《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L=4km, Z=206. 5-202. 5=4m, V=5m 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: q=3 v = G)C(Ri) 1/2 式中 3——过水断面面积 R水力半径,R=3/x X湿周 i——渠道的底坡 C——谢才系数,C=(l/n)Rl/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)2 3 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/h(3) 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2~3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 m=ctgoc 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: 0=3#“_次 多沙河流上引水的渠道: Q<1.5也3/s B寸^ = 2.8^/lu-w Q = 1.5~50%3/s r寸 &= 2.6^fA-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 2(Jl +