利用VB编程进行实用堰的消能计算

宋永华

（东港市水利勘测设计院，辽宁 东港 118300）

在天然河道中的水流，一般多属缓流，单宽流量沿河宽方向的分布比较均匀，其水深大于临界水深。但当河道中修建了堰、闸等建筑物后，水的流动条件就会发生变化，建筑物出口水流往往为急流，收缩断面水深常小于临界水深，产生远驱式水跃，下泄的水流具有很高的流速，对下游河（渠）床会产生强烈的冲刷，特别当为了节省建筑物造价，使下泄宽度小于河床宽，结果加大单宽流量，水流的势能转化为动能，在如此大的能量下，如不采取有效措施加以消除，势必刷深河槽，冲毁河堤，危及建筑物安全。

当建筑物下游产生远驱式或临界式水跃衔接时，为了改变这种不利的衔接形式，使下泄的高速水流得到很好的消能，必须设法加大建筑物的下游水深，使水跃控制在紧靠建筑物处，并形成淹没程度不大的水跃。目前，我国中小型水利工程中多是采用降低护坦高程来形成消能池，通过水跃发生的表面旋滚和强烈紊动来消除余能。由水力学分析可知，消力池池深随跃后水深和下游水深差值的增大而增大，而消力池的长度又随流量的增大而增大。

我们传统的消力池水力计算是借助一些专门的图表来简化计算，而现在，有强大数据处理功能的Excel软件，使计算更进一步的简化了。但如果用 VB高级程序语言把计算编写为程序，将会使计算变得更加方便、快捷，我们只需输入几个数据，就可在瞬间看到结果。

1 消力池深度计算的基本公式

消能计算，在水利工程实践中是常见的，笔者主要是针对实用堰的消能计算，实用堰的流态模型如图1所示。

在堰前断面与收缩断面存在如下关系式：

式中，φ为流速系数；ch为收缩水深。由式(1)可导出：

hc为收缩水深，在消能计算中，可视为跃前水深。跃后水深 h c″按下式计算：

消力池深度d应满足下式：

其中，L1是水流射程，对实用堰来讲 L1=0；L2是收缩水深至消能池距离。

上述诸式中：

P—堰高，m；

q—单宽流量，m3/s·m；

k—水跃淹没系数1.05～1.1；

φ—堰的流速系数；

图1 实用堰的流态模型

2 编程步骤与程序代码

打开编程软件VB6.0建立新工程，打开新窗体Form，在 Form上建立 7个 TextBox控件和 1个CommandButton命令按钮，如图2所示。

图2

双击计算按钮，在 CommandButton—Click事件中输入如下程序代码：Private Sub Command1_Click( )

3 程序符号及使用说明

q1—下泄的单宽流量，m3/s·m；

fai—流速系数；

m—流量系数；

p—溢流坝高度，m；

ht—下游水深，m；

hh—跃后水深，即 h″；c

hc0—收缩水深，即 hc；

d—消力池深度，m；

lb—消力池长度，m；

运行该程序后，在文本框中分别输入单宽流量、下游水深、堰高或溢流坝高、流量系数、流速系数，单击计算（即 Commandbutton按钮），在消力池深度和消力池长度的文本框显视出计算结果。

4 计算实例

在某河段修建一座溢流坝，坝的宽度等于河道宽B，坝上水头H =3.0m，坝高P =10m，溢流坝流速系数φ=1.0，流量系数m =0.49，下游河道水深h =4.0m，单宽流量为 11.5m3/s·m，试计算需要修建的消力池长度和消力池的深度。

图3

运行程序，将已知数据对应输入后，单击计算，计算结果见图3，消力池深度d=1.988m；消力池长度l=26.73m。

5 结 论

在水利设计工作中，繁重的数字计算总是免不了的，如果我们利用计算机软件进行水利计算，会大大方便我们的工作，减少繁琐的试算过程，降低设计人员的工作强度，提高设计速度和工作效率及结果的准确性。Visual Basic6.0是一个很适合于基层工作人员的高级程序设计语言，它将使你轻松地指挥计算机按照您的思维和意图完成复杂的计算过程。

[1] 华东水利学院.水工设计手册·1·基础理论[M].北京:水利电力出版社,1983.

[2] 吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社,2003

[3] 费文才.庙子头水电站两种堰型选择水闸断面模型试验研究[J].水电站设计,2002,(6).