引水系统水力计算

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某某电站渠道水力计算( i=1/1000)							某某电站渠道水力计算( i=1/200)
某某电站渠道水力计算( i=1/1000)							某某电站渠道水力计算( i=1/200)
1：设计基本参数；							1：设计基本参数；
Q	25	渠道设计流量；					Q	25	渠道设计流量；
n	0.016	糙率；					n	0.016	糙率；
m	1	边坡系数；					m	1	边坡系数；
I	0.001	底坡；					I	0.0005	底坡；

2：水力最优断面尺寸计算；							2：水力最优断面尺寸计算；
	梯形渠道水深计算：							梯形渠道水深计算：




h_m	2.4561	水深；					h_m	2.797	水深；

b_m	2.0347						b_m	2.3171

v_m	2.2666						v_m	1.7477
	清水渠道不淤流速v^//=0.3~0.5m/s；衬砌渠道不存在冲刷流速问题。							清水渠道不淤流速v^//=0.3~0.5m/s；衬砌渠道不存在冲刷流速问题。

3：实用经济断面尺寸的计算；							3：实用经济断面尺寸的计算；
	底坡采用水力最优断面设计时底坡；							底坡采用水力最优断面设计时底坡；











a	1.01	平衡条件	0				a	1.01	平衡条件	0
β	1.7278						β	1.7278
h/h_m	0.8228						h/h_m	0.8228
	不同a值经济断面计算结果。							不同a值经济断面计算结果。
a	h/h_m	β=b/h	h	b	v	R	a	h/h_m	β=b/h	h	b	v	R
1	1	0.829	2.4561	2.0361	2.2659	1.2282	1	1	0.829	2.797	2.3187	1.7472	1.3987
1.01	0.823	1.729	2.0214	3.495	2.242	1.2104	1.01	0.823	1.729	2.3019	3.98	1.7289	1.3784
1.02	0.761	2.222	1.8691	4.1531	2.221	1.1924	1.02	0.761	2.222	2.1285	4.7295	1.7127	1.3579
1.03	0.717	2.662	1.761	4.6878	2.2014	1.1746	1.03	0.717	2.662	2.0054	5.3384	1.6975	1.3376
1.04	0.683	3.08	1.6775	5.1667	2.1775	1.1584	1.04	0.683	3.08	1.9104	5.884	1.6789	1.3192
	由于某某电站位于山区河流，坡面逗，开挖量大，建议采用窄深式梯形明渠。							由于某某电站位于山区河流，坡面逗，开挖量大，建议采用窄深式梯形明渠。
	由于某某电站位于山区河流，坡面逗，开挖量大，建议采用窄深式梯形明渠。							由于某某电站位于山区河流，坡面逗，开挖量大，建议采用窄深式梯形明渠。

4：电站渠道采用参数；							4：电站渠道采用参数；
Q	25	流量；					Q	25	流量；
n	0.016	糙率；					n	0.016	糙率；
i	0.001	底坡；					i	0.0005	底坡；
m	1	边坡系数；					m	1	边坡系数；
b	2.5	底宽；					b	2.5	底宽；
h	2.4561	水深；					h	2.797	水深；
v	2.0538	流速；					v	1.6874	流速；
F_b	0.6	超高；					F_b	0.6	超高；
D	2	动力渠道渠岸宽度一般为2~3.5m。					D	2	动力渠道渠岸宽度一般为2~3.5m。

5：隧洞断面采用参数；							5：隧洞断面采用参数；
i	0.00248						i	0.00115
b							b
n	0.014						n	0.014
h	2.4561	24.9945					h	2.797	20.0038
v	3.3929
衬砌隧洞段							衬砌隧洞段

渠道设计参数															计算要采用的数据
序号	点位	桩号	段长	渠型	比降	底宽	水深	沿程水头损失	局部水头损失	水头损失	累计损失	水面高程	渠底高程	渠顶高程		电脑测量桩号		局部水头损失计算
			（m）			（m）	（m）	（m）	（m）	（m）	（m）	（m）	（m）	（m）				矩形		梯形
0		渠0+000.00~0+218.28	218.28				3.24					2103.70	2100.46	2106.00		218.28		v	3.39	v	2.0538
1		渠0+218.28~0+418.28	200.00	隧洞	0.001	3.00	2.46	0.200		0.2000	0.2000	2102.72	2100.26	2103.36		200	418.28	l	2.58	l	20.57
2		渠0+418.28~0+428.28	10.00	渐变	0.001	3.00	2.46	0.010	0.1112	0.1212	0.3212	2102.60	2100.14	2103.24		10	428.28	b	3	b	2.5
3		渠0+428.28~0+483.05	54.77	梯形	0.001	2.50	2.46	0.055		0.0550	0.3762	2102.54	2100.08	2103.18		54.7663	483.0463	h	2.46	h	2.46
4	渠1	渠0+483.05~0+490.50	7.45	梯形	0.001	2.50	2.46	0.007	0.0064	0.0134	0.3896	2102.53	2100.07	2103.17		7.4514	490.4977	R	0.9318	R	1.2901
5		渠0+490.50~0+707.79	217.29	梯形	0.001	2.50	2.46	0.217		0.2170	0.6066	2102.31	2099.85	2102.95		217.2916	707.7893	n	0.015	n	0.015
6	渠2	渠0+707.79~0+728.36	20.57	梯形	0.001	2.50	2.46	0.021	0.0176	0.0386	0.6452	2102.27	2099.81	2102.91		20.5727	728.362	C	65.8864	C	69.5578
7		渠0+728.36~0+759.50	31.14	梯形	0.001	2.50	2.46	0.031		0.0310	0.6762	2102.24	2099.78	2102.88		31.1418	759.5038	r	20	r	20
8		渠0+759.50~0+769.50	10.00	渐变	0.001	2.50	2.46	0.010	0.1112	0.1212	0.7974	2102.12	2099.66	2102.76		10	769.5038	ζ	0.0161	ζ	0.0818
9	渠3	渠0+769.50~0+781.55	12.04	矩形	0.001	3.00	2.46	0.012	0.0442	0.0562	0.8536	2102.07	2099.61	2102.71		12.0431	781.5469	h_w	0.0094	h_w	0.0176
10		渠0+781.55~0+798.38	16.83	矩形	0.001	3.00	2.46	0.017		0.0170	0.8706	2102.05	2099.59	2102.69		16.8329	798.3798	扩散		收缩
11	渠4	渠0+798.38~0+806.91	8.53	矩形	0.001	3.00	2.46	0.009	0.0313	0.0403	0.9109	2102.01	2099.55	2102.65		8.5335	806.9133
12		渠0+806.91~0+867.20	60.29	矩形	0.001	3.00	2.46	0.060		0.0600	0.9709	2101.95	2099.49	2102.59		60.2884	867.2017	h_w	0.1112
13	渠5	渠0+867.20~0+869.93	2.73	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0100	0.0130	0.9839	2101.94	2099.48	2102.58		2.7273	869.929
14		渠0+869.93~0+937.48	67.55	矩形	0.001	3.00	2.46	0.068		0.0680	1.0519	2101.87	2099.41	2102.51		67.5542	937.4832
15	渠6	渠0+937.48~0+939.87	2.39	矩形	0.001	3.00	2.46	0.002	0.0088	0.0108	1.0627	2101.86	2099.40	2102.50		2.3855	939.8687
16		渠0+939.87~1+011.68	71.81	矩形	0.001	3.00	2.46	0.072		0.0720	1.1347	2101.79	2099.33	2102.43		71.8069	1011.6756
17	渠7	渠1+011.68~1+014.55	2.88	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0105	0.0135	1.1482	2101.77	2099.31	2102.41		2.8792	1014.5548
18		渠1+014.55~1+054.34	39.79	矩形	0.001	3.00	2.46	0.040		0.0400	1.1882	2101.73	2099.27	2102.37		39.7897	1054.3445
19	渠8	渠1+054.34~1+056.74	2.39	矩形	0.001	3.00	2.46	0.002	0.0088	0.0108	1.1990	2101.72	2099.26	2102.36		2.3912	1056.7357
20		渠1+056.74~1+089.24	32.50	矩形	0.001	3.00	2.46	0.033		0.0330	1.2320	2101.69	2099.23	2102.33		32.5007	1089.2364
21	渠9	渠1+089.24~1+095.42	6.18	矩形	0.001	3.00	2.46	0.006	0.0227	0.0287	1.2607	2101.66	2099.20	2102.30		6.1823	1095.4187
22		渠1+095.42~1+151.79	56.37	矩形	0.001	3.00	2.46	0.056		0.0560	1.3167	2101.60	2099.14	2102.24		56.3696	1151.7883
23	渠10	渠1+151.79~1+153.59	1.80	矩形	0.001	3.00	2.46	0.002	0.0066	0.0086	1.3253	2101.59	2099.13	2102.23		1.8003	1153.5886
24		渠1+153.59~1+201.31	47.72	矩形	0.001	3.00	2.46	0.048		0.0480	1.3733	2101.55	2099.09	2102.19		47.7223	1201.3109
25	渠11	渠1+201.31~1+203.97	2.65	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0097	0.0127	1.3860	2101.53	2099.07	2102.17		2.6548	1203.9657
26		渠1+203.97~1+434.56	230.59	矩形	0.001	3.00	2.46	0.231		0.2310	1.6170	2101.30	2098.84	2101.94		230.59	1434.5557
27	渠12	渠1+434.56~1+436.31	1.76	矩形	0.001	3.00	2.46	0.002	0.0064	0.0084	1.6254	2101.29	2098.83	2101.93		1.7558	1436.3115
28		渠1+436.31~1+466.71	30.40	矩形	0.001	3.00	2.46	0.030		0.0300	1.6554	2101.26	2098.80	2101.90		30.3958	1466.7073
29	渠13	渠1+466.71~1+473.19	6.48	矩形	0.001	3.00	2.46	0.006	0.0238	0.0298	1.6852	2101.23	2098.77	2101.87		6.482	1473.1893
30		渠1+473.19~1+494.76	21.57	矩形	0.001	3.00	2.46	0.022		0.0220	1.7072	2101.21	2098.75	2101.85		21.5663	1494.7556
31	渠14	渠1+494.76~1+501.08	6.33	矩形	0.001	3.00	2.46	0.006	0.0232	0.0292	1.7364	2101.18	2098.72	2101.82		6.3267	1501.0823
32		渠1+501.08~1+546.84	45.76	矩形	0.001	3.00	2.46	0.046		0.0460	1.7824	2101.14	2098.68	2101.78		45.7552	1546.8375
33	渠15	渠1+546.84~1+548.08	1.24	矩形	0.001	3.00	2.46	0.001	0.0046	0.0056	1.7880	2101.13	2098.67	2101.77		1.2437	1548.0812
34		渠1+548.08~1+589.95	41.87	矩形	0.001	3.00	2.46	0.042		0.0420	1.8300	2101.09	2098.63	2101.73		41.8692	1589.9504
35	渠16	渠1+589.95~1+591.81	1.86	矩形	0.001	3.00	2.46	0.002	0.0068	0.0088	1.8388	2101.08	2098.62	2101.72		1.8581	1591.8085
36		渠1+591.81~1+641.67	49.87	矩形	0.001	3.00	2.46	0.050		0.0500	1.8888	2101.03	2098.57	2101.67		49.8653	1641.6738
37	渠17	渠1+641.67~1+644.85	3.17	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0116	0.0146	1.9034	2101.02	2098.56	2101.66		3.1749	1644.8487
38		渠1+644.85~1+670.91	26.06	矩形	0.001	3.00	2.46	0.026		0.0260	1.9294	2100.99	2098.53	2101.63		26.0571	1670.9058
39	渠18	渠1+670.91~1+678.13	7.22	矩形	0.001	3.00	2.46	0.007	0.0265	0.0335	1.9629	2100.96	2098.50	2101.60		7.2199	1678.1257
40		渠1+678.13~1+705.36	27.23	矩形	0.001	3.00	2.46	0.027		0.0270	1.9899	2100.93	2098.47	2101.57		27.2329	1705.3586
41	渠19	渠1+705.36~1+708.85	3.49	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0128	0.0158	2.0057	2100.91	2098.45	2101.55		3.487	1708.8456
42		渠1+708.5~1+739.24	30.39	矩形	0.001	3.00	2.46	0.030		0.0300	2.0357	2100.88	2098.42	2101.52		30.3907	1739.2363
43	渠20	渠1+739.24~1+758.26	19.02	矩形	0.001	3.00	2.46	0.019	0.0698	0.0888	2.1245	2100.80	2098.34	2101.44		19.0231	1758.2594
44		渠1+758.26~1+783.80	25.54	矩形	0.001	3.00	2.46	0.026		0.0260	2.1505	2100.77	2098.31	2101.41		25.5389	1783.7983
45	渠21	渠1+783.80~1+791.56	7.76	矩形	0.001	3.00	2.46	0.008	0.0285	0.0365	2.1870	2100.73	2098.27	2101.37		7.7618	1791.5601
46		渠1+791.56~1+844.40	52.84	矩形	0.001	3.00	2.46	0.053		0.0530	2.2400	2100.68	2098.22	2101.32		52.8447	1844.4048
47	渠22	渠1+844.40~1+851.48	7.07	矩形	0.001	3.00	2.46	0.007	0.0259	0.0329	2.2729	2100.65	2098.19	2101.29		7.0706	1851.4754
48		渠1+851.48~1+931.06	79.58	矩形	0.001	3.00	2.46	0.080		0.0800	2.3529	2100.57	2098.11	2101.21		79.5831	1931.0585
49	渠23	渠1+931.06~1+940.61	9.55	矩形	0.001	3.00	2.46	0.010	0.0350	0.0450	2.3979	2100.52	2098.06	2101.16		9.553	1940.6115
50		渠1+940.61~1+950.56	9.95	矩形	0.001	3.00	2.46	0.010		0.0100	2.4079	2100.51	2098.05	2101.15		9.9479	1950.5594
51	渠24	渠1+950.56~1+964.42	13.86	矩形	0.001	3.00	2.46	0.014	0.0508	0.0648	2.4727	2100.45	2097.99	2101.09		13.8584	1964.4178
52		渠1+964.42~2+006.66	42.24	矩形	0.001	3.00	2.46	0.042		0.0420	2.5147	2100.41	2097.95	2101.05		42.24	2006.6578
53	渠25	渠2+006.66~2+009.99	3.34	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0122	0.0152	2.5299	2100.39	2097.93	2101.03		3.3358	2009.9936
54		渠2+009.99~2+151.36	141.37	矩形	0.001	3.00	2.46	0.141		0.1410	2.6709	2100.25	2097.79	2100.89		141.3685	2151.3621
55	渠26	渠2+151.36~2+157.15	5.79	矩形	0.001	3.00	2.46	0.006	0.0212	0.0272	2.6981	2100.22	2097.76	2100.86		5.7866	2157.1487
56		渠2+157.15~2+208.37	51.22	矩形	0.001	3.00	2.46	0.051		0.0510	2.7491	2100.17	2097.71	2100.81		51.2221	2208.3708
57	渠27	渠2+208.37~2+211.94	3.57	矩形	0.001	3.00	2.46	0.004	0.0131	0.0171	2.7662	2100.15	2097.69	2100.79		3.5682	2211.939
58		渠2+211.94~2+246.00	34.06	矩形	0.001	3.00	2.46	0.034		0.0340	2.8002	2100.12	2097.66	2100.76		34.0591	2245.9981
59	渠28	渠2+246.00~2+248.85	2.85	矩形	0.001	3.00	2.46	0.003	0.0094	0.0124	2.8126	2100.11	2097.65	2100.75		2.8535	2248.8516
60		渠2+248.85~2+314.65	65.79	矩形	0.001	3.00	2.46	0.066		0.0660	2.8786	2100.04	2097.58	2100.68		65.7948	2314.6464
序号	点位	桩号	段长	渠型	比降	底宽	水深	沿程水头损失	局部水头损失	水头损失	累计损失	水面高程	渠底高程	渠顶高程

压力前池计算书
1 设计依据及参考资料
（1）设计依据：《水电站引水渠道及前池设计规范》（DL/T 5079—1997）、《小型水力发电站设计规范》（DL/T 5079—1997）
（GB 50071—2002）、《水电站进水口设计规范》（SD 303—88）。						10
（2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人董毓新主编）、《水电站》（成都水力发电学校主编）						9.6567	19.6567
						9.5397	29.1964
2 设计基本资料						9.484	38.6804
机组台数 …………………………………………………n₁=				2台		5.9842	44.6646
单机容量……………………………………………………N=				1600kW		1.1218	45.7864
引水渠设计引用流量 ……………………………………Q_p=				25.000m³/s		11	56.7864
单机引用流量……………………………………………Q_设=				12.500m³/s
引渠末端渠底高程………………………………………▽₁=				1041.000m
引渠末段渠底宽度…………………………………………b=				2.500m
引渠末段渠道边坡…………………………………………m=				1
引渠末端渠道设计水深……………………………………h=				2.460m
引渠末端渠道设计流速 …………………………………v₀=				2.050m/s
压力钢管根数 ……………………………………………n₂=				1根
压力钢管内径………………………………………………D=				2.700m
进水室隔墩厚度……………………………………………d=				0.000m
进水室拦污栅的允许最大流速 …………………………v_进=				0.900m/s
堰顶与过境水流水面的高差……………………………△h=				0.100m
侧堰类型正堰的流量系数 ………………………………m₀=				0.427

3 侧堰布置及水力计算
3.1 侧堰堰顶高程的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第4.5.3条的规定，侧堰的堰顶高程应高于设计流量下水电站正常
运行时的过境水流水面高程△h(0.1～0.2m)，本工程取△h＝				0.100m
过境水流水面高程▽₂=		渠末渠底高程 + 渠道正常水深
=		2100.040m
侧堰堰顶高程▽₃=		▽₂ + △h
=		2100.140m

3.2 侧堰堰顶长度、堰上平均水头的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第A.0.3条，对于设一道侧堰的布置，当水电站在设计流量下正常
运行，侧堰不溢水；当水电站突然甩全部负荷待水流稳定后全部流量从侧堰溢出，为控制工况。此时，侧堰下游
引水渠道流量为零，侧堰泄流能力按公式A3确定。
		（A3）
流量系数m_L宜取（0.9～0.95）m₀，本工程取m_L=0.9m₀，即m_L=				0.3843
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第4.5.3条，侧堰的堰顶长度，堰上平均水头，需经计算比较确定。
溢流堰长度与溢流堰顶水深有关，溢流水深过大，则单宽流量大，消能工程量大，但溢流水深小，则溢流堰长度
就长，影响前池平面布置，所以在计算时两者应统筹兼顾。根据上述原则，经试算确定堰顶长度和堰上平均水头。
取H_堰=	0.650m
则L_堰=	28.025m
取L_堰=	28.000m
则H_堰=	0.650m

4 压力前池各部分平面尺寸的拟定
4.1 前池池身平面尺寸的拟定
对于中小型电站进水室长度L_进=3～5m，本工程取L_进=					5.000m
单管的进水室宽度b_进=1.8D=			4.860m	取b_进=	5.000m
进水室宽度B_进=n₂b_进+(n₂-1)d=			5.000m	取B_进=	5.000m
前池池身宽度B_前=1.5B_进=			7.500m	取B_前=	7.000m
前池池身长度L_前=3.0B_前=			21.000m	取L_前=	25.000m

5 压力前池特征水位的拟定
5.1 进水室入口处的水深h_进（m）应满足下列条件：





ｈ_进min=	2.778m
5.2 前池正常水位Z_正常：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.4条，应以设计流量下水电站正常运行时的水位作为前池的
正常水位。
Z_正常=	渠末渠底高程 + 渠道正常水深
=	2100.040m
5.3 前池最高水位Z_最高：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.5条，前池和引水渠道内的最高水位，应按照设计流量下正
常运行时，水电站突然甩全部负荷时的最高涌波水位确定。
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第D.0.5条，侧堰作为控制泄流建筑物，对涌波起到控制作用，即
对引水道系统来说，控制工况是：电站甩满负荷待水流稳定后（涌波已消失），全部流量从侧堰侧堰溢出时，将
恒定流时的堰上水头乘以1.1～1.2的系数，把这时的水位定为最高涌波水位。
即Z_最高=堰顶高程▽₃+1.2H_堰
Z_最高=	2100.920m
5.4 前池最低水位Z_最低：
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第7.0.6条，前池最低水位可根据水电站运行要求确定。一般前池
最低水位为电站突然增加负荷前前池的起始水位Z₀减去突然增荷时的最低涌波△h_max。
对于非自动调节渠道，起始水位Z₀可取溢流堰顶高程▽₃，最低涌波△h_max按一台机组运行突增到两台机组即
发电流量由12.5m³/s突然增加到25m³/s时的前池水位降落。
引水渠道中产生落波时，波的传播速度c₀和波高△h₀可按一下两式联立求解：



负荷变化前的流量Q₀=		12.500m³/s
负荷变化后的流量Q'=		25.000m³/s
下面试算求解波速c₀、起始断面波高△h₀：
假设△h₀=		0.766m
波流量△Q=		12.500m³/s
B'₀=b+2m(h-△h₀/2)=		6.654m
负荷变化前的过水面积W₀=Q₀/v₀=		6.098m²
则波速c₀=		2.451m/s
则起始断面波高△h₀=		0.766m
△h_max=K△h₀=2△h₀=		1.532m
Z_最低=		Z_正常 - △h_max
=		2098.508m

6 压力前池各部位高程的拟定
6.1 进水室淹没深度S的确定
根据《水电站引水渠道及前池设计规范》第6.1.9条规定，水电站进水口上缘淹没于最低水位以下的深度，应
按SD303确定。淹没深度按戈登公式确定：

式中：
C—系数，对于对称进水口，C=			0.55
d—进水口闸门高度，本工程d=			2.700m
V—进水口闸门断面流速，本工程V=			4.050m/s
经计算S=			3.660m
6.2 进水室底板高程的确定
进水室底板高程=最低水位-S-d=			2092.148m	本工程取2092.47m。

压力钢管水力计算
1：管径确定
		K=	5.2	系数，约在5~15间，常取5.2（钢材较贵、电价较廉时取较小值)
		D=	2.6438	钢管直径，m；
		Q_max=	25	钢管的最大设计流量，m³/s；
		H=	90	设计水头，m；
				压力钢管内径取值为2.1m；

2：水头损失计算
（1）用均匀流摩阻公式以及曼宁计算沿程水头损失。










（2）用下式计算进口、弯头、收缩等水头损失。





（3）水头损失计算表
公式		单位	钢管	备注
管径D		m	2.1
Q		m³/s	18.9
		m/s	5.4595
		m/s	5.4595
L		m	540.75
面积 X		m²	3.4619
湿周 ω		m	6.594
水力半径 R		m	0.525
糙率 n			0.0115
舍齐系数 C			78.102
		m	5.0329		湾段内径：d=	2.1
		m	5.0329		转湾半径：R=	10
部位	进水口		0.2		转弯角：θ=	39.26
	弯头1		0.087		0.087
	弯头2		0.0273
	弯头3		0.0598
	弯头4		0.1019
	叉管		0.5
	蝶阀		0.2
∑ξ			1.176
		m	1.7865
		m	1.7865
		m	6.8194
		m	6.8194

渠道经济断面渠道水力计算压力前池压力钢管

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