段村水利枢纽设计任务书.doc

水力学课程设计
段村水利枢纽
设
计
任
务
书

系别:
班级:
组别:
姓名：
指导教师：

目录

前言 2
前言 2
段村水利枢纽任务设计书 3
第一章 溢洪道的水力计算 5
拟定引水渠断面 5
拟定控制断面垂直水流方向宽度 5
验算渐变段长度是否满足规定 9
溢洪道水面线计算 9
拟定挑坎形状和尺寸及其校核 12
第二章 泄洪洞的水力计算 13
验算泄洪洞是否满足泄洪规定 13
判别泄洪洞下游水流衔接形式并设计消力池尺寸 15
水力学课程设计总结 18
附图1 20
附图2 21
附图3 22

前言
水力学是一门专业技术基础课，是高等职业技术教育水利类各专业的支柱性课程，为了使高职高专学生掌握水力学、学好水力知识，本次设计重要是通过该内容的练习使我们可以理论联系实际，掌握常规水力学水力计算的方法和环节。通过课程设计，基本掌握实际工程的水力计算过程和方法，把水力学课程有机结合在一起，对水力学有一个全面的结识。
这次设计的目的是运用所学过的知识，进行一次较全面的，系统的训练。这对深化和巩固所学过的知识，进一步加深对有关公式及图表的实用范围和使用方法的理解，培养灵活运用理论知识独立解决实际问题的能力，加强理论联系实际，初步了解工程设计中水力计算的基本内容，调动和提高学习专业课的积极性。通过水力学课程设计，使我们更加系统，全面地掌握水力学知识，为我们此后的工作和学习奠定了基础。
本设计是由****老师指导，由水利水电建筑***班第一设计组：***（计算）、***（校核），在编写中受到***老师和全组成员的大力支持，在此向他们表达衷心的感谢！
由于编者水平有限，缺陷和错误在所难免，敬请同行和广大读者批评指正。
编者
十二月

段村水利枢纽设计任务书

段村水利枢纽工程位于颖河上游登封县境内.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363.52米,相应库容1998.36万立方米,溢洪道泄洪量540米/秒,泻洪洞泻流量90米/秒;校核洪水位按52023一遇,为364.81米,相应库容2299.68万立方米,溢洪道泻流量800米/秒,泻洪洞泻流量110米/秒.根据地形、地质条件和水利条件初步拟定.
一、 溢洪道
溢洪道由6段组成,如附图(1)所示.
1.引渠段 长120米,底坡i=0;边坡1:1.5,混砼土衬砌.
2.控制段 采用平底坎宽顶堰,顺水流长度20米.
3.渐变段 断面为矩形,长60米,底坡1:50.
4.第Ⅰ陡槽段 断面为矩形,底宽40米,坡降为1/200,长596米.
5.第Ⅱ陡槽段 断面开头及尺寸同第Ⅰ陡槽段,坡度为1/8,长40米.
6.挑能消能段 下泻设计洪水位时,挑坎下游尾水渠水位350.64米,下游河底高程347.2米.
二、泻洪洞
洪洞由11段组成,如附图(2)所示.
1. 进口段 采用喇叭形塔架式进水口,进口设拦污栅=0.15,进口底部高程342米,长10米.进口局部水头损失系数=0.1.
2. 闸室段 形状为4米x4米矩形断面,长6米; 门槽=0.1
3. 渐变段 断面由4米x4米变为直径d=3.5米的圆形,长10米; 渐变段=0.05
4. 洞身段 洞段d=3.5米,长170米.
5. 第二渐变段 断面由圆形变为3.2米x3.2米的矩形断面,长10米.
6. 洞后闸室段 底部高程为341米,长12米.
7. 平坡段 底宽3.2米,长7米.
8. 扩散斜坡段 扩散角,比降1:5.
9. 消能段hc=,
10.扭曲面
11.尾水渠 底部高程337米,比降0.001米,底宽14米,边坡1:1.5.
三、水力计算
1. 拟定引渠段面.
2. 拟定控制段垂直水流的宽度.
3. 验算渐变段长度是否满足规定(扩散角应小于)
4. 计算溢洪道水面曲线(按设计洪水流量计算)和各断面掺气水深
5. 拟定挑坎形状和尺寸(溢洪道出口河底高程347米,岩石坚硬,完整性较差).计算挑距,验算是否满足稳定规定.
6. 验算泻洪洞是否满足泄洪规定(设计、校核两种情况).
7. 差别泻洪洞下游水流衔接形式,设计消力池尺寸.
四、计算成果
1. 交计算成果,并绘出简图.
2. 绘制溢洪道水面曲线.
3. 写出水利学的体会和意见.
第一章 溢洪道的水力计算
第一节 拟定引水渠的断面
一、 形式:
引水渠断面底坡为i=0，边坡为1:1.5的梯形断面。
如图所示1—1。
二、 拟定尺寸：
540m/ s 取363.62-360.523.1 m 1.5
取=2.6 m/s
=207.69 m
将 207.69m 1.5 带入 (+)
可得底宽62.35m
水面宽
中位线处水面宽
所以梯形断面的底宽为62.35米。
第二节 拟定控制段垂直水流方向的宽度
一、拟定堰宽：
公式：
假定控制段为自由出流，取侧收缩系数0.96 淹没系数1.0
由公式 0 可得 0.385
设3.1
由公式 可知，将数据带入
540 1.0
得堰宽=60.46
二、检查尺寸是否满足规定：
（一）、拟定堰前水深：
圆弧形进口

查表8—7得：
设 =2.76
将数据带入公式 得：

将数据带入公式 ：(+)

由于泄洪量，因此可拟定堰前水深
(二) 推引水渠段水面线
1．判断水面线类型（依据H=2.77m）
临界水深h=1.81m h=2.76m
底坡i=0 h 因此为型水面曲线。
2．水面线计算
引水段简图如图1-2所示
1-1断面： h=2.76m 则
A=（b+mh）h=(62.35+1.5*2.76)*2.76=183.512 m
v===2.943m/s
=0.442m
断面比能 E==2.76+0.442=3.202m
1-1断面的水力要素
x
Rm
混凝土衬砌，糙率n=0.014
C=83.424m/s
设2-2断面h=2.845m
同理可算得
A=198.527 m v=2.849m/s =0.414m
E=h+=2.845+0.414=3.259m
1-1断面和2-2断面的比能差
△E=3.202-3.259=-0.057
2-2断面的水力要素
X=72.608m R=2.610m C=83.815 m/s
两断面水力要素的平均值
=2.574m =83.619m/s =2.896m/s
平均水力坡降 ==0.00046591
引水渠段长度 △s==123.213m
由于引水渠长度为120m，故所设的2-2断面水深h不符合规定。应重新假设h，并计算。计算结果见表1-1
从表1-1中的计算结果可知，1-1与2-2断面的总长度为120.111m，比全长多120.111m-120m=0.111m.故可认为所设到2-2断面水深为2.843m. △s=120.111m≈120m.
断
面

h
m

A

V

m

m

m

X
m

R
m

C

m/s

m

m
1-1
2.76
183.512
2.943
0.442
3.202
-0.057

72.301
2.538
83.424
2.896
83.619
2.574
0.00046591
123.213
2-2
2.845
189.527
2.849
0.414
3.259
72.608
2.610
83.815
2-2
2.844
189.456
2.850
0.414
3.258
-0.056
72.604
2.609
83.810
2.896
83.617
2.574
0.00046619
121.661
2-2
2.843
189.385
2.851
0.415
3.258
-0.056
72.601
2.609
83.806
2.897
83.615
2.573
0.00046646
120.11
2-2
2.842
189.314
2.852
0.415
3.257
-0.055
72.597
2.608
83.801
2.897
83.613
2.573
0.00046673
118.563
表1-1

第三节 验算渐变段长度是否满足规定
一、校核渐变段长度是否满足规定，也就是验算渐变段的扩散角是否小于。见图1—3。
已知：渐变段断面为矩形，长, 底坡i为

故渐变段长度满足规定。
第四节 溢洪道水面曲线计算
渐变段
一． 渐变段水面线计算
1
1
2
2
3
3
1:50
40
59.23
单宽流量 q=Q/B=540/60.463=8.931m³/s
h=h==2.012m

1-1断面的水力要素：
A
图1-4

R
Cm
V
V
1-1断面比能： Em
2-２断面的水深：h 则b
A

R
C
V
V
E
1-1与2-2断面的比能差
平均值=

平均水力坡降
1-1与2-2段的长度
可以近似的认为 满足
同理计算得:3-3断面高度 4-4断面高度
由1-1、2-2、3-3、4-4断面的水深可画出水面线。见附图三。
二．第I陡槽段水面线的推算：
断面为矩形，底宽40米，坡降1/200，长596米，见图1—5。
1.判别水面线类型
596m
2
2
3
3
1:200
⑴、计算正常水深h
糙率 n=0.014 i=0.005 Q=AC
1
设h=2.0m 则
1
A=b h=402=80m
图1-5
X=b+2 h=40+22=44m
R==1.8m C=R=78.78m/s
Q=AC=8078.78=597.89m/s
因h=2.0不合规定，应重新假设计算，计算过程见表1—2.
表1—2
H0
A
X
R
C
Q
2.0
80
44
1.8
78.78
597.89
1.8
72
43.6
1.7
78.03
517.96
1.782
71.280
43.564
1.636
77.538
499.902
由表可知:当时，故正常水深h=1.782m
⑵、计算临界水深h.
单宽流量q===13.5 m/s
h===2.649m
由于h<h，故底坡为陡坡。又由于实际水深h=2.42m,故此段水面线为b型水面线。
2. 水面线计算
将该陡槽段分为1-1，2-2，3-3断面。如图1-5
各断面计算结果见表1-3
表1-3
断
面

h

A

V

X

R

C

1-1
2.301
92.040
5.867
1.756
4.057
-0.057

44.602
2.064
80.595
6.307
79.757
1.941
0.0032206
149.41
2-2
2.001
80.047
6.746
2.322
4.323
44.002
1.819
78.919
3-3
1.863
74.520
7.246
2.679
4.542
-0.056
43.726
1.704
78.066
6.996
78.493
1.762
0.0045096
446.59

由表可知第一陡槽段末的水深为1.878m

三. 第二陡槽段的水面线推算见表1-4
表1-4
断
面

h

A

V

X

R

C

1-1
1.863
74.520
7.246
2.679
4.542
4.492

43.726
1.704
78.066
9.866
74.90
1.365
0.0127096
40
2-2
1.081
43.253
12.485
7.952
9.034
42.163
1.026
71.733
由表1-4得：第二陡槽段末的水深为1.081m
第五节 拟定挑坎形状和尺寸及校核
1．基本计算
，挑坎高程为
反弧半径且由表1-4知，故
上游水位与挑坎顶点高差：
坎高:
下游水深：
又
2.计算空中挑距
单宽流量：
流能比：
流速系数：
故空中挑距为：

3.估算冲刷坑深度
因岩石坚硬，完整性交差，选
=
4.计算挑距

总挑距：
又因
所以设计挑坎满足规定。
第二章 泄洪洞的水力计算
第一节 验算泄洪洞是否满足泄洪规定
1. 计算泄洪洞的泄流量Q是否大于或等于90/s。
进口段进口处与闸室段进口处列能量方程，见附图（II）。
以洞后闸室段底部为基准面
又

第二节 判别泄洪洞下游水流衔接形式并设计消力池尺寸
15º
3.2
B
坡降1:5
1．判别泄洪洞下游水流衔接形式
(1).求断面的水深.
且
又B=13.92m q=Q/B=6.47
用迭代法计算
故取=0.41m
(2).求与
相应于该单宽流量的临界水深为：

共轭水深为：

(3).计算
通过试算法计算。设=1.85m 则：

直接由公式 得：

由于该流量接近90，故可取=1.85m
由于，因此该段能产生远驱式水跃。为了控制水跃位置，减少保护段的长度，应在下游建立挖深式消力池。
2．挖深式消力池的水力计算
(1) 计算消力池的深度d
下游单宽流量：
下游流速： >3
估算池深: m
水面跌落:

不满足=1.05~1.10
所以调整消力池深度 取
则=1.85+2.3+0.582=4.732
满足=1.05~1.10
故消力池池深为
(2) 计算消力池的长度
水跃长度按式计算
由

用迭代法计算 令 得
故取

故消力池长度:
m

水力学课程设计总结
水力学课件实习结束了，让我学会了许多以前在课堂上很模糊的知识结构，让我对水力学有了更深的了解和结识。也对水力学有了浓厚的爱好。我会在以后的水力学，学习中和实习中，更加努力的去完毕老师给的任务，从而来完善自己的知识体系，为以后工作打下良好的基础。下面就为这一周水力实习做一个简朴扼要的总结。
在本次课程设计当中，我们学到的和得到的不仅是学习方面的，尚有很多是在这之外的。比如在设计一开始，***老师就引导我们要有自主意识。把这次设计的任务分派给我们后，然后又指导我们分好组，然后就让我们着手干了。关于这一点，用***老师的话说就是放任我们自流。其实，我觉得我们每一个同学心里都清楚，老师是有他的良苦专心。他是想让我们自己设想，自己布局，自己设计。这样，每个人都会觉得有大任压于双肩之上，每个人都会发自内心且不由自主地去全心全意干好它，我个人非常喜欢这种感觉。这不仅是我们的一次历练，也是对我们的一个很好考验，其重要目的是让我们自己在发现问题自己解决问题中，自然而然地牢固掌握了所学的知识，并运用。此外一点，就是我们的设计是分组进行的，每一组的每一位同学都有各自具体的任务，这样，每位同学都有各自的任务和干好自己工作的责任感。然后在碰到难题时，大家聚在一起讨论，假如还是解决不了就去别的组请教，直到大家弄懂为止。假如你看到那场景，你会很欣慰，那种氛围和情势，才真的是投入且专心。此外，在学习中也让我们学到了计算机的新的知识。我们在一起，互容互补中，学到了很多计算机方面的知识。真的很感激这次的课程设计。
通过这一学期的学习和这一周的设计，使我对水力学有了新的结识，特别是这次的设计，使我们的理论知识更完备，对理论的理解也更深刻。这次的课程设计可以说是一次很好的复习机会，我们在设计中，碰到问题就查阅书本，以至于几乎把书本都看了一遍。在查漏补缺中又巩固了学过的理论知识。
总之，通过本次的课程设计，使我们受益匪浅。在此，再次真诚感谢史老师的教导和引导。通过实习从老师身上学到了许多工作敬业精神，以后我会用自己的行动来表达对***老师的感激之情。
感谢这次设计实践活动，感谢同学们的团结协作，感谢老师的指引和教导。