上下游水位差（m）。4.5.5.34.5.5.3计算总挑距（4.5.5-5）（4.5.5-6）（4.5.5-7）根据《水力计算手册》：（4.5.5-8）式中：L’——冲坑最深点到坝下游垂直面的水平距离（m）；ΔL——水舌外缘与河床面交点到冲坑最深点的水平距离（m）；T——最大冲坑深度（m），由河床面至坑底；β——水舌外缘与下游水面夹角（度）；θS——水舌射出角（度），采用鼻坎的挑角；ΔS——鼻坎顶端与下游水面的高差（m）。4.5.5.44.5.5.4验算冲刷坑最大后坡根据《水力计算手册》冲刷坑后坡定义为：（4.5.5-9）i——冲刷坑后坡。《混凝土重力坝设计规范》7.4.2规定：“挑流消能的安全挑距，以不影响坝址基岩稳定为原则。冲坑最低点距坝址的距离应大于2.5倍坑深”。即规范规定许可的最大后坡为：iK=，当冲刷坑后坡i