1、题目题目 某某 WES 堰堰,顶设计水头顶设计水头Hd=3.2 m，设计水头下，设计水头下溢流堰流量系数溢流堰流量系数 md =0.502,流速系数流速系数 为为0.95，上，上下游堰高均为下游堰高均为 30 m,下游水深下游水深 ht=4.6 m。（1）不考虑侧收缩影响，求通过溢流堰的单宽）不考虑侧收缩影响，求通过溢流堰的单宽设计流量设计流量q；（2）判断通过设计流）判断通过设计流量时，堰下游水流衔接形量时，堰下游水流衔接形式，若需要建消能工，则式，若需要建消能工，则进行挖深式消能池的水力进行挖深式消能池的水力计算。计算。Hhtp1解：解：解题步骤 为了判断溢流坝下游水流衔接形式，先计算下为
2、了判断溢流坝下游水流衔接形式，先计算下游收缩水深游收缩水深 及其共轭水深及其共轭水深 。可用。可用查图法查图法或或迭迭代法代法。ch hc 1.判断溢流坝下游水流衔接形式判断溢流坝下游水流衔接形式（1）计算堰顶水头作用下通过溢流堰的单宽流量）计算堰顶水头作用下通过溢流堰的单宽流量 当不计侧向收缩影响及行进流速水头时，由实当不计侧向收缩影响及行进流速水头时，由实用堰流量公式可得用堰流量公式可得解法一：采用解法一：采用查图法查图法计算计算 及及 chch解题步骤因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。取淹因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。取淹没系数没系数s=1.0。23s2 HgmbQq sm4
3、212m)23()sm89(2490012232.q 于是于是Hhtp1（2）计算临界水深计算临界水深 hk对于矩形断面有对于矩形断面有 ，故，故gqh33k m5062)sm89()sm2.421(322232k.gqh （3）计算以下游收缩断面底部水平面为基准的）计算以下游收缩断面底部水平面为基准的总水头总水头E0 解题步骤E0H0p2ht查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得由由 及参变量及参变量24813m5062m233k00.hE 950.2070c.0.3c （4）查图计算查图计算 及及 ch hcm233m)3023(2200.PH
4、PHE 因为溢流坝较高，行近流速水头可以忽略不计。因为溢流坝较高，行近流速水头可以忽略不计。解题步骤于是收缩水深于是收缩水深m5190m50622070kcc.hh hc的的共轭水深共轭水深m5187m506203kcc.hh （1）以溢流堰下游收缩断面底部为基准，对堰以溢流堰下游收缩断面底部为基准，对堰 前断面与下游收缩断面建立能量方程前断面与下游收缩断面建立能量方程 2c22c02hgqhE 解法二：采用解法二：采用迭代法迭代法计算计算 及及ch ch解题步骤E0H0p1hthc解题步骤于是有于是有)(2c022chEgqh cc2222c022c233728)m233(950m/s892
5、/s)m4212()(2h.h.hEgqh 即即采用迭代法计算得到采用迭代法计算得到 hc0.517m（2）由水跃方程计算）由水跃方程计算hc的共轭水深的共轭水深hcm5571m)5170()m/s89()m/s4212(812m5170181232223c2cc.ghqhh 比较查图法与迭代法所求的比较查图法与迭代法所求的hc 及及 ，可见两者，可见两者比较吻合。由于比较吻合。由于查图法查图法易产生误差，建议采用易产生误差，建议采用迭代迭代法法。ch 解题步骤解题步骤 因为因为hc=7.55 m ht=4.6 m，故溢流堰下游为，故溢流堰下游为远驱远驱式水跃式水跃衔接，需要修建消能池。衔接，
6、需要修建消能池。现根据题意要求设计一降低护坦高程的消能池。现根据题意要求设计一降低护坦高程的消能池。P1HdhtLk解题步骤 首先按池深近似公式估算池深大小，并取淹没系首先按池深近似公式估算池深大小，并取淹没系数数j 为为1.05,即即d估估=jhcht=1.057.55 m4.6 m=3.33 m设设 d=3.30 m。P1HdhtLk2.消能池深度消能池深度 d 的计算的计算接着计算护坦降低接着计算护坦降低 d 值后的收缩断面水深值后的收缩断面水深 hc1。解题步骤从上图可见从上图可见 =E0+d=33.2 m+3.3 m=36.5 m0E c10c10221c72.8)(2hEhEgqh
7、 于是有于是有dhtE0ccc1c1hc1hTz0E 由迭代法求得由迭代法求得 hc1=0.492 m解题步骤利用水跃方程求得利用水跃方程求得hc1的共轭水深的共轭水深m767c1.h 下面，计算消能池出口处水面跌落下面，计算消能池出口处水面跌落z。通过对通过对消能池出口上游断面及下游断面建立能量方程推得消能池出口上游断面及下游断面建立能量方程推得 2c1j2t2)(1)(12hhgqz 式中式中 为消能池出口流速系数，一般取为消能池出口流速系数，一般取0.95。于是于是m29.0m)76.705.1(1m)6.495.0(1)m/s8.9(2/s)m42.12(22222 z解题步骤代入池深
8、代入池深 d 计算式计算式 有有 m26.3m)29.0m6.4(m76.705.1)(tc1j zhhd 小于前设的小于前设的 d=3.3 m。又设又设 d=3.25 m，求得相应的各值为，求得相应的各值为解题步骤则则 d =1.057.76 m(4.6+0.29)m=3.26 m 由此可见，由此可见，d 计算值与假设值十分接近，故所计算值与假设值十分接近，故所求池深求池深 d 为为3.25 m。3.消能池池长消能池池长Lk计算计算Lk=(0.70.8)Lj =36.45 m，hc1=0.492 m =7.76 m,z=0.29 m0E ch 解题步骤其中，水跃长度其中，水跃长度 Lj 为为
9、m31.471m)492.0()m/s8.9(/s)m4212(m492.08.1018.1093.032220.9331c2c1j .ghqhLLk=(0.7 0.8)47.31m=33.11 37.85 m 故取故取 Lk=36 m讨 论 在实际工程中，堰顶水头在实际工程中，堰顶水头 H 及下游水深及下游水深 ht 往往往往 随着上游来水流量的不同是变化的，那么应如何选随着上游来水流量的不同是变化的，那么应如何选取消力池的设计流量取消力池的设计流量？根据实际情况，在给定流量范围内，对不同的根据实际情况，在给定流量范围内，对不同的 为了建筑物的安全，保证在各种情况下都发生为了建筑物的安全，保
10、证在各种情况下都发生水跃消能，消能池应选取最不利情况对应的流量作水跃消能，消能池应选取最不利情况对应的流量作为设计流量。从以上计算可见，消能池池深为设计流量。从以上计算可见，消能池池深 d 随着随着（）的增加而增大，故选取池深的增加而增大，故选取池深 d 设计流量设计流量的方法是：的方法是：tchh 图中图中 为最为最大值时的相应流量，即大值时的相应流量，即为消能池深为消能池深 d 的设计流的设计流量，见示意图。量，见示意图。)(tchh 讨 论q设设)(tchh 流量计算流量计算 hc 及及 （即护坦降低前，坝趾断面的收缩（即护坦降低前，坝趾断面的收缩水深和跃后水深）。水深和跃后水深）。在直角坐标上绘上在直角坐标上绘上 的关系曲线；的关系曲线；同时将已知的关系曲线同时将已知的关系曲线 也也绘在同一坐标上。绘在同一坐标上。)(tqfh )(cqh ch q)(cqh )(tqfh ht,ch 池长池长 Lk 的设计流量根据理论计算与实验量测的设计流量根据理论计算与实验量测可知，随着流量可知，随着流量 Q 增加，池长增加，池长 Lk 相应增大，故池相应增大，故池长长 Lk 的设计流量往往取泄水建筑物所通过的的设计流量往往取泄水建筑物所通过的最大最大流量流量。讨 论
