水工模型实验设计计算说明书.doc

水工模型实验设计计算说明书
一、 设计依据
工程枢纽总体布置图、工程枢纽上下游一定范围的地形图、各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料(调洪计算前后的所有水文资料)。
具体参数如下：
1. 地形图：2-B
2. 坝型：2重力坝
3. 模型长度比尺=60
4. 原型最大泄流流量=16000m³/s
5. 坝顶高程=630m
6. 下游最高水位=475m
7. 下游河道底板高程=450m
附表：模型各参数的相应确定标准

模型流量(L/s)
Qm<80
80<Qm<110
110<Qm<140
140<Qm<170
170<Qm<220
220<Qm<280
280<Qm<360
360<Qm<450
450<Qm<560
Qm>560
进水池长度(m)
0.8
1
1.5
1.8
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.3
上游水库长度(m)
4
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
下游河道长度(m)
6(4)
7(5)
8(6)
9(7)
10(8)
11(8.5)
11.5(9)
12(9.5)
12.5(10)
13(10.5)
退水池长度(m)
0.8
1
1.5
1.8
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.3
量水堰长度(m)
0.2m+25Hmax
量水堰宽度(m)
0.7
0.8
1.0
1.2
1.2+0.4
1.2+0.6
1.2+0.8
1.2+0.9
1.2+1.0
1.2+1.1

* 下游河道长度选取：7(5)括号外为重力坝轴线开始的河道下游长度，括号内为拱坝轴线开始的下游河道长度；模型中下游河床的底高程比量水堰边墙顶要高0.1m，上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m。
标注尺寸线(模型长度、宽度尺寸与原型尺寸均需标注，括号外为原型，括号内为模型，如500(5.0))；
编写设计说明(包含模型长、宽、高程推算过程及量水堰的计算)。
二、设计准则
水工常压模型一般都采用重力相似准则，按正态几何比尺进行设计。当长度比尺确定后，相应的其它比尺分别为：
时间比尺：==60½=7.746
流速比尺：==60½=8.746
流量比尺：==605/2=27885.480
糙率比尺：==601/6=1.976
三、 模型糙率确定
1、上游水库
上游水库糙率按天然河床计算，取=0.023。

2、下游河道
下游河道糙率按天然河床计算，取=0.023。

四、 模型高程计算
1. 量水堰尺寸计算
根据重力相似准则

因为Qm>560，由下表模型参数确定标准可知，量水堰宽度B=2.3m。
模型流量(L/s)
450<Qm<560
Qm>560
进水池长度(m)
3.0
3.3
上游水库长度(m)
8.5
9
下游河道长度(m)
12.5(10)
13(10.5)
退水池长度(m)
3.0
3.3
量水堰长度(m)
0.2m+25Hmax
量水堰宽度(m)
1.2+1.0
1.2+1.1

因为>20~30L/s，所以选用矩形量水堰作为流量测量仪器，根据堰流公式确定量水堰的高度。
矩形堰流计算公式：

参数：P—堰高；H—堰上水头；B—堰宽；H0—修正后水头（H0=H+0.0011）。
一般取矩形堰堰板高程等于最大堰上水头的2倍，即P=2H。
将Q=0.5738m³/s，B=2.3m，P=2H，H0=H+0.0011代入上公式，
求得最大堰上水头Hmax =0.2571m；
堰高P=0.5142m；
量水堰长度L=0.2+25Hmax=0.2+25×0.2571=6.6275m；
量水堰边墙比量水堰最高水位高0.1m；
量水堰总高度H堰= Hmax +P+0.1=0.2571+0.5142+0.1=0.8713m；
2. 模型各部分高程推算
模型流量(L/s)
Qm>560
进水池长度(m)
3.3
上游水库长度(m)
9
下游河道长度(m)
13(10.5)
退水池长度(m)
3.3
量水堰长度(m)
6.6275
量水堰宽度(m)
2.3
根据重力相似准则，可以确定原型参数分别为：
进水池长度：3.3×60=198m
退水池长度：3.3×60=198m
上游水库长度：9×60=540m
下游河道长度：13.0×60=780m
量水堰长度：6.6275×60=397.65m
量水堰宽度：2.3×60=138 m
（1）下游河道高程=450m
根据下游河道底板比量水堰边墙顶高0.1m
可确定量水堰边墙高程为450-0.1×60=444m
退水池及量水堰的底板高程为450-0.8713×60=397.722m
（2）下游最高水位=475m，选择下游河道边墙所在高程为480m
（3）坝顶高程=630m，选择上游水库边墙所在高程为635m
根据上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m
可确定上游进水池边墙高程为635+0.1×60=641m
进水池底板高程与退水池及量水堰的底板高程相同为397.722m
模型各部分高程 （单位m）
位置
退水池及量水堰底板
量水堰边墙
下游河道底板
下游河道水位
下游河道边墙
坝顶
上游水库边墙
进水池边墙
进水池底板
高程
397.722
444
450
475
480
630
635
641
397.722

五、 模型及原型平面尺寸
根据560 L/s＜Qm=573.8L/s，可确定模型参数；根据重力相似准则及长度比尺=60，可确定原型参数
原型参数（单位m）
枢纽组成
进水池长度
上游水库长度
下游河道长度
退水池长度
量水堰长度
量水堰宽度
模型尺寸
3.3
9
13
3.3
6.6275
2.3
原型尺寸（模型尺寸×60）
198
540
780
198
397.65
138

六、 模型平面布置步骤
1、根据所给具体体型参数对拱坝进行准确绘制；
2、根据所给坝轴线,在地形图上确定拱坝的具体位置和拱坝范围；
3、根据坝顶高程=630 m，可选上游水库边墙所在高程为635 m；根据下游水位=475m，可选下游河道边墙所在高程为480 m。以此高程确定截取的等高线位置；
4、根据原型参数上游水库长度及下游河道长度，确定原型范围，并对范围以外的等高线进行修剪；
5、量水堰尺寸计算看第四部分；
6、根据原型尺寸确定进水池、退水池及量水堰的位置。进水池宽度与上游水库一致，退水池宽度与下游河道一致；
7.消浪栅及测针位置确定
消浪栅设置于上游10倍最大堰上水头处。
25=25×0.2571=6.4275m
水位测针设置于6倍最大堰上水头处。
6=6×0.2571=1.5426m
七、 模型布置图
提交一份完整的模型布置图(A3图幅)，其中包括模型总体平面布置图与纵剖面布置图、量水堰平面与纵剖面图(另外还必须有A4图幅的详图)，图中必须有清楚的平面尺寸(模型与原型均有)、高程及水位水尺、测针等位置标识。