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职业教育水利水电建筑工程专业
段村水利枢纽
泄洪洞流量及压坡线计算工程案例
《水力分析与计算》项目组
2015年3月
水力分析与计算
水力分析与计算
PAGEI
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目录
TOC\o1-3\h\z\u1基本资料 2
2项目实训主要任务 2
2.1泄洪洞过流能力验算 3
2.2定量绘制压坡线 3
参考文献 -1-
1基本资料
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;最高兴利水位360.52米,相应库容1423.07万立方米。设计洪水位按50年一遇为363.62米,相应库容
溢洪道泄洪量540米/秒,泄洪洞泄流量90米/秒;校核洪水位按500年一遇,为364.81米,相应库容2299.68万立方米,溢洪道泄流量800米/秒,泄洪洞泄流量110米/秒。根据地形、地质条件和水利条件初步拟定。
泄洪洞由11段组成,如附图1所示。
(1)进口段采用喇叭形塔架式进水口,进口设拦污栅ζ=0.15,进口底部高程342米,长10米。进口局部水头损失系数ζ=0.1。
(2)闸室段形状为4米×4米矩形断面,长6米;ζ门槽
(3)渐变段断面由4米×4米变为直径d=3.5米的圆形,长10米
(4)洞身段洞段d=3.5米,长170
(5)第二渐变段断面由圆形变为3.2米×3.2米的矩形断面,长
(6)洞后闸室段底部高程为341米,长12
(7)平坡段底宽3.2米,长7
(8)扩散斜坡段扩散角150,比降1:5,消能段。
(9)扭曲面:
(10)尾水渠底部高程337米,比降0.001,底宽14米,边坡1:
2项目实训主要任务
项目实训主要任务是验算泄洪洞是否满足泄洪要求(设计、校核两种情况),定量绘制设计情况下泄洪洞的压坡线。
2.1泄洪洞过流能力验算
按自由出流有压隧洞公式计算设计洪水位、校核洪水位两种情况的过流能力,然后与泄洪洞设计泄洪量90m3/s,校核泄洪量110m3/s比较验算泄洪洞过流能力。当设计水位363.62m时计算流量大于90m3/s,校核洪水位364.81m时计算流量大于110m3/s
在计算表中,计算出口断面面积与各管段过水面积比值A/Ai,并计算各管段水力要素,列出隧洞各段的局部水头损失系数,计算各段沿程水头损失系数,然后代入下式计算流量系数
以出口断面底部高程为基准面,根据出口段为逐渐收缩及出口断面与下游边界的平顺衔接条件,可取出口断面的p/γ=0.5a,故hp=a=3.2m。库水位与流量关系为
根据计算表步骤计算流量系数,然后分别计算设计水位、校核水位流量。
通过计算表可以看出,设计水位下、校核水位下泄洪洞过流能力分别为134.2m3/s、138.2m3/s,分别大于设计情况下的过流能力90m3/s和110m3/s,设计的泄洪洞过流能力满足要求。
2.2定量绘制压坡线
①确定计算压坡线的步骤。
计算压坡线的步骤为计算各管段的流速水头、沿程损失、局部损失、总的水头损失,然后计算出各管段的总水头和测压管水头,根据计算步骤把计算表头填入表中的B9:G9单元格。
②计算不同管段的水力要素:在单元格B10:G10分别输入对应的Excel计算公式,并分别拖动填充至第14行,即可计算不同管段的水力要素。
③绘制总水头线和测压管水头线(压坡线)
分别根据F列、G列第10行至第14行计算结果,以泄洪洞出口洞底处水平面为横坐标,垂直于横坐标方向选纵坐标,在进口处、第一渐变段末端、洞身段末端、第二渐变段末端、出口处可绘制总水头线和测压管水头线(压坡线),由压坡线可分析有压隧洞压强沿程变化。
有压隧洞水力分析与计算Excel计算表
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
1
出口面积A=
10.24
n=
0.014
2
管段
边长或di
Ai
A/Ai
ζi
ζi×(A/A)2
li
χ
Ri
Ci
λi
3
进口段
4
16.0
0.64
0.35
0.14
16
16
1.00
71.43
0.015
0.025
4
渐变段
12.8
0.80
0.05
0.03
10
13.5
0.95
70.81
0.016
0.026
5
洞身段
3.5
9.6
1.06
0.00
170
10.99
0.88
69.86
0.016
0.885
6
渐变段
9.9
1.03
0.05
0.05
10
11.90
0.83
69.31
0.016
0.052
7
出口
3.2
10.2
1.00
12.8
0.80
68.82
0.017
8
求和
0.23
0.99
9
管段
vi2/2g
hfi
hji
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