水力学实训设计计算书
指导老师：柴华
前言
水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。
在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。
水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。综观所有人类文
明，几乎都是伴着河、海而生的
通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。
任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
任务三：绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。
任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算
任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。
1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰底高程为17.45，
计算下游收缩断面水深h C，
P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5m
P/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 为自由出流
m=0.32+0.171(P/H)^0.657
=0.442
设H
=H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得：
ζ
0=0.45 ζ
k
=0.7
ε=1-0.2（ζk+（n-1）ζ0）×H0/nb=0.92 H
=（q/（εm（2g）^0.5））^2/3=6.77m
E0=P+H0=6.77+1.25=8.02m
查表的：流速系数ψ=0.94
根据公式E 0=h c +q 2/2g φ2hc 2，可求出h c =3.63m q=Q/B=633.8÷22=31.69m 3/s 则其共轭水深：h c ”= h c ((1+8q 2/g h c 3)1/2-1)=5.92m
水跃发生位置Lj=6.9(h c ”- h c )=6.9×(5.92-3.29)=18.15m>5m,故不发生水跃。
2.临界水深h k 计算：根据矩形断面渠道临界水深h k 的计算，其水面宽度与底宽相等，即B=b ，
M=bh, 3
33223k K
k K b h A aQ b h g B b
===
令Q q b =
，则k h =，q 为单宽流量，a 为动能修正系数。所以：
h k=4.68m
平坡段水面曲线计算
（1） 判断水面曲线的型式
该段为平坡,收缩断面hc=3.63,hk=4.68，属于C 区的水面曲线为C0型壅水曲线。 （2） 水面曲线计算
以闸后断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.63米，假定h2=3.634米、h3=3.648、h4=3.642、h5=3.6455米，根据已知渠道全长（即L=5m ）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下： 取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h 1=3.63米 A 1=bh 1=3.63×20=72.6m 2
v 1=Q/A 1=633.8/72.68=8.73 (α=1)
Es 1=h1+v 12/2g=3.63+8.732/（2×9.8）=7.518m 同理，可算出h 2=3.634m ，A 2=72.68m2，v 2=8.72m 2/s ，Es 2=7.514 ΔEs=-0.0046 计算平均水力坡降
121/2*()J J J =+ 22V J C R =计算 1
62221
27.268, 2.665,*2.6650.013
R C χ===
同理：J 1=0.003489 J =1/2(J 1+J 2)=0.0348 L △= 0.0046
0.00348
S i J -=--△E =1.31 5L m ≈∑△ 。
其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为3.646m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示
陡坡段水面曲线计算（1：10）1.（1）试算法和图表法求正常水深
①试算法。假设一系列的正常水深h
0值，代入天然河道公式Q=AC
，计算出相应的流量
Q值。根据水深和流量值绘出h0~Q关系曲线，然后根据已知流量Q，在曲线上查出需求解得天然河道水深h0.
求h0，hk,判别水面线类型。设h0=2.49，2.485，2.475，2.465，2.45.，分别计算出相应的面积A，湿周X，水利半径R，谢才公式C及流量Q值，见表。
水深试算1
h
(m) A(m2) χ(m)R(m) C(m1/2/s) Q=√Ri(m3/s)
2.49 54.78 26.98 2.030393 26.03068 642.5361239
2.485 54.67 26.97 2.027067 25.98804 639.6710004
2.475 54.45 26.95 2.020408 25.90267 63
3.9601409
2.465 54.23 26.93 2.013739 25.81717 628.2751439
2.45 5
3.9 26.9 2.003717 25.68869 619.7961729
由表数据绘出h0~Q曲线，如图所示。根据设计流量Q=633.8m3/s，在曲线上差的渠道正常水深h0=2.474m
临界水深令
Q
q
b
=
，则
k
h=，q为单宽流量，a为动能修正系数。所以：h k=(q2/g)1/3=4.39m。
（3）判断水面曲线的型式
h k > h>h
, 渠道为陡坡,故水曲线为B
2
型降水曲线
（4）水面曲线计算
断面为控制断面向下游推算。将渠道分为4段，已知1-1断面水深h1=3.646米，假定h2=3.21米、h3=2.966、h4=2.775、h5=3.633米，根据已知渠道全长（即L=20.1）。将上述成果绘于图上联起来就得到水面曲线。具体计算结果如下：
取1-1和2-2为例计算，上游断面1-1 h1=3.646米
A1=bh1=3.63×20=80.201m2v1=Q/A1=633.8/80.201=7.9026(α=1)
Es 1=h1+v 12/2g=3.646+7.92/（2×9.8）=6.831m
同理，可算出h 2=3.21m ，A 2=70.62m2，v 2=8.97m 2/s ，Es 2=7.319 ΔEs=0.4877 计算平均水力坡降
121/2*()J J J =+ 2
2V J C R
=计算 22228.42, 2.4849,89.52R C χ===
同理：J 1=
0.002755
J =1/2(J 1+J 2)=0.0034 L △=
0.487
0.0966
S i J =-△E = 5.04 20.12L m ≈∑△ 。其他断面如表所示
以图可知5-5断面水深可得为2.633m
依据断面数据，画出水面曲线图，如图所示