截流水力计算(3)

三、两种方法的比较：

由前述可知，这两种计算方法计算断面的水深均为假设淹没流时为下游水深，非淹没流时为 临界水深。但这两种方法也有不同之处，现在对此进行讨论。 1. 流速计算公式

方法二（三曲线法）的流速计算公式为V??2gZ，当出现淹没流时，Z为下游落差，对于非淹没流，Z为临界落差，该公式可直接由能量方程导出 。

方法一（图解法）的流速计算公式为V?代入上式可得V??2gZ 因此两种方法从本质上是一致的，只要系数取值一样，其计算结果将会相同。但由于方法一在计算中进行了简化处理，因而存在如下问题：

（ 1）方法一中取非淹没流流量系数m=0.385（常数），对于堰流来说是合理的。因为对一确定的堰，其断面形状和尺寸是不变的。但在立堵截流中，龙口过水断面由梯形逐渐过度到三角形断面，其过水断面形状和尺寸都在变化，流量系数不应是一常数。对于非淹没流，h?hc，因此 m??QBh?，将Q?mB2gH?23及m??hh1? HHhch1?c HH2??3hchc2??24??2由于矩形断面?，相应m?；而三角形断面?，则3222H1?2??H1?4??(1?2??)2m?4??3(1?4??)232。如果将??1.0,??1.0代入上二式，可得矩形断面m=0.385，三角形断

面m=0.358.由此可见，方法一使用的m值实质上是??1.0时流量系数，而没有反映由梯形断面过度到三角形断面时流量系数由0.385过度到0.358的变化过程。而方法二中

hc?1?y2，其值可按（7）式计算。由（6）式可知，梯形端面非淹没流流速HhV2??y2g(hs?z)，它反映了c随进占变化的过程

H。

（2）按方法一，当梯形断面出现非淹没流时，为了简化计算，常用矩形断面临界水换带来的误差较小；但当底宽较小时，这种简化计算将会带来较大的误差。例如，当龙口底宽 b=3m，戗堤端部边坡系数n=1.0，龙口流量Q?500m深计算时

3s,如果按矩形断面临界水

????Q500 hc????6.54m， ?2?2?g(b?nh)9.81(3?h)cc????若按梯形断面临界水深计算

1313?Q(b?2nhc)??500(3?2hc)? hc????7.39m ?3?3??g(b?nhc)??9.81(3?hc)?显然，当龙口进占接近三角形断面时，用矩形断面临界水深代替梯形断面临界水深，其值偏小，因而计算的V值偏大。

如果仍按梯形断面临界水深（4-1）式计算，则hc需要试算。由于方法一需试酸的工作量较大（确定Q~B~?H中关系也需试算），计算较麻烦。而方法二中，当梯形断面出现非淹没流时，其水深 是严格按梯形断面临界水深计算的，按该法计算，仅（7）式中的y值需试算，试算工作量要小一些。 2.龙口宽度

在立堵截流中，希望知道龙口口门宽度B（即戗堤顶部龙口宽度）与龙口流速V的关系，显然方法二是符合这一条件的，而方法一计算的宽度为过水断面平均宽度B。当龙口较浅时，B和B值可能很接近，可用B值近似代替B值；但当龙口较窄，深度较大时，用B代替B将会产生较大的误差。例如，设戗堤端部边坡系数n=1.0,C-C断面水深h=10m，戗堤高度HB=12m,龙口底部b=10m,则B=b+2n=20m,而

?????21313B?b?2nHB?34m.显然，用B代替将会产生较大的误差。

综上所述，用三曲线法计算龙口流速，理论上较严密，反映的影响因素较全面，计算较准确，因此建议采用三曲线法计算龙口流速。

? 课程设计题目 某工程截流Q0?4150m3s，相应下游水位39.5m，采用单戗立堵进占，

河床底部高程30.0m，戗堤顶部高程44.0m，戗堤端部边坡系数n=1.0，龙

3m口宽度220.0m，合龙后戗堤渗流流量Qs0?220s（合龙中的渗流量可近似

按下式计算：Qs?Qs0z，z为上下游落差，z0为合龙后闭气前最终上下游z0落差），泄流量Qd与上游水位?H上的关系如下：

泄流量3m Q（）ds700 1220 1620 1700 2160 2670 3420 3930 上游水位?H上(m) 40.85 41.04 41.28 41.45 41.75 42.05 42.35 42.74 试回答下列问题：

（1）无护底时，绘制合龙过程中龙口流速V与上下游落差z的关系曲线V~z，

及龙口流速V与龙口宽度B关系曲线V~B； （2）当护底高度为34.0m时，绘制V~z及V~B曲线； （3）绘制护底高程与合龙过程中最大流速Vmax曲线；

（4）当护底高度为34.0m时，按不同流速分区，确定抛投体粒径d。

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