各种堰流水力学计算说明书d-4

D-4各种堰流水力学计算序作者陈靖齐（水电部天津勘测设计院）校核潘东海（水电部天津勘测设计院）一、分类和判据（一）薄壁堰，δ/H＜0.67；（二）实用堰，0.67＜δ/H＜2.5；（三）宽顶堰，2.5＜δ/H＜10。式中：δ—堰的厚度；H—堰上作用水头。二、薄壁堰（一）流量公式：（二）流量系数，用巴赞（Bazin）公式：适用范围H=0.1—0.6m，q=0.2—2.0m，H≤2P式中：H—堰上水头（m），不包括V02/2g；P—堰高（m）。考虑侧收缩时，式中：b—堰宽（m）；B—引水渠宽（m）。（三）因为作为量测流量的薄壁堰不宜在淹没条件下工作，故本程序不包括薄壁堰的淹没问题。三、宽顶堰（一）流量公式式中：H0=H+V02/2g（m），B—堰宽，其他：（二）淹没系数σ，其值依赖于淹没高度与水头之比值hs/H0，其关系如下表：hs/H00.800.810.820.830.840.850.860.870.880.89σ1.000.9950.990.980.970.960.950.930.900.87hs/H00.900.910.920.920.940.950.960.970.98σ0.840.820.780.740.700.650.590.500.40本程序已把他们存入数据库中，可供插值用。9\n（三）侧收缩系数式中：ξk—边墩形状系数。直角形八字形圆弧形流线形ξk1.00.70.70.4ξ0—闸墩形状系数，并受淹没（hs/H0）影响已存入数据库中，可供插值用。ξ0hs/H0形状≤0.750.800.850.900.95矩形尖角形半圆形尖圆形流线型0.800.860.920.981.000.450.860.570.630.690.450.510.570.630.690.250.320.390.460.530（四）流量系数m因前沿形式而异：直坎：圆坎：无坎宽顶堰m值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计ξk。本数据库备有直角翼墙；八字形翼墙，ctgθ=0，0.5，1.0，2.0，圆角形翼墙r/b=0，0.2，0.3，0.5，分别对B/B0=0，0.1，0.2，…，1.0之m值。（五）根据设计流量和水头计算堰宽时，本程序从流量公式中，经过适当变换，直接求出B。这比试算法、迭代法精度都高。四、实用堰（一）堰形WES剖面y/Hd=0.5（X/Hd）1.85X≥0上游三圆弧大圆狐x12+y12=R12-b1≤x≤0中圆弧x22+y22=R22-b2≤x≤-b1小圆弧x32+y32=R32-b3≤x≤-b2式中参数值：R1=0.5HdR2=0.2HdR3=0.04Hdb1=0.175Hdb2=0.276Hdb3=0.2818Hd9\n（二）流量公式式中：m—流量系数；m—f（H0/Hd），为实验曲线。本程序数据库中存有H0/Hd=0～1.6，△（H0/Hd）=0.1的m值，可供自动插值用。（三）淹没系数σ，σ=σ（hs/H0），为数表，本程序存有hs/H0=0.00～1.00，△（hs/H0）=0.05之σ值数据。　（四）侧收缩系数ε，计算公式同宽顶堰，并用同一段程序。五、程序功能校核流量Q；设计水头Hd；计算溢流宽度B。用字符变量A＄=“Q”，“H”，“B”控制。计算Hd用逐次迭代法，│△H│＜0.001。六、变量说明表变量名注释TYMITZX1SPPMJHHSQB0NMSGXKX0EPB堰型号：薄壁堰1，实用堰2，宽顶堰3宽顶堰型号：直坎1，圆坎2，无坎3薄壁堰类型号：矩形堰1，三角堰2边墩形状号：直角1，折角2，圆角3，流线型4闸墩形状号：矩形1，尖角2，圆角3，尖圆角4，流线型5坎高无坎宽顶堰翼墙形式号：直角形1；八字形2；圆弧形3水头先为淹没水深hs，后为hs/H流量Q上游渠宽B0闸孔数n流量系数m淹没系数σ边墩形状系数ξk闸墩形状系数ξ0侧收缩系数ε堰宽9\n七、操作实例例1，某宽顶堰、直坎，已知n=1，B=2.5m，H=2m，不计淹没，八字形边墙出口，计算流量。（武水，《小水利》，P141—142，例4-1），答案Q=10.1m3/s）操作如下：按键显示DEFC3回车1回车Q回车回车1回车2.5回车0.5回车2回车回车2回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？B=？P=？H=？Hs=？直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X1=？（Q=10.081m3/s）例2，宽顶堰，圆坎，Q=15m3/s，P=0.5m，上游水位44m，底板高程42m，圆弧形边墙，计算闸孔尺寸（同前，P141—142，例4-2），（答案b=3.44m，选3.5m）。操作如下：按键显示DEFC3回车2回车B回车回车1回车15回车0.5回车44—42回车回车3回车3.5回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？Q=？P=？H=？Hs=？直角1，折角2，圆角3，流线型4=1，2，3，4X1=？（Lprint：B=3.451m）B=？（Q=15.227m3/s）9\n例3梯形排水渠，闸室为平顶堰溢流，上游水位26.4m，闸底高程20.87m，下游水26.29m，Q=72m3/s，梯形底宽40m，边坡1.1，边墙八字形，半圆形墩头。求闸孔数及闸孔尺寸。（同前P144—146，例4-3），（n=3，B=10.5m）操作如下：按键显示DEFC3回车3回车B回车40+26.4-20.87回车3回车72回车26.4-20.87回车26.29-20.87回车3回车0回车1回车1/3回车回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？P=？H=？Hs=？矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1，2，3，4，5sp=？直角形，八字形，圆弧形=1，2，3，MJ=？ctgo=？B/B0=？（B=10.185m）B=？（Q=72.0m3/s）例4，宽顶堰式进水闸，尖圆形闸墩，45°边墙，B0=30m，底板高程100.0m，坎高程101.5m，圆坎，Q=120m3/s，上游水位105.5m，下游105.2m，求Q和n。（华水，水力学，下册第二版P31—33，例9.3），大；答案B=12.39m，n=2）操作如下：按键显示DEFC3回车2回车B回车29回车2回车120回车101.5-100回车105.5-101.5回车105.2-101.5回车2回车4回车回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？Q=？P=？H=？Hs=？直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X1=？矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1，2，3，4，5sp=？（B=12.335m）B=？（Q=119.999m3/s）9\n例5，某进水闸直角形前沿闸坎，坎底高程100m，坎高程103m，两孔，上游水位107m，半圆形闸墩，半圆形边墩，无淹没，B0=20m，Q=200m3/s，求闸孔宽度（清华，水力学下册，P171-172，例13-4）（答案16.8m）操作如下：按键显示DEFC3回车1回车B回车20回车2回车200回车103-100回车107-103回车回车3回车3回车回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？直坎，圆坎，无坎=1，2，3MI=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？Q=？P=？H=？Hs=？直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X1=？矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1，2，3，4，5sp=？（B=16.823m）B=？（Q=200.0m3/s）例6，某溢流坝，WES堰剖面，半圆形闸墩，圆弧形边墩，设计流量Q=5500m3/s，上、下游水位分别为55.0与39.2m，河床高程22.0m，挑坎高程29m，B0=160m，单宽流量q=80m2/s。求（1）溢流宽度，溢流孔数；（2）坝高（华水，水力学，下册，第二版P23-25，例9．2）（答案B=68.8m，n=7，Hd=11.47m，坝顶高程43.53m）操作如下：按键显示DEFC2回车H回车160回车7回车5500/80回车5500回车55-22回车39.2-22回车3回车3回车回车回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？（试选7，Q/9）B=？Q=？H1=？H2=？直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X1=？矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1，2，3，4，5sp=？（Hd=11.786m，P=21.213m）H1=？H2=？（Q=5504.076m3/s）9\n例7，某溢流坝，WES标准剖面，Qd=28000m3/s，上游水位125m，下游50m，河床30m，弧形闸门,单宽15m,16孔,（1）求坝顶高程（Hd=15m，P=80m）,（2）校核流量,上游水位127.2m，下游56m，（Q=34676m3/s），（3）校核流量，上游水位121.6m，下游51m（Q=18906m3/s）（清华,水力学,下册，P163-166，例13-3）。半圆形闸墩，圆角形边墩。操作如下：按键显示DEFC2回车H回车回车16回车15*16回车28000回车125-30回车50-30回车3回车3回车127.2-30回车56-30回车GOTO“H1”回车121.6-30回车51-30回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？A＄=Q，H，B？B0=？N=？B=？Q=？H1=？H2=？直角，折角，圆角，流线型=1，2，3，4X1=？矩形，尖角，圆角，尖圆形，流线型=1，2，3，4，5sp=？（Hd=14.955m，P=80.044m）H1=？H2=？（Q=34629.638m3/s）H1=？（校核第二个流量）H2=？（Q=18709.020m3/s）例8，薄壁堰，矩形，B=0.5m，堰高P=0.5m，H=0.2。求流量（选自华水，水力学，下册P11，例9-1），答案（Q=0.0847m3/s）操作如下：按键显示DEFC1回车1回车0.2回车0.5回车回车0.5回车薄壁堰，实用堰，宽顶堰=1，2，3，TY=？矩形堰，三角堰=1，2Tz=？H=？B=？B0=？P=？LprintH，P，BM0=0.4370Q=0.0866m3/s（注：清华用公式与华水不同，本程序用清华书）例1的计算结果文件为D-4.OUT：************************************************************************堰流水力学计算书****9\n********************************************************************[水力学计算报告]__________________工程、___________阶段、__________专业、__________部分计算书~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~==========================================================================一、基本资料与计算假定宽顶堰闸孔数n:1堰宽B:2.50(米)坎高P:0.50(米)堰上水头H:2.00(米)堰上设计水头Hd:0.00(米)淹没水深hs:0.00(米)二、计算简图见附图一。三、公式与算法(宽顶堰)(１)流量公式Q=σ*ε*m*B*SQR(2*g)*Ho^(3/2)式中SQR---开方号Ho=H+Vo*Vo/2/g(米);B---堰宽(米)m---流量系数σ---淹没系数ε---侧收缩系数(２)淹没系数σ，其值依赖于淹没高度与水头之比值hs/Ho,关系如下表：_________________________________________________________________|hs/Ho|0.80|0.81|0.82|0.83|0.84|0.85|0.86|0.87||-------|------|------|------|------|------|------|------|------||σ|1.00|0.995|0.99|0.98|0.97|0.96|0.95|0.93|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~_________________________________________________________________|hs/Ho|0.88|0.89|0.90|0.91|0.92|0.92|0.94|0.95||-------|------|------|------|------|------|------|------|------||σ|0.90|0.87|0.84|0.82|0.78|0.74|0.70|0.65|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~______________________________|hs/Ho|0.96|0.97|0.98||-------|------|------|------||σ|0.59|0.50|0.40|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(３)侧收缩系数ε=1-0.2*(ζk+(n-1)*ζo)*Ho/(n*b)式中ζk---边墩形状系数，其值如下：______________________________________________________________9\n||直角形|八字形|园弧形|流线形||--------|------------|------------|------------|------------||ζk|1.0|0.7|0.7|0.4|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ζo---闸墩形状系数，受淹没(hs/Ho)影响，其值如下：____________________________________________________|＼＼hs/Ho|||||||＼ζo＼|<=0.75|0.80|0.85|0.90|0.95||形状＼＼|||||||-------------|--------|------|------|------|------||矩形|0.80|0.86|0.92|0.98|1.00||尖角形|0.45|0.51|0.57|0.63|0.69||半园形|0.45|0.51|0.57|0.63|0.69||尖园形|0.25|0.32|0.39|0.46|0.53||流线形|||0|||~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(４)流量系数m因前沿形式而异：直坎m=0.33+0.01*(3-P/H)/(0.46+0.75*P/H)园坎m=0.36+0.01*(3-P/H)/(1.2+1.5*P/H)无坎宽顶堰m值已包括翼墙影响，计算侧收缩系数时，不计ζk。本程序中已备有直角形翼墙；八字形翼墙，ctgθ=0,0.5,1.0,2.0,园角形翼墙r/b=0,0.2,0.3,0.5,分别对B/Bo=0,0.1,0.2,···1.0之m值。(５)根据设计水头和水头计算堰宽时，本程序从流量公式变换直接求出B.四、计算结果行进流速Vo:0.00(米/秒)H0=H+V0*V0/2/G：2.00(米)淹没高度/水头hs/Ho:0.0000===系数===淹没系数σ:1.0000边墩形状系数ξk:0.7000闸墩形状系数ξo:0.0000流量系数m:0.3625===校核===堰宽B:2.50(米)侧收缩系数ε:0.8880流量Q:10.08(立方米/秒)===========================================================================校核者________计算者________________计算单位____________________计算时间____年___月___日9