某水库的模型试验设计计算书.doc

水工试验模型初步设计计算说明书 一、设计依据 工程某枢纽的总布置图，工程枢纽上下游一定范围的地形图、各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料等。 已知条件： 地形图：地形图4 坝型1（拱坝） 最大泄流量 Qmax=4000m3/s 模型的长度比尺 Lr=60 拱坝坝顶高程 Z1=2305m 下游河道最高水位 Z2=2225m 下游河道河底高程 Z3=2204m 表1 水工模型相关参数确定标准 模型流量(L/s) 110Qm140 140Qm170 170Qm220 进水池长度(m) 1.5 1.8 2.2 上游水库长度(m) 5.5 6 6.5 下游河道长度(m) 8(6) 9(7) 10(8) 退水池长度(m) 1.5 1.8 2.2 量水堰长度(m) 0.2m+25Hmax 量水堰宽度(m) 1.0 1.2 1.2+0.4 注：下游河道长度选取：9(7) 括号外为重力坝轴线开始的河道下游长度，括号内为拱坝轴线开始的下游河道长度。 二、设计原则： 采用重力相似准则，按正态几何比尺进行设计。 已知长度比尺 Lr=60 时间比尺 Tr=Lr1/2=7.746 流速比尺 Vr=Lr1/2 =7.746 流量比尺 Qr=Lr5/2=27885.480 糙率比尺 nr=Lr1/6=1.979 三、矩形薄壁量水堰尺寸确定 1.计算模型的流量Qm 2.确定量水堰型式 由于Qm=143.4L/s 25L/s，故采用矩形量水堰。矩形量水堰的流量公式如下： （1） 式中：Q—设计的模型流量Qm； P—堰高； H—堰上水头,H0=H+0.0011； B—堰宽 。 2.矩形量水堰堰高的确定 取矩形堰堰板高程P等于最大堰上水头H的2倍，即P=2 H ； 由140 L/s Qm=143.4 L/s 170L/s，查表1得，B=1.2m ； H0= H+0.0011 ；Qm=0.1434 m3/s 代入公式（1），经计算可求得： 堰上最大水头 H=0.1569 m =Hmax 堰高 P=2 Hmax =2×0.1569=0.3138 m 量水堰长度 L=25 Hmax +0.2m =25×0.1569+0.2 =4.12 m 四、模型的平面布置 因为140 L/s Qm=143.4 L/s 170L/s，查表1得到模型的平面尺寸 1.上游进水池沿水流方向长度为Lm1=1.8m Lp1=Lm1×Lr=1.8×60=108 m 2.上游水库沿水流方向长度为 Lm2 =6m Lp2=Lm2×Lr=6×60=360 m 3.下游河道长度为 Lm3 =7m Lp3=Lm3×Lr=7×60=420 m 4.下游退水池长度为 Lm4 =1.8m Lp4=Lm4×Lr=1.8×60=108 m 5.量水堰长度为 Lm5 = 25 Hmax +0.2m =25×0.1569+0.2 =4.12 m Lp5=Lm5×Lr=4.12×60=247.2 m 6.消浪栅的布置位置Lm6 为使水流平稳，一般常在堰板上游25倍最大堰顶水头以外设置消浪栅，即Lm6=25Hmax=25×0.1569 =3.92m 7.测针的布置位置Lm7 测针孔一般布置在6倍最大堰顶水头之外，即 Lm7=6Hmax=6×0.1569=0.9414 m 五．模型立面布置 模型中下游河床的底高程比量水堰边墙顶要高 0.1 m，上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高 0.1 m；根据坝顶高程Z1=2305 m，可选上游水库边墙高程为2310 m，根据下游河道最高水位Z2=2225 m，可选下游河道边墙高程为2230 m。 量水堰边墙高度 H1=P+Hmax+△h=0.3138+0.1569+0.1=0.5707 m ，退水池边墙与量水堰边墙等高。 河床地板比量水堰边墙高0.1m，H2=H1+0.1=0.5707+0.1=0.6707 m 所以，量水堰底板高程Z4= Z3-H2×Lr = 2204-0.6707×60=2163.758 m，量水堰和退水池的边墙顶高程 Z5 = Z4+H1×Lr =2163.758+0.5707×60=2198 m，下游边墙高度 H3=（2230-Z4）/Lr = (2230-2163.758)/60=