宽顶堰过流量计算表
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7.2宽顶堰溢流——学习材料学习单元⼆、宽顶堰溢流⼀、堰的基本计算公式图7-3如图7-3所⽰的堰流为例推导堰流的⽔⼒计算公式:以通过堰顶的⽔平⾯为基准⾯,对堰前断⾯0―0 及堰顶断⾯1―1 应⽤能量⽅程式。
其中0―0 断⾯为渐变流;⽽1―1 断⾯流线弯曲程度很⼤,⽔流为急变流,过⽔断⾯上测压管⽔头不为常数,⽤γpz +表⽰1―1 断⾯上测压管⽔头平均值。
由此得:gv pz H g v H 2)(221110200αζαγα+++==+ v 0——0-0 断⾯的平均流速 v 1——1-1 断⾯的平均流速ζ——局部阻⼒系数令 ,0H pz ξγ=+ζα?+=11设堰顶过⽔断⾯1―1 宽度为b ,⽔⾆厚度⽤0kH 表⽰,k 为反映堰顶⽔流垂直收缩程度的系数。
则过⽔断⾯1―1 ⾯积为0kbH ,过堰流量为:v 011v 1P 2δHP 123010010121)(2H g b k H H g b kH A v Q ξζαξζα-+=-+==令ξ?ξζα-=-+=111k k m ,称为堰流的流量系数。
则堰流流量为:2302H g mb Q =,式中0H 称为堰前总⽔头上式为⽔流⽆侧收缩时堰流⾃由出流流量计算的基本公式,对堰顶过⽔断⾯为矩形的薄壁堰、实⽤堰及宽顶堰流都适合,不同的堰流流量系数不同),,(ξ?k m m =。
如堰流存在侧向收缩以及堰下游⽔位对过堰⽔流有影响时,应⽤上式时必须进⾏修正。
实际计算中将堰前⾏进流速⽔头的影响写进流量系数之中23200021(gv m m α+,则堰流流量公式可以写成:2302H g b m Q =由流量公式可知,堰流流量和堰前总⽔头的3/2次⽅成正⽐。
⼆、宽堰当堰顶⽔平且10/5.2≤宽顶堰流是实际⼯程中很常见的⽔流现象。
⼀般可分为两种,⼀种是具有底坎(堰坎),在垂直⽅向发⽣收缩⽽形成的有坎宽顶堰流,如图7-4(a)、(b)所⽰;另⼀种是没有底坎,如⽔流流经桥墩之间(见图7-4(c))、隧道或涵洞⼊⼝,以及⽔流经施⼯围堰束窄了的河床(图7-4(d) )时,⽔流由于边界宽度变⼩⽽产⽣侧向收缩,流速增⼤,动能增⼤,势能相应减⼩导致进⼝处⽔⾯跌落,产⽣宽顶堰的⽔流状态,称为⽆坎宽顶堰流。
闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.908872896总净宽B040侧收缩系数ξ0.943531613闸墩厚度dz 4断面面积2321.5436b b30.95原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.278656闸墩顶高程191.1189.18 1.92堰上水深H021.36464下游水位189.14 1.96自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 19.140.895873闸墩高H 21.6淹没系数σ0.837306m(直角)0.382361m(圆角)0.384109自由过流流量Q 淹没过流流量Q Q(直角)6312.225Q(直角)5285.263Q(圆角)6341.097Q(圆角)5309.4375290闸门孔数n4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.908872896总净宽B040侧收缩系数ξ0.943531613闸墩厚度dz 4断面面积2321.5436b b30.95原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.0159闸墩顶高程189.93188.16 1.77堰上水深H020.13713下游水位188.12自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 18.120.89983闸墩高H 20.43淹没系数σ0.82807m(直角)0.382203m(圆角)0.38406自由过流流量Q淹没过流流量Q宽顶堰堰流泄流能力计算(P=1)宽顶堰堰流泄流能力计算(P=2)Q(直角)5773.732Q(直角)4781.054Q(圆角)5801.781Q(圆角)4804.284680闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.909780316总净宽B040侧收缩系数ξ0.943758468闸墩厚度dz 4断面面积1715.1756b b25.9原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.250498闸墩顶高程188.05186.43 1.62堰上水深H018.30814下游水位186.39自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P 0.5下游水位h s 16.390.89523闸墩高H 18.55淹没系数σ0.838767m(直角)0.381911m(圆角)0.383968自由过流流量Q 淹没过流流量Q Q(直角)5002.632Q(直角)4196.041Q(圆角)5029.579Q(圆角)4218.6443860闸门孔数n 4中间闸墩侧收缩系数ξz0.955084519单孔净宽b010边闸孔侧收缩系数ξb 0.910700081总净宽B040侧收缩系数ξ0.943988409闸墩厚度dz 4断面面积1468.0005b b23原河道底高程169.5坎顶高程170河道流速 2.207084闸墩顶高程186.26184.89 1.37堰上水深H016.50828下游水位184.85自由过流流量系数m堰流淹没出流系数σ坎高P0.5下游水位h s14.850.899549宽顶堰堰流泄流能力计算(P=5)宽顶堰堰流泄流能力计算(P=10)。
宽顶堰流的水力计算之勘阻及广创作如图所示,水流进入有底坎的堰顶后,水流在垂直方向受到堰坎鸿沟的约束,堰顶上的过水断面缩小,流速增大,势能转化为动能。
同时堰坎前后发生的局部水头损失,也导致堰顶上势能减小。
所以宽顶堰过堰水流的特征是进口处水面会发生明显跌落。
从水力学观点看,过水断面的缩小,可以是堰坎引起,也可以是两侧横向约束引起。
当明渠水流流经桥墩、渡槽、隧洞〈或涵洞)的进口等建筑物时,由于进口段的过水断面在平面上收缩,使过水断面减小,流速加大,部分势能转化为动能,也会形成水面跌落,这种流动现象称为无坎宽顶堰流,仍按宽顶堰流的方法进行分析、计算。
(一)流量系数宽顶堰的流量系数取决于堰的进口形状和堰的相对高度,分歧的进口堰头形状,可按下列方法确定。
1、进口堰头为直角(8-22)2、进口堰头为圆角(8-23)3、斜坡式进口流量系数可根据及上游堰面倾角由表选取。
在公式(8-22)、(8-23)中为上游堰高。
当≥3时,由堰高引起的水流垂向收缩已达到相当充分程度,故计算时将不考虑堰高变更的影响,按=3代入公式计算值。
由公式可以看出,宽顶堰的流量系数的变更范围在0.32~0.385之间,当=0时,=0.385,此时宽顶堰的流量系数值最大。
比较一下实用堰和宽顶堰的流量系数,我们可以看到前者比后者大,也就是说实用堰有较大的过水能力。
对此,可以这样来理解:实用堰顶水流是流线向上弯曲的急变流,其断面上的动水压强小于按静水压强规律计算的值,即堰顶水流的压强和势能较小,动能和流速较大,故过水能力较大;宽顶堰则因堰顶水流是流线近似平行的渐变流,其断面动水压强近似按静水压强规律分布,堰顶水流压强和势能较大,动能和流速较小,故过水能力较小。
(二)侧收缩系数宽顶堰的侧收缩系数仍可按公式(8-21)计算。
(三)淹没系数当堰下游水位升高到影响宽顶堰的溢流能力时,就成为淹没出流。
试验标明:当≥0.8时,形成淹没出流。
淹没系数可根据由表查出。
溢洪道水利设计溢洪道在水利枢纽中,溢洪道是必须设置的泄水建筑物。
溢洪道是一种最常见的泄水建筑物,用于宣泄规划水库所不能容纳的洪水,防止洪水漫溢坝顶,保证大坝安全。
溢洪道除了具备足够的泄流能力外,还要保证其在工作期间的自身安全和下泄水流与原河道水流获得妥善的衔接。
10.1 溢洪道布置10.1.1 型式选择因为开敞式溢洪道泄洪能力大,工作可靠,结构简单,施工、管理和维修方便,水流条件较好,可省去闸门和启闭设备,所以选用开敞式溢洪道。
10.1.2 位置选择本设计溢洪道位置的选择可参考已建工程,布置在坝址的右岸,其具体布置可参见枢纽总体布置图。
10.1.3 结构型式(1)进口段由于溢洪道进口紧靠水库,水流条件较好,不需引水渠,仅做喇叭口式进水段。
取55.36m。
(2)控制段控制段的设计参考实际工程,采用宽顶堰,堰顶高程为2156.8m,堰宽6m。
(3)泄槽段等坡陡槽段由渐变段和陡坡段组成。
溢洪道陡槽坡度由陡变缓。
(4)出口消能段控制段的尺寸拟定和消能设计设计情况下:下泄流量为71.5m3/s校核情况下:下泄流量为108.3 m3/s单宽流量的选择:由于上部为强风化玄武岩,厚度为20.4~35m,取堰宽为6m,3/s校核洪水位%44.15.715.7147.70'=-=-溢设溢设溢设Q Q Q%11.13.1083.1085.109'=-=-溢校溢校溢校Q Q Q溢流堰堰顶高程为:设计洪水位:2160.90-4.1=2156.8m 校核洪水位:2162.49-5.5=2156.99m 因此堰顶高程取为2156.8m堰上最大水头为:H max =2162.49-2156.8=5.69m ; H d =(0.75 ~0.95) H max =4.28m ~5.41m ;取H d =4.5m ,V=q/A=18.05/(1*5.69)=3.17m/s; P=0.5m堰底高程: 2156.8-0.5=2156.3mm gv 01.522H H d w =+=α11.15.401.5==d w H H 374.0/5.12.1/301.036.0=+-+=HP HP m972.0)1(*2.014310=-+-=BbB b HP αε %5.3'=-QQQ 符合要求,因此闸门高4.5m ,宽6m 。