高职《水力学》综合练习指导书

'水工高职《水力学》综合练习任务书按水工专业教学大纲的要求，为全面考察学生的学习质量，培养学生的工作能力，在学生学完木课程后进行综合练习。一、练习目的综合练习的目的，是对学生所学知识及能力的进一步系统训练和提高，是增强学牛灵活运用所学知识分析问题、解决问题能力的有力措施。二、练习题目：河床式溢洪道的水力计算三、基本资料：某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设河床式溢洪道。溢洪坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为0.7,上、下游堰高相等，溢流坝共五孔，每孔净宽8.0m,闸墩采用半圆形，边墩圆弧形，平面闸门控制。坝基下和对不透水层埋藏较深，防渗帷幕深度12.0m。坝址附近河段较为顺直，断而为冇主槽和边滩的台地形，主槽断面近似矩形11变化较小，平均槽深9.62m,平均宽度52.0m。拟用底流式衔接消能。已知：1、设计洪水位435.00m,相应的下泄流量为1250.0n?/s；校核洪水流量1400.0m3/s；正常蓄水位434.2m,防洪限制水位432.00m□2、人坝坝顶高程436.60m,坝址下游河床高程405.00mo3、平均坡降i=0.001,糙率=0.04o4、溢流坝地下轮廓尺寸如图所示。1|152015、水库“水位——库容”关系如下表。 “水位——库容”关系表Z(m)429.00431.00433.00435.00436.00V(X104m3)19402830329048305370四、计算任务：1、按明渠均匀流计算并绘制下游河段的“水位——流量”关系曲线2、确定堰顶高程并设计堰的剖面形状、闸墩厚度及墩头半径。3、求水库的校核洪水位，验算堰顶高程是否满足耍求并计算下泄校核洪水时每米溢流坝段上所受的动水总压力。4、求在正常蓄水位下闸门关闭时，每扇闸门及每米溢流坝段上所受的总压力。5、粗略估算当闸门开度e=1.5m时，将库水位由正常蓄水位降至防洪限制水位所需的时间。6、设计消能工：分别作消力池、消力坎两个方案的计算（确定池深、坎高、池长及其边墙高度）。（也可只做一种设计方案）7、分析比较各消能工方案，并绘制选定方案的溢洪道纵剖面图（三号图纸也）五、上交成果：1、设计说明书一份2、选定方案的溢洪道纵剖面图：要求比例适当，布置合理、线条、标注、图题、图标等均符合制图规范的要求。六、时间安排：本综合练习安排在水力学课程学完Z后进行，时间为一周，具体安排如下：工作内容工作历时（天）布置任务、准备、计算任务1、21.0计算任务3、4、51.5计算任务61.0计算任务71.0整理上交成果、答辩0.5合计5七、要求1、综合练习期间，严格遵守学校的作息时间，不得以任何理由跑出教室玩耍，违者将以不及格论。 2、要求认真、独立完成，相互之间可以讨论，但不能相互抄袭。如发现有自己不做而去抄别人的，抄袭者和被抄袭者的成绩以不及格论 水工高职《水力学》综合练习指导书一、按明渠均匀流计算并绘制下游河段的“水位流量”关系曲线。1、采用明渠均匀流计算公式：Q=CA4Ri=-R1，3ix,2n2、主椚断面近似为矩形，按矩形计算。3、采用试算法：假设一系列水深，按明渠均匀流公式算岀一系列流量，将一系列水深加入河床高程得一系列水位，然后以水位为横坐标，流量为纵处标绘出下游“水位——流量”关系曲线。计算可列表进行，如下表水深h下游水位Z（m）b(m)A(m2)X(m)R(m)Q(m3/s)hih2二、确定堰顶高程并设计堰的剖面形状、闸墩厚度及墩头半径。（一）、堰顶高程及堰的剖面形状设计：1、采用公式：Q=（ys£mB2、计算方法：试算法，试算时采用设计洪水位时下泄流量。（1）假定堰顶为自由出流，此时6=1.0,待堰顶高程确定后，在根据实用堰淹没出流条件确定是否修正So（2）假定m取值：因堰剖面形状为WES型，故暂取m=0.502（3）假定£值，代入计算公式求出Ho,再将Ho代入£=1_0.2［臥+（—1）釦普计算£值，与假设的£值比较，若相差较大，继续假设£值，再算Ho。在求£直至算出的£值与假设的f值很接近为止。（4）确定堰高和堰顶高程：暂吋忽略行近流速水头，即认为是高堰，此吋:堰高P二设计洪水位一河床高程一H（）堰顶高程：▽萨河床高程+堰高P （5）修正a、m值%1q的修止：如果P】/Hov2或hs/H0>0.15则要修正。%1m的修正：先确定出，Hd=(0.75〜0.95)Hmax,EUx为校核洪水流量的堰顶水头，在判别是否是高程(P/H&1.33位高堰，反之为低堰)，若为高堰，由Ho/Hd查教材P269图8-19得岀m/md|±］修正m,若为低堰，又P/H。查8—19左上角图得修正系数C,再由H「/Hd查图8-19得出m/md,由m=(0.502m/md)C修正m(6)堰顶高程的修正：因丁、m修正，故相应堰顶高程也应该相应修正。即将修正后的6、m值及第(3)步确定的訂直代入Q=H严换算出H。，由第(5)步修正m时高低堰的判别结果，确定是否可忽略行近流速。有堰高P二设计洪水位一河床高程一H(),▽萨河床高程+堰高P求得最后堰高和堰顶高程。3、WES剖面设计(1)上游直线段：由坝高确定(2)堰顶曲线：按公式-^-=0.5(—)*85及教材P268图8-18确定。%Hd(3)K游斜坡段:按1：0.7坡度推平行线，使其与垠顶曲线及下游反弧段相切。(4)下游反弧段：按下游堰高R和设计水头讯查表8-4(教材P267)得反弧半径R,绘制反弧段。(二)闸墩厚度及墩头半径闸墩厚度d二(Bo-nb)/5墩头半径r=d/2 三、求水库的校核洪水位，验算坝顶高程是否满足要求，并计算下泄校核洪水时每米溢流坝段上所受的动水总压力。1、校核洪水位：▽校二▽堰+Hmax2、验算：坝顶高程与校核洪水位相比较，并考虑安全超高。3、每米溢流坝段所受的动水总压力：分析溢流坝受力，由动量方程ZFx=pQ(v2x-vix)计算四、求正常蓄水位下闸门关闭时，每扇闸门及每米溢流坝段上所受的总压力：1、每扇闸门所受的总压力：先求出闸门淹没深度，用求作用在平面壁上的静水总压力的方法计算。2、每米溢流坝段上所受的总压力：用求作用在平面上的静水总压力的方法计算。注意此时静水压强分布图的形状为梯形。五、做闸门开度分别为1・5、2.5>3・0、3.5及全开时的“Z〜Q”关系曲线。（一）闸孔出流计算：1、验算闸门开度为1・5、2.5、3.0、3.5是否为闸孔出流。2、验算是否为闸孔自由出流。3、闸孔口由出流采用公式：Q=4、列表分别计算*1.5、2.5、3.0、3.5时的Q,并在同一坐标上绘出不同开度时的“Z〜Q”关系曲线。zH=Z一▽jge/H他=0.6850」9"HQe=L5me=2.5m（二）闸门全开时，为使用堰门由出流:1、采用公式：Q=smBH晋伍2、计算方法：试算法、假设一系列堰上水头H,求岀一系列Q,将堰上水头 加上堰顶高程即可得水位Z。曲Z和Q绘制全开时的“Z〜Q”关系曲线。（在同一坐标上绘制）。六、估算e=1.5m时，将库水位由正常蓄水位降至防洪限制水位所需时间：1、由“Z~Q”关系曲线杳出e=1.5m时，止常蓄水位和防洪限制水位相应的卜-泄流量。2、求出平均下泄流量：O=（0e+Q限”23、作“水位——库容”关系曲线并根据此莒线查处正常蓄水位和防洪限制水位的库容V,由V正一V限即得下泄的水量。4、所需时间T=（ViE-V^）/Q七、消能工设计（一）消力池方案1、判别下游水流衔接形式，确定是否修消力池。步骤可按课本例9-1进行。2、计算消力池深度S：采用试算法、可参照例题9—2进行。3、计算池长h：lk=厶+0.75-l}=0-二6.9（/1「-宀）4、闸门全开时分别取堰顶下泄防洪限制水位、正常水位、设计洪水位、校核洪水位相应流量按上述步骤确定池深、池长，绘制S~Q,h〜Q关系曲线，求出S及h的最大值。（-）消力坎方案1、判别卜•游水流衔接形式，确定是否修消力坎。2、求坎高C：可参照例9—3进行。3、计算池长贬lk=0.75Z.4、闸门全开时分别取堰顶下泄防洪限制水位、正常蓄水位、设计洪水位、 校核洪水位相应流量按照上述步骤确定坎高、池长，绘制C~Q,和h~Q关系曲线，求出C及h的最大值。八：分析比较消能工方案，并绘制选定方案的溢洪道剖面图:从经济合理、施工方便、施工技术可行等方面简单分析，并根据本练习的资料选定方案，绘制溢洪道纵剖面图。'