截流水力计算

截流水力计算

（课程设计资料）

土木水电学院水利水电工程系

二零零六年十二月

截流水力计算

一切将河道水流截断的工程措施，统称截流。截流的方法很多，用的最多的是抛石截流。抛石截流又分为平堵截流和立堵截流。由于立堵截流不需要架桥，施工简单，截流费用低，因此现在国内外绝大部分工程均采用立堵截流。下面仅研究立堵截流水力计算。

抛石截流计算最主要的任务是确定抛投体的尺寸的重量，而抛投块的稳定计算国内外广泛采用的是兹巴什公式，即 V?K2g?s??d （1） ?式中 V ——石块极限抗冲流速； d ——石块化引为球形的粒径； ?s、?——分别为石块和水的容重； K——综合稳定系数。

由（1）式可知，抛投块体的粒径与抗冲流速的平方成正比。也就是说，抛投块体的粒径在很大程度上取决于龙口流速，因此研究龙口流速变化规律有重要的意义。下面介绍两种计算龙口流速的方法。

一、图解法计算龙口流速（方法一）

一般情况下，合龙过程中截流设计流量Q0由四部分组成：

Q?Q?Qd?Qs?Qac （2） 式中 Q——龙口流量；

Qd——分流量（分流建筑物中通过的流量） Qac ——上游河槽中的调蓄流量；

Qs ——戗堤渗透流量。 当Qs和Qac不计算，则有：

Q0?Q?Qd （2-1）

龙口流量按宽顶堰公式计算：

Q?mB2gH02 （3）

?3 式中 B——龙口平均过水宽度；

H0——龙口上游水头（龙口如有护底，应从护底顶部算起）； m——流量系数，按下式计算：

m?(1?ZH)ZH Z 小于0.3 淹没流

H000 m?0.385 Z?H0 大于或等于0.3 非淹没流 （3-1）

由连续方程可得龙口流速计算公式： V?QBh? （4）

式中 V——龙口计算断面平均流速；

h——龙口计算断面水深（从护底顶部算起）；

在立堵截流中，常常规定：当出现淹没流时，h?hs，hs为龙口底部（或护底）以上的下游水深（图一）；当出现非淹没流时，h?hc，hc为临界水深。 h的计算按下列四种情况考虑： 1． 梯形断面淹没流：h?hs

由于进占过程中龙口底部高程不变， hs为常数。 2. 梯形断面非淹没流：h?hc hc按下式计算：

aQ(B?nhc)gBh?33c2??1 （4-1）

式中 n——戗堤端部边坡系数；

a——计算断面动能修正系数，常取a?1.0计算；

按（4-1）计算hc需进行试算。有时为了简化计算，常用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，此时：

aQ2 hc?3 （4-2）

gB23. 三角形断面淹没流：h?hs hs?B （4-3） n?4. 三角形断面非淹没流：h?hc

2aQ215 hc?(2) （4-4）

ngB

Bhc(hs)b(b)(a)

HHHHBQZHhshsBZhc(hs)HhChs(e)(c.d)图一 立堵截流示意图（a）平面布置图； （b）沿河道中心线剖面图（淹没流） （c）沿河道中心线剖面图（非淹没流） （d） 梯形断面时C?C剖面 （e） 三角形断面时C?C剖面(hc为非淹没水深，hs为淹没水深)； 1—隧洞； 2—戗堤； 3—护底。

龙口流速计算步骤如下：

1．绘制分流量Qd与上游水位?H上的关系曲线（图二），该曲线可通过计算或有试验得到。 2．绘制进占过程中龙口流量Q与?H上的关系曲线，该曲线可由（2）式或（2-1）式求出。 3. 由（3）式或（3-1）式绘制B~Q~?H上曲线簇，由（3）式中

?H0??H上??H ?H为护底顶部高程或龙口底部高程（图一）。

4. 判断流态。 (4?1)~(4?4)式计算水深。

5.

按（4）式计算合龙过程的断面平均流速。

上述计算过程可列表进行。

H(合龙)上(M)

Qd~Hd

m/sm/s图二 立堵水力计算图解法（不计和）二、 三曲线法计算龙口流速（方法二）

推导龙口流速公式分两步进行，先推导龙口流速与上下游落差的关系，然后再推导龙口流速与龙口宽度的关系。在推导之前，先对计算断面进行假定：设C?C断面为龙口流速计算断面，并假定出现淹没流时，该断面水位与下游水位相同；若出现非淹没流，C?C断面为临界水深（图一）。

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