放空时间计算

水电工程溃坝洪水计算1 前言水电是洁净能源，是西部地区重要的能源资源，开发西部水电，实现“西电东送”是实施“ 西部大开发”战略的重要举措，也是西部地区脱贫致富的重要途径之一。

但水电站往往处于深山峡谷，甚至高地震区中，水电站的溃决将造成巨大的损失，为了预估溃坝洪水带来的影响，并提早采取相应的措施，将洪水灾害造成的影响减少到最小程度，有必要进行溃坝洪水计算。

本次计算电站地处青藏高原东南缘，区域内地势较高，平均海拔在4 000m左右。

且电站坝址区覆盖层深厚，构造裂隙较发育，是我国西部著名的强地震带。

电站下游主要的城镇为某城市，该城为我国西部少数民族集居区，经济以农牧业为主。

2 数学模型2.1 模型结构本次计算采用美国国家气象局编制的溃坝洪水预报模型DAMBRK 模型〔１〕。

该模型由三部分组成：1）大坝溃口形态描述。

用于确定大坝溃口形态随时间的变化，包括溃口底宽、溃口顶宽、溃口边坡及溃决历时。

2）水库下泄流量的计算。

3）溃口下泄流量向下游的演进。

溃口是大坝失事时形成的缺口。

溃口的形态主要与坝型和筑坝材料有关。

目前，对于实际溃坝机理仍不是很清楚，因此，溃口形态主要通过近似假定来确定。

考虑到模型的直观性、通用性和适应性，一般假定溃口底宽从一点开始，在溃决历时内，按线性比率扩大，直至形成最终底宽。

若溃决历时小于10分钟，则溃口底部不是从一点开始，而是由冲蚀直接形成最终底宽。

溃口形态描述主要由四个参数确定：溃决历时（τ），溃口底部高程（h bm），溃口边坡（z）。

由第一个参数可以确定大坝溃决是瞬溃还是渐溃。

由后面三个参数可以确水库下泄流量由两部分组成，一是通过溃口下泄流量Q b，二是通过泄水建筑物下泄的流量 Q s，即Q=Q b＋Q sQ b=C1(h－h b)1.5+C2(h－h b)2.5其中C1=3.1b i C v K S，C2=2.45ZC v K S当t b≤τ时,h b=h d－(h d－h bm)·t b/τb i=b·t b/τ当t b>τ时，b=h bmb i行进流速修正系数C v=1.0＋0.023Q＇2/〔B＇2d(h＇－h bm)2(h＇－ h b)〕K s=1.0 当(h＇t－h＇b)/(h＇－h＇b)≤0.67K S=1.0－27.8〔(h＇t－h＇b)/(h＇－h＇b)－0.67〕3当(h＇t－h＇b)/ (h＇－h＇b)>0.67式中h b为瞬时溃口底部高程；h bm为终极溃口底高程；h d为坝顶高程；h f为漫顶溃坝时的水位；h为库水位高程；b i为瞬时溃口底宽；b 为终极溃口底宽；t b为溃口形成时间；C v为行进流速修正系数（Brat er1959）；Q为水库总下泄流量；B d为坝址处的水库水面宽度；K s为堰流受尾水影响的淹没修正系数（Venard1954）；h t为尾水位（靠近坝下游的水位）。

3.4.1 平流式沉淀池尺寸平流式沉淀池分设2座，每组设计流量：s m h m Q 33429.0=8.1545=74200= ； 沉淀时间T=2.0h ，沉淀池容积：W=QT=1545.8×2=3091.6m 3；考虑絮凝池尺寸，沉淀池池宽B=3.4×3+0.2×2=10.6m ；取沉淀池的有效水深：H=3.5m ，超高0.5m ，则池子总高度为4.0m ；沉淀池长：L=W/Bh=3091.6/(10.6×3.5)=83.3m ,取L=85m ；此时，沉淀池水平流速：v=L/3600T=85/（3600×2）=0.0118m/s=11.8mm/s在10～25mm/s 范围内。

沉淀池长宽比：L/B=85/10.6=8.02＞4，长深比：L/h=85/3.5=24.28＞10满足设计要求。

沉淀池放空时间以2小时计算，则放空管直径为：m T B L Hd 40.0=3600×25.3×85×6.10×7.0=7.0=5.05.0； 采用钢制DN500mm ，排泥管也采用同样的管径。

3.4.2 沉淀池水力条件复核每池中间设两道200mm 的隔墙将沉淀池分成三格，每格宽3.4m 。

水力半径：R=ω/χ=3.5×3.4/(3.5×2+3.4)=1.14m弗劳德数：F r =v 2/2g=0.01182/(2×9.81)=1.24×10-5 (在1×10-5～1×10-4之间)雷诺数：Re=vR/γ=0.0118×1.14/(1.007×10-6)=1.33×104 (在4000～15000之间) 沉淀池示意见下图：图3-3 平流沉淀池示意图3.4.3 沉淀池的进水设计进水采用穿孔墙布置，尽量做到在进水断面上水流的均匀分布，避免已形成的絮体破碎。

1 ，压力根据工程热力学原理，临界压力Pc与进口压力P1(绝压)的比值称为临界压力比pβ，即β=Pc／P1从此式可看出气体的临界压力比β只与气体的比热比n有关，气体的比热比可看作为一常数，不同类型气体的n值如下：对单原子气体，取n=1．67，则β=0．487，即Pc=0．487P1；对双原子气体，取n=1．40，则β=0．528，即Pc=0．528P1；对多原子气体，取n=1．30，则β=0．546，即Pc=0．546P1；故对于空气(双原子气体)Pc=0．528P1，对于燃气(多原子气体)，Pc=O．546P1。

燃气放散时出口截面处的压力为P2，外界压力为Po=O．1MPa，高、中压放散压力比较高，此状态下外界压力Po<Pc,此时出口截面处的压力P2=Pc不变。

2 出口流速高、中压燃气管道放散时出口流速为临界流速，根据工程热力学计算公式，临界流速为：n—绝热指数，对于多原子气体，n取1．30R—气体常数，R=Ro／M，M为分子量对于空气R=287，天然气R=519．6J／kmo1．kT1—进口气体温度，K根据上式可知放散过程下的出口流速仅与气体的种类、进口气体温度及气体的绝热指数有关，与放散管截面积无关。

3 最大质量流量燃气管道放散时，管道内压力逐渐降低，质量流量亦逐渐减少，刚开始瞬间为最大质量流量，其计算公式为：n——绝热指数，对于多原子气体，n取1．30R——气体常数，R二R。

/M，M为分子量对于空气R=287，天然气R=519．6，J／km01．kT1——气体绝对温度，Kf——放散管截面积，m2Z——压缩系数，取Z=1根据上式可知此高、中压放散时气体的最大质量流量与气体的种类、进口气体温度、放散前气体绝对压力、放散管截面积及气体的绝热指数有关。

例1：天然气管道内压力为P1=2．0Mpa，温度为tl=293K，管道内燃气流速C1为20m／s，放散管径为D108×5，试计算放散开始时出口截面气流速度和最大质量流量?解：因燃气流速C1<50m／s,可按Cl=0处理。

者山河水库取水兼放空建筑物布置及结构设计计算者山河水库是一座具有农村生活饮水和灌溉用水供水的综合性水库，在工程优化设计过程中，结合工程特性、坝址区地形、地质等情况，综合考虑工程整体布置、施工难度及工程投资等因素，优选“三孔合一多用途孔”从水库取水。

经详细结构设计结算，优化后的取水兼放空建筑物设计方案，具有较高的技术可行性和经济合理性。

标签：者山河水库；取水兼放空建筑物；进口底板；设计计算1 工程概况安龙县者山河水库工程位于黔西南布依族苗族自治州安龙县龙广镇纳万村，距离龙广镇政府6km。

者山河水库工程任务是为联新村及辖区内的7个村组共4789人及4311头大小牲畜提供生活饮水以及解决下游3100亩农田的灌溉用水问题。

水库坝址控制流域面积5.42km2，校核洪水位1261.70m，总库容107.0万m3；正常蓄水位1260.00m，相应库容93.0万m3；死水位1245.50m，相应库容13.4万m3，兴利库容79.6万m3。

坝型为混凝土重力坝方案，其枢纽布置为：混凝土重力坝+坝身溢洪道+左岸取水兼放空管+供水管线。

工程为Ⅳ等小（1）型工程，挡水、泄水、取水兼放空建筑物为4级建筑物，次要建筑物为5级建筑物。

2 取水兼放空建筑物布置可研阶段审查意见：基本同意右坝段取水兼放空钢管的设计布置。

进水口底高程为1242.50m，闸门井内设2.0m×2.0m（宽×高）检修闸门各一道，后接φ800坝内埋管。

但在初步设计过程中，结合工程区地形条件，考虑到右岸为顺向坡，取水兼放空建筑物布置在右岸会导致顺向开挖边坡的高度较高，为了减少工程开挖量，考虑将取水兼放空建筑物布置在左岸。

在实施施工导流时，分期导流中的导流建筑物从地形条件上看[1]，宜布置在较平缓的左岸，避开较陡峭的右岸顺向坡，导流需要的孔口尺寸为 2.2×1.5m（宽×高）。

为了减少导流洞与取水兼放空建筑物的干扰，考虑将取水兼放空孔与导流孔合为一体，故取水兼放空建筑物的空口尺寸需要扩大为2.2×1.5m（宽×高），满足导流需要。

安全阀的起跳压力MPa P 1=0.300假设站场内安全放空后系统压力MPaP 2=0.100管道或容器内体积m 3V 1=2.941管道或容器内径m d=1.200管道或容器长度m L=2.60泄压前管道内气体物质的量mol n 1=361.69PV=nRT（R=8.31）泄压后管道内气体物质的量mol n 2=120.56P 1/P 2=n 1n 2释放时间h time=0.02排放量Kg/h W=231.48最小泄放面积m 2a=274.73流量系数C 0=0.6根据制造厂数据，若没有数据可根据推荐值气体特性系数X=344见附表16.0.1一、根据气田集输设计规范4.7条中4.7.8条描述，站场内工艺系统在火灾情况下的紧急放空，降压速率宜按照15分钟内将系统压力降至0.69MPa 或设计压力的50%（二者取最小值）确定。

二、根据HG/T20570.2-95，计算最小泄放面积：说明：对于全启式安全阀：C0=0.6～0.7；对于带调节圈的微启式安全阀：C0=0.4～0.5；对于不带调节圈的微启式安全阀：C0=0.25～0.35；说明：气体压缩因子Z= 1.7泄放温度℃t=20泄放温度KT=293.5气体相对分子质量M=16.00全启式安全阀mmd1=18.70297535对于平面密封型微启式安全阀mmD=109.3129022安全阀开启高度mmh=0.8查阀门手册对于锥面密封型微启式安全阀mmD=218.6258044密封面的半锥角度ψ=30查阀门手册三、根据最小泄放面积（a），计算安全阀喉径（d1）或阀座口径（D)2.93904参照：部分物料的物性表，选k。

给水处理厂净水构筑物的设计计算1 设计规模给水处理厂的设计水量以最高日平均时流量计。

设计处理水量175000m 3/d ，水厂自用水量占5％，故设计总进水量为Q =175000×1.05=183750m 3/d=7656.26 m 3/h=2.12 m 3/s 。

根据处理水量，水厂拟分为2个系列，平行布置。

2 配水井设计2.1 配水井设置一般按照设计规模一次建成，停留时间取30s 。

2.2配水井有效体积V =Q ⨯t =2.12×30=63.6m 3=64m 32.3 配水井尺寸确定设进厂原水管道经济流速为2.0m/s ，则水厂进水管管径D 进水=1161mm ，实际取D 进水=1100mm ，对应流速为2.23 m/s 。

设计其高为H =2m ，其中包括0.5m 超高。

则配水井底面积为；2435.1m VS ==m S D 4.714.327414.34=⨯==，取D=7.5m 。

池子的有效容积为332064665.1214.3m m D V >=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=，满足要求。

4.3药剂投配设备设计 4.3.1 溶液池容积W 1n c Q a W ⨯⨯⨯=4171=31041726.765650⨯⨯⨯ =30.60m 3≈32m 3式中：a——混凝剂的最大投加量，本设计取50mg/L（查设计手册得）；Q——设计处理的水量，7656.26m3/h；c——溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-20%，本设计取10%；n——每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。

设计容积取32m3，溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，以便交替使用，保证连续投药。

单池尺寸为L×B×H=4.0×4.0×2.5，高度中包括超高0.5m，有效高度2.0m，置于室内地面上。

溶液池实际有效容积：L×B×H=4.0×4.0×2.0=32m3，满足要求。

气浮池工艺计算案例1.气浮池适用条件（1）低浊度原水（一般常年浊度在100NTU以下）；（2）含藻类及有机杂质较多的原水；（3）低温度水，包括因冬季水温较低而用沉淀、澄清处理效果不好的原水；（4）水源受到污染，色度高，溶解氧低的原水。

2.设计参数（1）设计规模：近期建设1座，建设规模为3.0万m3/d，远期再建一座气浮池规模3.0万m3/d。

近远期共用1个气浮池设备间，近期完成土建建设，远期增加配套气浮池设备。

（2）单格设计流量：近期Q=30000×1.1=1375m3/h=0.3819m3/s。

3.气浮池尺寸计算3.1.混凝区单格气浮池上浮区面积：B×L=2.8×（2.8+3.4）m=17.36m2；混凝区停留时间：/==17.36×4.05÷1375×60=3.07minT V Q3.2.絮凝区单格气浮池上浮区面积：B×L=12.4×2×1.765m=43.772m2；絮凝区停留时间：==43.772×3.95÷1375×60=7.54min（水力絮凝10~20min）。

T V Q/3.3.接触区接触区进区流速：/v Q A==（1375+200）/3600÷（0.78×12.4）=0.045m/s（0.1m/s）单格接触区面积：B×L=12.4×0.81m=10.04m2；接触区上升流速：/v Q A==0.3819÷10.04=38.04mm/s（可10~20mm/s，不低于10mm/s，一般采用20mm/s）；接触区停留时间：/T V Q==10.04×3.90÷1375×60=1.7min（手册≥60s）接触区水深：3.90H vT m==（有效水深2.0~3.0m）3.4.气浮分离区单格上浮区面积：B×L=12.4×6.0m=74.4m2；气浮区上升流速（分离面积负荷）：/v Q A==（1375+200）÷74.4=21.17m/h（5.4~7.2m3/m2.h）；停留时间：/T V Q==74.4×3.90÷1375×60=12.66min；放空时间：放空面积=0.2×0.2=0.04m2；max0.620.043/Q m s==⨯μ放空时间为：2274.4 3.90==0.74h max0.2163600VtQ⨯⨯=⨯3.5.气浮池总尺寸（规范：一般气浮池单格宽不超过10.0m，单格长不超过15m，无严格要求）气浮池平面占地尺寸为22.0×13.2m。

第1篇题目背景：某城市新建了一个大型公共水池，用于城市绿化和居民休闲。

水池设计容量为1000立方米，水池底部呈圆形，直径为30米。

水池的设计要求是，当水池水位达到80%时，自动启动放水系统，当水位降至60%时，自动启动进水系统。

假设水池的放水速度和进水速度均为1立方米/小时，忽略水池内部的水流阻力和其他物理因素。

题目要求：1. 计算水池在正常情况下，从满水到放空需要的时间。

2. 计算水池在正常情况下，从放空到满水需要的时间。

3. 分析在极端天气条件下（如连续降雨），水池水位可能达到的最大值，并计算此时水池中的水量。

4. 如果在某个时间段内，水池的进水速度增加至2立方米/小时，而放水速度保持不变，计算水池水位从80%恢复至100%所需的时间。

解题步骤：1. 计算水池从满水到放空的时间：- 水池满水时的水量为1000立方米。

- 水池放空时水位降至0，即放水量为1000立方米。

- 放水速度为1立方米/小时。

放空时间 = 放水量 / 放水速度放空时间 = 1000立方米 / 1立方米/小时放空时间 = 1000小时2. 计算水池从放空到满水的时间：- 水池放空时的水量为0立方米。

- 水池满水时的水量为1000立方米。

- 进水速度为1立方米/小时。

进水时间 = 进水量 / 进水速度进水时间 = 1000立方米 / 1立方米/小时进水时间 = 1000小时3. 分析极端天气条件下水池水位可能达到的最大值：- 水池的设计容量为1000立方米。

- 水池底部呈圆形，直径为30米，因此半径为15米。

- 水池的水位高度达到最大值时，水的体积将等于水池的容量。

水池的体积V = πr²h，其中 r 为半径，h 为水深。

1000立方米= π (15米)² hh = 1000立方米/ (π 225平方米)h ≈ 4.4米因此，在极端天气条件下，水池的水位可能达到约4.4米，此时水池中的水量为1000立方米。

凤庆县大摆田水库导流输水放空隧洞设计摘要：大摆田水库坝址地形地质条件复杂，布置导流输水放空隧洞条件有限，本文结合坝址地形条件，通过分析比选论证，设计在拦河坝右岸布置集导流、输水、放空及下放生态流量等功能为一体的导流输水放空隧洞。

关键词：导流输水放空隧洞；方案比选；结构布置；水力计算；结构计算1项目概况大摆田水库水库总库容1032.7万m3，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，水库建设任务为解决下游村镇农村人畜生活供水及灌溉供水问题。

枢纽建筑物由拦河坝、溢洪道、导流输水放空隧洞组成。

导流输水放空隧洞布置于拦河坝右岸，为三级建筑物，采用无压布置，隧洞总长350.5m，设计最大过流量28.35m³/s。

2方案比选2.1隧洞轴线选择根据坝址地质条件，坝址左岸顺直且下游分布滑坡体，不具备布置输泄水建筑的条件；坝址右岸为一凸出山脊，具有布置导流输水放空隧洞进出口并满足成洞的条件，因此，选择将导流输水放空隧洞布置于拦河坝右岸。

隧洞轴线选择主要考虑：（1）由于上游河道坡度陡，导流洞进口宜尽量降低高程布置，以降低施工围堰、度汛坝体高度；（2）坝址右岸地形狭窄，下游分布一切割较深冲沟（冲沟15），冲沟下游为陡峭山脊，隧洞布置应尽量避开影响成洞条件的冲沟及产生高边坡的山脊；（3）出口位置选择尽量与河道平顺衔接，便于水流平顺归河。

综合以上因素，选择将导流输水放空隧洞布置于拦河坝右岸溢洪道右侧，隧洞进口与河道走向大致相同，并与地形大角度相交，出口避开冲沟及下游陡峭山脊，与溢洪道尾水段平顺衔接尾水共同归于下游河道。

2.2隧洞压力型式选择导流输水放空隧洞岩体风化强烈，地下水位普遍位于隧洞底板以上，岩质较软～中硬，围岩强度较低，完整性较差，Ⅳ～Ⅴ类围岩占比74.6%，隧洞地质条件差。

隧洞运行水头较高，最大运行水头为54m。

高水头有压隧洞对地质条件要求较高，该导流输水放空隧洞采用有压方式运行，则需提高混凝土强度及抗渗等级，并对隧洞加强固结灌浆并进行钢衬处理，增加工程投资。