1、專題11.消力坎式消力池水力計算當泄水建筑物下游發生遠離式水躍時，也可以采用修建消能墻，使墻前水位壅高，以期在池內 發生稍有淹沒的水躍。其水流現象與挖深式消力池相比，主要區別在于池出口不是淹沒寬頂堰流而 是淹沒折線型實用堰流。水力計算的主要任務是確定墻高C和池長Lb。【工程任務】如圖所示為一 5孔溢流堰，每孔凈寬b=7m，閘墩厚度d=2m，上游河道寬度與下游收縮斷面處 河道寬度相同，即B0 = Bc= nb + (n-1)d，上下游水位的高程如圖中所注，當每孔閘門全開時， 通過的泄流量Q=1400m3/s，試求：判別底流銜接形式，如為遠趨式水躍，試設計一消力坎式消力池。【分析與計算】1.判斷是

2、否需要修建消力池上游水面收縮斷面處河底總能量為E = p + H + 字=p + H + .Qr-(式 11-1)02 g2 g L( p1 + H) B0 J2將 P = P = 155 -10 = 55(m)H = 162.4 -155 = 7.4(m)Q = 1400( m 3/s)B0 = nb + (n - 1)d = 5 x 7 + (5 -1) x 2 = 32( m)代入上式可得：-,14002小/ 55 + 74 + 2 x 9.8 x(55 + 7.4) x 43上二川岫收縮斷面處的河道寬度B0 = B = 43(m),則收縮斷面處的單寬流量q = Q / B = 1400

3、/43 = 32.56( m 3/( s)壩面流速系數甲=1 - 0.015 p / H = 1 - 0.015 x 55 / 7.4 = 0.885收縮斷面水深的計算公式為(式 11-2)E = h +qc20 c2 g 甲 2 h 232.562c62.41 = h += h + 696c 2 x 9.8 x 0.8852h 2c h 2經迭代得h = 1.061(m)ch的共軛水深為:q21.0611+8 不 T)r 卞 1+8Cx 32.562-1) = 13.758(m)9.8 x 1.0613下游水深=110 -100 = 10( m) o因為h 13.758( m)，所以產生遠離

4、式水躍，故需要修建修建消力池，或修建消力坎。2.設計消力坎式墻高墻高計算基本公式為c 2 h ”+qc2-(q=)3j c2g (b h*b m(式 11.3)(1)先假設消力墻坎處為自由溢流此時，。=1，又m = 0.42，。. = 1.05，代入上式得:C = 1.05 X13.758”+32.5622 g (1.05x13.758)2/32.56.2-( )3 = 7.89( m)1x 0.42 x(2x 9.8驗證消能墻上的流態:H =b h -c+吐32.56210 j c2g (b h )2=1.05 X13.758 - 7.89 +2 x 9.8 x (1.05x13.758)2

5、=6.81(m)H10hSU = 10:：；89 = 0.312 0.45，屬于自由出流，說明假設正確。即計算的墻高也正%6.74確，但需要檢查消能墻后的底流銜接形式。(2)消力池后底流消能銜接形式的判別這時消力墻前的總能量為E0 = b h +q 22g (b.h)2q 22 g (bjh*=1.05 X13.785 +32.5622 x 9.8 x (1.05x13.785)2=14.47 + 0.26 =14.73(m)經迭代計算得h = 2.32( m) c1一 .hq 2 一、收縮斷面的共軛水深hc1=苛寸+ 8 打 -1) c1些 X G.-1 + 8 X 32.562 -1)29

6、.8 x 2.323=8.56(m)因為hc1D4,”遠趨式水躍”,IF（B13=D4,”臨界式水躍”,”淹沒式水躍”）16是否需要修建消力 池D13=IF（OR（C13=遠趨式水躍”,C13=”臨界式水躍”）,”是，需要修建消力池”,”否，不需 修建消力池）消力坎 高度計 算情況 一：自由 溢流17折線形實用堰掩上總水頭H0；m）B16=($B$9/(A16*$A$6*SQRT(2*9.8)A(2/3)18消力坎高度C（m）C16=$B$6*$B$13+$B$9A2/(2*9.8*SQRT($B$6*$B$13)A2-B1619實用堰出流淹沒高 度 hs （m）D16=D4-C1620A16

7、單元格A16=IF（$F$16=自由溢流”,”情況一：屬自由溢流，請檢驗是否需修建第二坎消力坎 ”,”屬淹沒溢流，請參考情況二）計算項目序號名稱Excel公式21實用堰下游收縮水深 h ,（m）A19=02自動迭代（勿動）!$G$822收縮斷面共軛水深hc1”（m）B19=A19/2*(SQRT(1+8*$B$9A2/(9.8*A19A3)-1)23消力坎后的水躍形 式C19=IF（$B$19$D$4,遠趨式水躍”,IF（$B$19=$D$4,”臨界式水躍”,”淹沒式水躍”）24是否需要修建第二 道消力坎D19=IF（$C$19=淹沒式水躍”,”不需修建第二道消力坎”,”需要修建第二道消力坎”

8、）消力坎 高度計 算情況 二：淹沒 出流25堰上總水頭Hi0（m）B22=$B$6*$B$13-A22+$B$9A2/(2*9.8*($B$6*$B$13)A2)26實用堰出流淹沒高 度 hs （m）C22=$D$4-A2227淹沒系數a；D22=3.82-14.9*C22/B22+25.74*(C22/B22)A2-14.66*(C22/B22)A328單寬流量q(m3/(s m)E22=D22*$A$6*SQRT(2*9.8)*B22A(3/2)29是否為所求高度C（精度2%）F22=IF(ABS(E22-$B$9)/$B$9)0,SUMIF(F22:F31,”是 ,A22:A31)/CO

9、UNTIF(F22:F31,”是”),”假設坎高不符合要求，請重新假設”),”不需修建 消力池)消力池長度計算31消力池池長18取值取值(m)E13=IF(D13=”是，需要修建消力池”,C6*6.9*(B13-A13),”不需修建消力池”)【編寫計算程序時需要注意的問題】正確使用常用的計算函數。表示加“ + ”，減“一”，乘“ *”，除“ /”，開平方“sqrt（）”， 冪函數“a*”（即a的b次冪）等的函數，都要嚴格符合Excel計算程序的要求。否則，錯一 個符號，都可能導致計算的錯誤。尤其需要注意的是，乘號“* ”在任何時候都不能省略。思路要清晰，“（）”要對稱。在Excel計算程序中，需用括號之處一律用小括號，沒 有中括號和大括號的使用。在編寫時，務必保證“（）”的左右對稱，使用得當。合理布置表格結構。在編寫程序前，應在工作薄中合理布置“已知條件”和“計算程 序”的位置，一般條件下，將已知的參數“已知條件”集中放在一個區域，將計算的過程集 中放在一個區域，計算過程按試算思路的順序進行。絕對單元格的的引用。“已知條件”中的部分數據，在“計算過程”的每一個試算過 程都要用到，如n、i、m、b等參數。對這些參數，應進行絕對化單元格，才能保證在下拉 時這些單元格參與到每個試算過程的計算。絕對化單元格的符號“$