有压隧闲水力计算实例 一、一、 资料及任务 某水库的有压淮洪遂测。由进口喇明段、进口闸门段，进口渐变段、洞身段、出口渐变 段、出口闸门段、扩散段和消力池段所组成，如图1所示。初步拟定隆洞个部分尺寸知下： 餐洞进口为两个高7.58米、宽38米的矩形新而，进口断面与水平面的夹角0=6T广23'： 进口处设有拦污相，隔条横断面为矩形（宽度=1厘米，高度5属米），雷条间净距s=5 厘米：进口闸门段的断面为两个高2,8米、宽1,75米的矩形断面，该段并设有检修继洞的 平面网门：洞身段断面为直径以.5米的圆形新面，该段底坡4=0.00417：进口网门段与 洞身段之间用进口渐变段连接：出口闸门段的断面为两个边长1,75米的正方形断面，并设没 有控制楚洞流量的平而侧门：洞身段与出口闲门段之何用出口渐变段连接：扩散段的断面为 = 矩形，应宽由4.7米增至12.7米，前段为长8米的水平段，后段为底坡 5的斜坡段： 消力池断面为矩形，底宽为127米：各段长度及高程见图1。隧洞闲身用钢脑混凝土村离， 稳率m0.01,水库设计洪水位为124.48米，相应的缝洞设计流量Q-105米/秒，相应于 设计流量的下游水位为94.6衍米。当隧洞闻门全开，要求： 勇来情 列管米A位 迪满门 60 杀2计木出 5且 w95455 g.0 迪湘里很1网 北另 风米司 名G年宽利 单0：米 图1 1,核算库水位为设计洪水位时健测能否通过相应的设计流量： 2绘制库水位与隧洞流量关系曲线 3当降洞通过设计流量时，绘制降洞的总木头线和测管木头线： 4按设计流量进行隧测出口的酒能计算
有压隧洞水力计算实例 一、一、 资料及任务 某水库的有压泄洪遂洞，由进口喇叭段、进口闸门段、进口渐变段、洞身段、出口渐变 段、出口闸门段、扩散段和消力池段所组成，如图 1 所示。初步拟定隧洞个部分尺寸如下： 隧洞进口为两个高 7.58 米、宽 3.8 米的矩形断面，进口断面与水平面的夹角 = 67 23 ； 进口处设有拦污栅，栅条横断面为矩形（宽度 b=1 厘米，高度 l =5 厘米），栅条间净距 s=5 厘米；进口闸门段的断面为两个高 2.8 米、宽 1.75 米的矩形断面，该段并设有检修隧洞的 平面闸门；洞身段断面为直径 d=3.5 米的圆形断面，该段底坡 i 1 = 0.00417 ；进口闸门段与 洞身段之间用进口渐变段连接；出口闸门段的断面为两个边长 1.75 米的正方形断面，并设 有控制隧洞流量的平面闸门；洞身段与出口闸门段之间用出口渐变段连接；扩散段的断面为 矩形，底宽由 4.7 米增至 12.7 米，前段为长 8 米的水平段，后段为底坡 5 1 i 2 = 的斜坡段； 消力池断面为矩形，底宽为 12.7 米；各段长度及高程见图 1。 隧洞洞身用钢筋混凝土衬砌， 糙率 n=0.014。水库设计洪水位为 124.48 米，相应的隧洞设计流量 Q =105米3 秒， 相应于 设计流量的下游水位为 94.67 米。当隧洞闸门全开，要求： 图 1 1.核算库水位为设计洪水位时隧洞能否通过相应的设计流量； 2.绘制库水位与隧洞流量关系曲线； 3.当隧洞通过设计流量时，绘制隧洞的总水头线和测管水头线； 4.按设计流量进行隧洞出口的消能计算
二、二 核算库水位为设计洪水位时能闲能否通过相应的 设计流量 因下游水位为94.67米，低于隧洞出口底部高程95.5副米，隧洞水流为自由出流。 有压隧调自由出流的流量可按能量方程导出的下列公式计算： Q=HA2gio 继洞水头作水库设计淇水位一出口测项高程 -124.48-(95.54+1.75)-27.19米 因腾洞上游为水味，=0则隆洞总水头H。专H=27.19米，降洞流量系数 4按下式计算： ,= +2+2 、因=器c=心d=4R则器0xR--2988 RX 0038 1 取a=1.于是得 1 H。= +2o084+2 先确定隧洞各同部水头损尖系数5 1.挡污桶。播条横断面为矩形，宽度1厘米：高度(5厘米：播条间净距s5厘米： 矩形断而播条的系数K0.504:拦污桶倾角0=6T23”。则挡污桶同部水头损失系数可按常 用管道的局部水头机失系数表的公式计算！ -482m0 =0.504 sm6723'=0.349 2进口。进口为喇叭形， 由同部水头损失系数表选取(=0.10。 及进口网门槽，对于平面闸门门桶，由局部水头损失系数表取5=0.10 4进口渐变段，出口渐变段斯面由置形变为矩形，由局密水头损失系数表童得
二、二、 核算库水位为设计洪水位时隧洞能否通过相应的 设计流量 因下游水位为 94.67 米，低于隧洞出口底部高程 95.54 米，隧洞水流为自由出流。 有压隧洞自由出流的流量可按能量方程导出的下列公式计算： Q = c A 2gH0 隧洞水头 H=水库设计洪水位—出口洞顶高程 =124.48－（95.54+1.75）=27.19 米 因隧洞上游为水库， 0, 0 则隧洞总水头 H0 H = 27.19米 ；隧洞流量系数 c按下式计算：+ + = 2 1 2 ( ) ( ) 1 i i i i i c A A A A d l 3 4 3 4 2 3 4 2 3 1 2 2 6 1 2 1 0.00384 2 2 9.8 0.014 1 4 8 8 , 4 , 1 , 8 R R l R gn l R l R n g d l C g d l R d R n C C g = 因 = = = 则 = = = = 取 = 1.于是得+ + = 2 2 4 / 3 1 0.00384 ( ) ( ) 1 i i i i c A A A A R l 先确定隧洞各局部水头损失系数 : i 1.拦污栅。 栅条横断面为矩形，宽度 b=1 厘米；高度 l =5 厘米；栅条间净距 s=5 厘米； 矩形断面栅条的系数 K=0.504；拦污栅倾角 67 23' = 。则拦污栅局部水头损失系数可按常 用管道的局部水头损失系数表的公式计算： sin 67 23 0.349 5 5 8 2.9 5 5 2.3 1 5 1 0.504 2.3 8 2.9 sin 1.6 1.6 = + + + = + + + = l s s l b s b K 2.进口。进口为喇叭形，由局部水头损失系数表选取 = 0.10 。 3.进口闸门槽。对于平面闸门门槽，由局部水头损失系数表取 = 0.10 。 4.进口渐变段，出口渐变段断面由圆形变为矩形，由局部水头损失系数表查得
5出口渐变受，出口渐变段断面由图形变为矩形，由局部水头损失系数表查得 6=010 6出口网门槽。出口网门槽亦为平面侧门精，由局部水买损失系数表查得S=0.10。 4 隧别各段的 0003842可(4 A及“A值的计算结果列于表1由表1得 ∑0.00384 40.5005及 4,0.3025,代入流量系数公式中得 H.= √1+0.5006+0.3026=0.7447 隧润流量Q=从AV2g1。 -0.7447×6.132×9.8×27.19-105.38米/秒 可见按图1拟定的感洞尺寸可以满足通过设计流量105米/秒的要求
5.出口渐变段，出口渐变段断面由圆形变为矩形，由局部水头损失系数表查得 = 0.10。 6.出口闸门槽。出口闸门槽亦为平面闸门槽，由局部水头损失系数表查得 = 0.10 。 隧洞各段的 2 4 / 3 0.00384 ( ) i i i A A R l 及 2 ( ) i i A A 值的计算结果列于表 1。由表 1 得 2 4 / 3 0.00384 ( ) i i i A A R l =0.5006 及 2 ( ) i i A A =0.3025，代入流量系数公式中得 1 0.5006 0.3026 1 + + c = =0.7447 则隧洞流量 Q = c A 2gH0 = 0.74476.13 29.8 27.19 =105.38 米 3 /秒 可见按图 1 拟定的隧洞尺寸可以满足通过设计流量 105米3 秒的要求
断面尺寸 R 5 (米 (米) (米) 2×3.8× 57.6 0.106 0.0112 0.349 0.0039 7.58 2×2.8× 9.80 0.626 0.392 0.100 0.0392 1.75 2×2.8× 9.80 18.2 0.539 4.5 0.439 0.0394 0.626 0.392 0.0155 0.100 0.0392 1.75 段 进 d-3.5 9.62 0.637 0.405 .050 0.0202 口 渐
位 置 断面尺寸 A1 ( 米2 ) Z1 (米) R1 (米) L1 (米) 3 4 Ri (米) 0.00384 4 3 1 Ri l A1 A ( A1 A ) 2 0.00384 2 1 3 4 1 ( ) A A R l i i 2 1 ( ) A A i 拦 污 棚 2×3.8× 7.58 57.6 0.106 0.0112 0.349 0.0039 进 口 2×2.8× 1.75 9.80 0.626 0.392 0.100 0.0392 进 口 闸 门 段 2×2.8× 1.75 9.80 18.2 0.539 4.5 0.439 0.0394 0.626 0.392 0.0155 0.100 0.0392 进 口 渐 d = 3.5 9.62 0.637 0.405 0.050 0.0202
变 d=3.5 9.62 11.0 0.875 236.0 0.837 1.0830 0.637 0.405 0.4390 身 2×1.75× 6.13 1.000 1.000 0.010 0.1000 1.75 2×1.75×6.13 14.00.438 4.00.3330.0461 1.000 1.000 0.0461 0.1000.1000 1.75 伞 0.5006 0.3026
变 段 洞 身 段 d = 3.5 9.62 11.0 0.875 236.0 0.837 1.0830 0.637 0.405 0.4390 出 口 渐 变 段 2×1.75× 1.75 6.13 1.000 1.000 0.010 0.1000 出 口 闸 门 段 2×1.75× 1.75 6.13 14.0 0.438 4.0 0.333 0.0461 1.000 1.000 0.0461 0.100 0.1000 0.5006 0.3026
表1
表 1
三、三 绘制库水位与隧刑流量关系由线 保证隧洞为有压流的最小洞前水深为1,51.5×3.5=525米，则保匠雅洞为有压 流的最低库水位为 54+进口测底高程=5.25+96.0=101,25米 有压感洞的流量按下式计算：(H。3 Q=4AV2g。-07447x6.132×98月 =2021wH=20.21W库水位一出口洞项高程 -2021√库水位一9729 在库水位为101,25米以上设一系列库水位，计算一系列相应的流量Q。计算结果列于 表2。按表2的数据绘制岸水位与隧洞流量美系由线于图2。 表2 库水位 101.25 102.0 10M.0 106.0 108.0 110.0 115.0 120.0 124.48 (米) q 40.22 43.86 52.35 59.65 66.14 72.06 8服.05 9631 106.38 (米秒) 125.0 1200 关 115.0 110.0F 105.0 100 02040 60 80100120 硬洲硫量（米形） 图2 四、四 绘制通过设计流量时的耀利总水头线和测管水头 线
三、三、 绘制库水位与隧洞流量关系曲线 保证隧洞为有压流的最小洞前水深为 1.5d= 1.53.5 = 5.25米，则保证隧 洞为有压 流的最低库水位为 5d+进口洞底高程=5.25+96.0=101.25 米 有压隧洞的流量按下式计算： ( ) H0 H 20.21 97.29 20.21 20.21 2 0.7447 6.13 2 9.8 0 0 库水位 — 库水位 —出口洞顶高程 = = = = = H Q gH H 在库水位为 101.25 米以上设一系列库水位，计算一系列相应的流量 Q。计算结果列于 表 2。按表 2 的数据绘制库水位与隧洞流量关系曲线于图 2。 表 2 库水位 （米） 101.25 102.0 104.0 106.0 108.0 110.0 115.0 120.0 124.48 Q (米 秒) 3 40.22 43.86 52.35 59.65 66.14 72.05 85.05 96.31 105.38 图 2 四、四、 绘制通过设计流量时的隧洞总水头线和测管水头 线
按降洞通过设计流量105米"/秒（按实际通过的流量10538米/秒计算）计算各段的 n=0.00384(星 流速水头和水头损失。其中沿程水头损失 R42g 局部水头损失 h=52g 计算结果列于表3。按下式核算计算结果： H=a +∑he+h 2g -15.078+7.557+4.562-27.197米 计算的H与通过设计流量时的水头H27.19米相符，说明计算结果正确。按表3的数 据绘出能洞总水头线与测管水头线于图1。 表3 A 位置 (米/ (米) 2g(米) a00384R万 h,(米) 5 09 秒) 拦污榻 57.80 1.830 0.171 0.349 0.080 进口 9.80 10,753 5.899 a.100 0.590 进口阔门段 9.80 10753 5.899 a.0394 0.232 0.100 0.590 进口渐变段 962 10.954 6.122 0.050 0.306 洞身段 9.62 10.95 6.122 1.0830 6.630 出口渐变段 613 17.191 15.078 0.100 1.508 出口满门段 613 17.191 15.078 0.0461 0.695 0.100 1.508 7.557 1.562 五，按设计流量进行硅洞出口清能计算 隧闲按下列数据进行消能计算：流量Q=10贩.38米/秒：下游水位为94.67米，隧洞出 3 口断面水深h1.75米：隧洞出口新面流速水头2815.078米：隧洞出口底部高程为95.5 米：下游河底高程为90.87米， (一)（一） 列别下等水跃形式
按隧洞通过设计流量 105 米 3 /秒（按实际通过的流量 105.38 米 3 /秒计算）计算各段的 流速水头和水头损失。其中沿程水头损失 g v R l h i i i ji 2 0.00384 2 4 / 3 = 局部水头损失 g v h i ji i 2 2 = 计算结果列于表 3。按下式核算计算结果： = +hfi + hji g v H 2 2 =15.078+7.557+4.562=27.197 米 计算的 H 与通过设计流量时的水头 H =27.19 米相符，说明计算结果正确。按表 3 的数 据绘出隧洞总水头线与测管水头线于图 1。 表 3 位 置 Ai (米 2 ) i v (米/ 秒) g vi 2 2 (米) 0.00384 4 / 3 R4 l i ji h (米) i fi h 拦污栅 57.60 1.830 0.171 0.349 0.060 进口 9.80 10.753 5.899 0.100 0.590 进口闸门段 9.80 10753 5.899 0.0394 0.232 0.100 0.590 进口渐变段 9.62 10.954 6.122 0.050 0.306 洞身段 9.62 10.954 6.122 1.0830 6.630 出口渐变段 6.13 17.191 15.078 0.100 1.508 出口闸门段 6.13 17.191 15.078 0.0461 0.695 0.100 1.508 7.557 4.562 五、按设计流量进行隧洞出口消能计算 隧洞按下列数据进行消能计算：流量 Q =105.38 米 3 /秒；下游水位为 94.67 米，隧洞出 口断面水深 h =1.75 米；隧洞出口断面流速水头 g v 2 2 =15.078 米；隧洞出口底部高程为 95.54 米；下游河底高程为 90.87 米。 （一） （一） 判别下游水跃形式
继洞出口断面总水头 ay2 7-楚洞出口底部高程一下前河底高程+h+2g -95.54-90.87+1.75+15.078-21.496米 扩散段末端单宽流量 10538 q= 127=8.298米/（秒.米） 临界水深 h=月 1.0×82982 9.8 -1.915米 Z-21498 A41915=-11.226 近似按实用烟上闸孔出流的情况由油水建筑物的流量系数表查得斜坡扩散段的流速系 To h 数？-0.90。按血及争值由矩形新面底流式消能水力计算求解图查得279，则 友-么-279×1915 =5.343米 下游水深 1=94.67-90.87=3.80米 因片>‘，下游发生远离水跃，应酯消能工。现拟做消力池。 (二)（二） 求清力池深度d 1380 1915=1.984 ToI d 按，及值由矩形斯面底流式清能水力计算求解图查料凡0.93，则池深 dA=0.95x1915 1.78米 深用1.8米。 池底高程90.87-1.8-89.07米 (三)（三） 求消力池长度！
隧洞出口断面总水头 T0 =隧洞出口底部高程－下游河底高程+ h + g v 2 2 =95.54－90.87+1.75+15.078=21.498 米 扩散段末端单宽流量 12.7 105.38 q = =8.298 米 3 /（秒.米） 临界水深 3 2 g q hk = = 3 2 9.8 1.08.298 =1.915 米 1.915 0 21.498 = hk T =11.226 近似按实用堰上闸孔出流的情况由泄水建筑物的流量系数表查得斜坡扩散段的流速系 数 =0.90。按 k h T0 及 值由矩形断面底流式消能水力计算求解图查得 k c h h " =2.79，则 2.79 1.915 " " = = k c c h h h =5.343 米 下游水深 t =94.67-90.87=3.80 米 因 h t c " ,下游发生远离水跃，应做消能工。现拟做消力池。 （二） （二） 求消力池深度 d 1.915 3.80 = hk t =1.984 按 k h T0 ， k h t 及 值由矩形断面底流式消能水力计算求解图查得 k h d =0.93,则池深 d= k = 0.931.915 k h h d =1.78 米 采用 d=1.8 米。 池底高程=90.87－1.8=89.07 米 （三） （三） 求消力池长度 l
T+d21498+1.8 1.915 -12.166 To+d 按片及值由矩形斯面底流式清能水力计算求解图查得历=0.225，九：=2.服 则 久-在瓦 h=0.225×1.915-0.431米 he 2.6×1.915-5.477米 水跃长度 1=6.9(h-h)6.96.477-0.431)=34.82米 采用 1=28.0米 池长 1_+0.8别，-0+08×3482-27.86米
1.915 0 21.498 +1.8 = + hk T d =12.166 按 hk T + d 0 及 值由矩形断面底流式消能水力计算求解图查得 k c h h =0.225, k c h h " =2.86, 则 k k c c h h h h = =0.225×1.915=0.431 米 k k c c h h h h " " = =2.86×1.915=5.477 米 水跃长度 i l =6.9( hc − hc " )=6.9(5.477－0.431)=34.82 米 采用 l =28.0 米 池长 l = i l 0.8l 0 + =0+0.8 34.82 =27.86 米