段村水利枢纽泄洪洞流量压坡线计算工程案例.docx

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

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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