明渠中跌水的水力計算

白 勇，譚麗霞

(鶴崗市公路管理處)

明渠中跌水的水力計算

白 勇，譚麗霞

(鶴崗市公路管理處)

跌水的水力計算，包括進水口、消力池和出水口，關(guān)鍵是確定消力池的長度和深度。

跌水;水力;計算

1 進水口

進水口部分水力計算的目的，主要在于選擇合適的進口形式與寬度，以便控制上游水位不致產(chǎn)生顯著的降落，避免流速過大造成沖刷危害。

對于矩形斷面的進口部分，其寬度可按下式計算

式中:Qs為設(shè)計流量，m3/s;h0為上游水頭，m，h為水深，v0為平均流速，α約為1.0～1.1;ε為水流進口的收縮系數(shù)，與進口段側(cè)壁彎曲處的均勻性有關(guān)，約為0.85～0.95;g為重力加速度，9.81 m/s2;ρ為流量系數(shù)，約0.30 ～0.395。

對于梯形斷面，式(1)計算的是平均寬度，此時應(yīng)將梯形面積和高度，換算成等面積的矩形面積和高度。

為了采取適當加固措施，尚需計算進口處的最大流速vmax，計算如下

其中Hk是圖1中距跌水墻λ處的水深，m，實驗得知，當進水口長度λ大于水深h兩倍時(即λ＞2h)，Hk與跌水墻γ處的臨界水深hk之比為 1∶0.7(hk=0.7Hk);λ =(2-4)hk。

根據(jù)水力學原理，矩形斷面溝渠的可計算如下

圖1 跌水水力計算示意圖

2 消力池

消力池的長度，由射流長度與水躍長度兩者組成，即L=L1+L2。消力池的水力計算，首先假定跌水墻高度(水的落差)P和池深d值，計算予以修正。

(1)按自由射流公式

式中:φ為流速系數(shù)，約0.95～1.0;h0為考慮水頭損失在內(nèi)的上游水頭，同式(1)。

(2)水躍長度L2的經(jīng)驗公式

式中:α為水躍高度，α=h2-h1;h1為短形斷面消力池內(nèi)水流收縮斷面的水深，關(guān)系式為

式中:h2為水躍后的共軛水深，計算式為

式中:α為損失系數(shù)。

(3)消力池的深度d

式中:h3為消力池出口部分的下游水深，計算式為

水流經(jīng)過消力池末端的消力坎時，坎寬較狹，為保證池內(nèi)產(chǎn)生淹沒水躍，需選用相適應(yīng)的流量系數(shù)ρ'，其值與坎前水深及坎壁厚度有關(guān)，約在0.30～0.50之間。

如果式(8)計算結(jié)果，同開始的假定值相近，可認為符合要求，否則可根據(jù)計算值重新按上述步驟計算，直到滿意為止。

3 出水口

出水口部分的側(cè)墻，應(yīng)逐漸擴大形成漸變段，使水流平順相接，擴散角一般采用30°左右。

以上計算是以單級跌水為準，多級跌水如果采用落差相等，只需計算一級即可，多級相等落差跌水的每級落差為

式中:∑P指總落差，N為級數(shù)。

建在土基上的消力池，池底應(yīng)進行護砌，護砌厚度t與流量Q、底寬b及落差P有關(guān)，以漿砌塊石護底而言，估算如下。

U418.9

C

1008-3383(2012)03-0064-01

2011-10-11