明渠中跌水的水力计算

白 勇，谭丽霞

(鹤岗市公路管理处)

明渠中跌水的水力计算

白 勇，谭丽霞

(鹤岗市公路管理处)

跌水的水力计算，包括进水口、消力池和出水口，关键是确定消力池的长度和深度。

跌水;水力;计算

1 进水口

进水口部分水力计算的目的，主要在于选择合适的进口形式与宽度，以便控制上游水位不致产生显著的降落，避免流速过大造成冲刷危害。

对于矩形断面的进口部分，其宽度可按下式计算

式中:Qs为设计流量，m3/s;h0为上游水头，m，h为水深，v0为平均流速，α约为1.0～1.1;ε为水流进口的收缩系数，与进口段侧壁弯曲处的均匀性有关，约为0.85～0.95;g为重力加速度，9.81 m/s2;ρ为流量系数，约0.30 ～0.395。

对于梯形断面，式(1)计算的是平均宽度，此时应将梯形面积和高度，换算成等面积的矩形面积和高度。

为了采取适当加固措施，尚需计算进口处的最大流速vmax，计算如下

其中Hk是图1中距跌水墙λ处的水深，m，实验得知，当进水口长度λ大于水深h两倍时(即λ＞2h)，Hk与跌水墙γ处的临界水深hk之比为 1∶0.7(hk=0.7Hk);λ =(2-4)hk。

根据水力学原理，矩形断面沟渠的可计算如下

图1 跌水水力计算示意图

2 消力池

消力池的长度，由射流长度与水跃长度两者组成，即L=L1+L2。消力池的水力计算，首先假定跌水墙高度(水的落差)P和池深d值，计算予以修正。

(1)按自由射流公式

式中:φ为流速系数，约0.95～1.0;h0为考虑水头损失在内的上游水头，同式(1)。

(2)水跃长度L2的经验公式

式中:α为水跃高度，α=h2-h1;h1为短形断面消力池内水流收缩断面的水深，关系式为

式中:h2为水跃后的共轭水深，计算式为

式中:α为损失系数。

(3)消力池的深度d

式中:h3为消力池出口部分的下游水深，计算式为

水流经过消力池末端的消力坎时，坎宽较狭，为保证池内产生淹没水跃，需选用相适应的流量系数ρ'，其值与坎前水深及坎壁厚度有关，约在0.30～0.50之间。

如果式(8)计算结果，同开始的假定值相近，可认为符合要求，否则可根据计算值重新按上述步骤计算，直到满意为止。

3 出水口

出水口部分的侧墙，应逐渐扩大形成渐变段，使水流平顺相接，扩散角一般采用30°左右。

以上计算是以单级跌水为准，多级跌水如果采用落差相等，只需计算一级即可，多级相等落差跌水的每级落差为

式中:∑P指总落差，N为级数。

建在土基上的消力池，池底应进行护砌，护砌厚度t与流量Q、底宽b及落差P有关，以浆砌块石护底而言，估算如下。

U418.9

C

1008-3383(2012)03-0064-01

2011-10-11