《水力分析与计算》课程设计

课程设计任务书 学院山西水利职业技术学院 专业水利工程系 班级水工1034班 姓名郭瑞 学号02103444 、绪言 （一）设计任务 目的意义为加强对水力学的实践性，是我们更好的联系实际，对己学过的水利分析与 计算内容方法有一个全面的，系统的训练和提高，以便我们在以后的更好的适应工作的 需要，进行以下的课程设计。 横断面设计确定渠道边坡、底宽、水深等。 纵断面设计确定推算水位、确定渠底线、堤顶高程线等。 1 .根据题目内容设计成最佳水利断面为梯形断面渠道。 2. 基本基知数据L4km, Z206. 5-202. 54m, V5m 3 / s,中壤土的允许流速为 0. 65、0. 85O 3. 根据设计内容计算渠道断面并校核是否满足流速要求。 （二）提出方案 （1）拟定或估算各设计参数（i、n、m、b等）。 （2）计算设计水深和底宽（h、b）,校核不冲不淤。 思考发生冲刷或淤积，怎么办调整宽深比或比降 流量一定口寸，b大，则v小，i大，则v大。 （3）计算最小水深和加大水深。 （4 ）确定安全超高、堤顶宽。 （5）绘制渠道横断面图。 二、设计方案 （-）1.引水渠道多为明渠，渠道的过水断面有许多种，考虑到明渠修建在土质地基 时，为了避免崩塌和便于施工，在渠道横断面设计中，灌溉渠道水流以明渠均匀流公式 计算。明渠均匀流即是水流在渠道中流动，各断面的水深、断面平均流速和流速颁布都 沿流向不变。（P129图） 对于梯形断而渠道 明渠均匀流的计算公式为 q3 v GCRi 1/2 式中 3过水断面面积 R水力半径，R3/x X湿周 i渠道的底坡 C谢才系数，Cl/nRl/6 n渠道糙率 水利最佳断面考虑到条件的允许值的满足要求，参考下表 m 0. 00 0. 25 0. 50 0. 75 1.00 1.50 1.75 2. 00 2.50 3. 00 3. 50 4. 00 4. 50 5. 00 2. 00 1.56 1.24 1.00 0. 83 0.61 0. 53 0. 47 0. 39 0. 33 0. 28 0. 25 0. 22 0. 20 由公式得梯形渠道水利最佳断面为P135例6-1 』合 mh}h 湿周x 64-舟材 X 。顼6 n 将以上各式代入式1得 一[0 呼商於玉 2 以0 2知/1 炉23 上式包括6个参数，一般己知0件履,求 两种途径确定々为 1先按经验拟定八再求奴 2引入宽深比歹，即 j6 b/h3 联解式⑵和式⑶可得3和龙。 例6-3 三护砌的方式 渠道护彻的方式包括土渠、石渠、混凝土渠等渠道，考虑到糙率值的影响，因此在 设计渠道时糙率选择偏小，过水能力就达不到设计要求，从而造成水流满溢，若糙率值 过大，就会造成断面尺寸偏大增加浪费，还会引起冲刷，而且渠道的次级渠道进水困难。 所以对糙率的选择参考下列表格 石渠 （1）光滑切均匀 0. 025 0. 035 0. 040 （2）参差不齐 0. 035 0. 040 0. 050 混凝土（1）抹灰的混凝土护面 0.011 0.012 0.013 （2）不抹灰混凝土护面 0.013 0.014 0.017 （3）喷浆护面 0.016 0.018 0. 021 （二）横断面计算方法 1 .计算底宽b和设计水深h （1）试算法 拟定3,根据式（2 ）试算确定奴 拟定月，由式（2 ）和式（3 ）试算求出力、b。 E h代入式（2 ）,试算确定如 再由株任为确定3） （2 ）图解法 利用水力学教材上的诺谟图（梯形矩形断面正常水深海求解图） （自己复习） （3 ）直接计算法 将燧代入式（2）得并整理得 r/ -|3/8 龙2宁”3⑷ （a 秫）力3 / 由式（4）算得龙，再由b *算得So 优点比试算法简便，比图解法精度更高。 2. 计算加大水深和最小水深 底宽己确定，求皈大和嬉小 下面以计算婀口大为例说明（计算嬉小的方法完全相同） （1）试算法 根据0吠、8和其它己知数据，由式⑵试算确定加吠 （2 ）图解法 利用水力学教材中的诺模图。 （3）迭代法 先计A （喧理大,）06B 2夺四2 初拟炳吠为九（略大于效）代入下式 如＞网严 8响 若阳-为21 ＞允许误差，则以加代替龙1，代入式（5）左式，计算得新的购。 若险-阮|〈允许误差，则冷即为所求的如大。 般需23次迭代即可得到满意的结果。 （三）设计参数的确定 1 .渠底比降i 指单位渠长的渠底降落值。 当Q 一定时,i大，则过水断面A小，工程量小，但控制的灌溉面积小。i小，则A大，工程量大，但 控制的灌溉面大。 取值方法 （1 ）接近地而比降 （2 ） Q大，则i宜小（防冲剧） （3 ）平原地区i小，山丘区i大 2 .渠床糙率n 反映渠床粗糙程度。糙率大，则阻水能力大。 取值（1）渠床光滑顺直，n小 （2 ） Q大，则n小 参考教材表4.8。 请同学思考n取值偏大会造成什么后果 n取值偏小会造成什么后果 3. 边坡系数m mctgoc m大，则工程占地多，输水损失大 m小，边坡不稳定 取值（1 ） 土质好（粘重），m小 （2 ）流量大，水深大，则m大 参考表4-9, 4-10。 4 .宽深比b 渠底宽与设计水深之比 有三种宽深比 （1）水力最优断而宽深比 峰忧2（J1亦 林） 特点断面窄深，适用于小型渠道。 （2）满足相对稳定的宽深比 相对平稳不冲不淤或冲淤平稳 对于一般渠道 03_次 多沙河流上引水的渠道 Q1.5也3/s B寸 2.8/lu-w Q 1.5503/s r寸 2.6fA-m （三）实用经济断面宽深比水力最优断而，虽然过水断面小，但由于其断面比较窄深，对大型渠道并不适用（为什么因为不 易施工，易塌）。为克服最优水力断面的缺点（加大底宽，减小水深），同时乂使过水断面面积接 近于最优水力断而的断而而积，因而提出实用经济断而宽深比。 计算方法 拟定偏离系数Q 。冬 一般取々1.01〜1.04 At 计算X y为与之比。 贝lj有 y q5J2 _ Jq（q4_］） 计算宽深比0 彳（2-m）-m Y 巳知某渠道设计流量为5m3/s,渠底比降i 1/5000,沿线土质为粘壤土。分别计算最优水力断面、 实用经济断面、相对稳定断面的设计水深和底宽。 解（1 ）最优水力断面 忧2（Jl 2 秫）0.828 最优水力断血水深计算公式为 -13/8 / 1.189 2Jl