关键工程水力学实训指导书

1、工程水力学实训指引书水力学教研室-3-21 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 一、灌溉引水系统（涉及取水口及输水系统）的水力计算2二、引水式电站的引水系统的水力计算4三、水闸水力计算6四、拦河溢流坝水力计算7五、河岸溢洪道水力计算9六、段村水利枢纽水利计算12七、颖河拦河闸水力计算15八、开敞式溢洪道水力计算16工程水力学实训教学环节日勺目日勺是巩固学生对工程水力学日勺基本概念、 基本原理和基本措施日勺掌握，加深对有关公式及图表日勺使用范畴和使用措施 日勺理解，加强理论联系实际及培养独立分析和解决实际问题日勺能力，使

2、学生 初步理解多种水工建筑物日勺水力计算过程，调动和提高学生学习专业课日勺积 极性。由于实际工程日勺多样性，条件千变万化，在每个具体日勺工程实例中，只 能选用常用而又有代表性日勺条件。一、灌溉引水系统（涉及取水口及输水系统）的水力计算（一）基本资料为了从水库引水灌溉，在某水库日勺岸边修建一取水口，取水口后通过无 压隧洞流入渠道。为控制引水流量，取水口设有控制闸门，控制闸门通过竖 井来操作，取水口前缘为喇叭口形，其后为断面尺寸不变日勺（矩形）压力引 水段直至门孔，闸门后有一（在平面上）扩散段进入消力池，扩散段长度为 12米。从进口至闸门之间水流为有压流，门后转为无压流。闸后有消力池， 消力池后隧

3、洞中水流保持缓流状态，水流出隧洞后来进入干渠。引水系统日勺 首部纵剖面构造状况见图1-1。水库正常蓄水位为460.0米，取水口进口高程 为442.0米。根据规划，取水口过流能力日勺规定是：当水位在445.0米以上时， 取水口取水流量不低于干渠日勺设计流量，Q=12m3/s。取水口宽度为2米，取 水口局部水头损失系数Z=0.1，工作闸门及检修闸门合计局部水头损失系数Z 二0.3,沿程水头损失系数入=0.016。根据地形、地质条件，选定无压隧洞日勺底 坡i=1/，隧洞以浆砌条石衬砌，糙率乃=0.02，无压隧洞日勺横断面形状及尺寸 见图1-2，结合施工条件拟定隧洞净宽b=3.0米，隧洞直墙高度3.5

4、米。自消 力池末算起日勺隧洞长度为200.0米。二计算任务1、按规划日勺过流能力规定，闸孔全开日勺工作条件校核过流能力与否满足规定。2、绘制在不同闸门开度下，水库水位和泄放流量日勺关系曲线。不同闸门开度下日勺流速系数见表1-1。3、计算通过设计流量时无压隧洞洞内水深，校核洞3.0 m . I内流速与否满足抗冲规定。4、计算消力池日勺池深及池长。图1-2无压隧洞横断面提示：计算消力池深度时所考虑日勺工作条件是：库水位为最高水位，流量从小到大直至设计流量为止。m蛔表1-1平板闸门不同开度下日勺流速系数开度e (m)0. 150. 30. 60. 91. 21. 5(P0. 960. 950. 93

5、0. 890. 850. 73图1-1灌溉引水系统首部纵剖面构造图二、弓I水式电站的引水系统的水力计算（一）基本资料在山区河流，由于天然落差较大，常采用引水式电站来开发水力资源。 引水式电站日勺引水系统，一般由开敞式取水口、输水明渠、前池和由前池至 厂房水轮机之间日勺压力管道四部分构成。引水式电站引水系统纵剖面见图 2-1。根据工程实际状况，进水闸设在拦河闸上游日勺右岸（见图2-2）。输水明 渠横断面为梯形，渠长5000米，底坡i=1/2500，渠底宽b=4米，渠道是在半 风化日勺岩石中开挖，n=0.02，边坡系数m=0.5。进水闸轴线与河道水流之间日勺 夹角（引水角）为45，进水闸闸前正常引

6、水位为761.0米，最高洪水位为 763.5米，正常引水位时，进水闸日勺设计引用流量为16m3/s，在闸前最低引水位 为760.2米时，引用流量规定保证不低于10m3/s。在正常引水位时，河中流速 %=1.0m/s。在最低引水位时，河中流速=0.8m/s。进水闸处河床高程为757.5 米，闸底板高程为759.0米，为了使闸前日勺河水位和闸后水位保持一定落差， 将护坦高程降至闸底板高程如下0.8米，即护坦高程为758.2米。引水闸闸孔 数n=3,闸墩为圆形，墩厚d=1.0米，边墩为矩形，边墩日勺计算厚度A =0.8米。（二）计算任务1、绘制输水明渠中水深与流量关系曲线。2、拟定在正常引水位和最低

7、引水位都满足流量规定日勺闸孔宽度，（假设 护坦末端日勺水深与输水明渠中水深相似）。3、校核引水闸后与否需要修建消能设施，如需要则进行消能设 计。L进水州幻护坦3.潮交段L输水明渠5,前沌6,溢流堰7,压力於谊8,慎墩图2-1三水闸水力计算（一）基本资料某平底水闸肩负汛期某河部分排洪日勺任务，汛期当临闸泄洪流量达 5000m3/s时，本闸开始泄洪。水闸设计洪水流量为1680m3/s，相应日勺上游水 位为7.18米，下游水位为6.98米。校核洪水流量为1828m3/s,相应日勺上游水 位为7.58米，下游水位为7.28米。汛期临闸泄洪流量为5000 m3/s时，本闸 开始泄洪，此时上下游水位差最大

8、，其相应日勺上游水位为5.50米，下游水位 为2.50米。闸底板高程为-1.00米，闸门为平面闸门，闸墩墩头为尖圆形，墩 厚d=1.00米。翼墙为圆弧行，圆弧半径r=12米。闸址处河道断面近似为矩形， 河宽B0=160米。（二）计算任务拟定水闸溢流宽度及闸孔数;闸下消能计算。四拦河溢流坝水力计算一、基本资料为理解决某区农田灌溉问题，在某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河 中水位，在拦河坝上游300米处设一引水闸，用以引水灌溉。基本资料涉及:设计洪水流量540m3/s；坝址处河底高程为43.5米；由灌区高程和灌溉规定拟定坝顶高程为48.0米；为减少建坝后日勺雍水对上游日勺影响，根据坝址处河面宽度采

9、用坝日勺溢 流宽度B=60米；溢流坝为无闸墩和闸门日勺单孔堰，采用WES型实用堰剖面，没有圆 弧行翼墙；坝前水位与河道过水断面面积日勺关系见表4-1；坝下游水位与河道流量关系见表4-2；坝基土壤为中砾石；9）河道平均底坡i=0.00127；河道实测平均糙率乃=0.04；引水闸闸底板高程44.0米；引水闸正常引水流量232m3/s；闸下游为底坡为0.01日勺矩形断面渠道，糙率n=0.014，渠道长为100 米。下游为底宽与闸宽相似日勺浆砌块石矩形支渠，底坡i=0.001。坝下水位（m）4444.2544.544.754545.2545.545.754646.2546.547475河道流量（m3/

10、s）15306075100130160200220265300375475表4-2坝下游水位与河道流量关系表48575二、计算任务拟定坝前洪水位;拟定坝前断面尺寸；绘制坝前水位与流量关系曲线；绘制坝上游雍水曲线；坝下消能计算；闸宽计算；绘制闸下游水位与流量关系曲线;闸下游消能计算；闸后水面线计算与绘制。一基本资料某水库带胸墙日勺宽顶堰式河岸溢洪道（见图5-1）,用弧形闸门控制下泄 流量，溢洪道共三孔，每孔净宽10米，闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米，翼墙 为八字形，闸底板高程为33.0米，前沿为圆弧形。胸墙底部为圆弧形，圆弧 半径,=0.53米，胸墙底部高程为38.0米，闸门圆弧半径为7.5米。弧形

11、闸门 门轴高程为38.0米，闸后接第一斜坡段，底坡=0.01，水平长度为100米， 底宽为34米，第一斜坡段后接第二斜坡段，i2=0.05，水平长度为40米，底宽 由34米变为30米，为渐变段，第二斜坡段后接第三斜坡段，底坡i3=1/6，水 平长度为40米，底宽为30米。上述三个斜坡段日勺横断面均为矩形断面。溢 洪道用混凝土浇筑，糙率乃=0.014。水库设计洪水位为42.07米，校核洪水位 为42.40米。溢洪道下游水位与流量日勺关系曲线见图5-2。二计算任务当闸门全开时：绘制库水位与溢洪道日勺流量关系曲线；绘制库水位为设计洪水位时日勺溢洪道水面曲线；若下游河床较低，则在第三段日勺末端设持续式

12、挑流坎，挑射角。=25 , 试计算溢洪道下游最大冲坑深度和相应日勺挑距。（溢洪道下游水深查图5-2， 其她数据见图5-1）若下游河床高程等于第三斜坡段末端日勺高程，试作底流式消能日勺水力 计算。提示胸墙底缘为圆弧行，闸孔出流时流量按如下公式计算：Q =皿 2g （H -*）式中：日= 甲（中=0.95）0.42.71816 rer胸墙底部圆弧半径（m）。挑坎末端日勺流速v按下式计算:式中：巾一流速系数，取0.93；S一挑坎至闸上水位高差（m）。图5-120D400 6W 8f01000 iZOfl 3 400 F灿渔械时&)图5-2六段村水利枢纽水利计算一、基本资料段村水利枢纽工程位于颖河上游

13、登封县境内。控制流域面积94.1平方公 里。根据水能计算，该枢纽死水位348米，最快乐利水位360.52米，相应库 容1423.07万立方米。设计洪水位按50年一遇为363.62米，相应库容1998.36 万立方米，溢洪道泄洪量540m3/s，泄洪洞泄洪量90 m3/s，校核洪水位按500 一遇，为364.81米，相应库容2299.68万立方米，溢洪道泄洪量800 m3/s， 泄洪洞泄洪量110 m3/s。根据地形、地质条件和水力条件初步拟定。（一）溢洪道溢洪道由六段构成，如图7-1所示。引渠段 长120米，底坡i=0，边坡1： 1.5，混凝土衬砌。2控制段 采用平底坎宽顶堰，顺水流长度20米

14、。3 .渐变段断面为矩形，长60米，底坡1： 50。 第I陡槽段 断面为矩形，底宽40米，长596米，底坡1： 200。 第II陡槽段断面形状及尺寸同第I陡槽段，长40米，底坡1： 8。挑流消能段 下泄设计洪水时，挑坎下游尾水渠水位350.64米，下游 河底高程347.2米。（二）泄洪洞泄洪洞由11段构成，如图7-2所示。进口段 采用底部高程342米，长10米。进口喇叭形塔架式进水口， 进口设拦污栅3=0.15,进口局部水头损失系数Z=0.1。 闸室段 横断面为4米X4米日勺矩形断面，长6米，门槽3=0.1。 渐变段 横断面由4米X4米日勺矩形断面渐变为直径为3.5米日勺圆形 断面，长10米，

15、渐变段3=0.05。洞身段 横断面是直径为3.5米日勺圆形断面，长170米。第二渐变段 横断面由直径3.5米日勺圆形断面渐变为3.2米X3.2米日勺 矩形断面，长10米。洞后闸室段 底部高程为341米，长12米。平坡段底宽3.2米，长7米。扩散斜坡段 扩散角15，底坡1： 5。消能段 h = q ，0.9c 5 （H + P1 + Z）扭曲面尾水渠 底部高程337米，底坡1： 0.001，底宽14米，边坡1： 1.5。二、计算任务拟定引水渠断面。拟定控制段垂直水流方向宽度。验算渐变段长度与否满足规定（扩散角应不不小于15）。按设计洪水流量计算并绘制溢洪道水面曲线，计算各断面掺气水深。拟定挑坎形状及尺寸（溢洪道出口河底高程347米，岩石坚硬，完整 性较差）。计算挑距，验算与否满足稳定规定。验算泄洪洞与否满足泄洪规定（设计洪水位、校核洪水位两种状况）。分析泄洪洞下游水流衔接形式，设计消力池。图7-1般段图7-2七颖河拦河闸水力计算（一）基本资料颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入 颖河口下游之间。流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流 平均纵坡1/6200。上下游河道断面尺寸见图8-1。在灌溉用水季节，拦河闸