对于非棱柱形渠道,如溢洪道陡槽中的收缩段和扩散段,其过水断面面积随水深和距离而变化,即A=f(h,s),因此在微段计算中只假设水深就不够了,同时还要先划分好微段距离。这时对于每个微段都要采用试算法,其步骤如下。
(1)根据与非棱柱形渠道相接的棱柱形渠道中水面曲线的分析,先找出控制断面或计算起始断面的水深hs。
(2)将非棱柱形渠道分成若干个微段Δs。
(3)如果令hu=hs(意味是急流,否则令hd=hs),计算Au、vu、Xu、Ru、Cu及Jfu。
(4)根据已知的Δs和假设的水深hd,计算Ad、vd、Xd、Rd、Cd及Jfd。
(5)根据式(7.6.6)计算Jf,根据式 (7.6.4)计算Δs,如果算出的Δs与已知的Δs不相等,需重新假设hd,直到算出的Δs与已知的Δs相等为止。然后将此微段的hd作为下一微段的hu,重复步骤(3)~ (5),依此类推,逐段计算。
例7.6.1 如图7.6.2所示,为一水库正堰式溢洪道,其设计流量Q=300m3/s,水流由宽顶堰流入,经过渐变段后由陡槽末端挑出。整个溢洪道均为混凝土矩形断面,粗糙系数n=0.014。宽顶堰处的底坡i0=0,渐变段长度s1=20m,始端底宽b1=20m,末端底宽b5=15m,底坡i1=0.15。陡槽长度s2=100m,底坡i2=0.20,试用分段求和法计算全溢洪道中的水面曲线。
图7.6.2
解:
(1)渐变段中的水面曲线计算
由于渐变段和陡槽均为陡坡,所以由宽顶堰进入渐变段处的水深为临界水深hcr,水面曲线计算由此处开始向下游进行。应用的公式为:
而
将渐变段分成四段,各段长度均为5m,相应的底宽分别为20m、18.75m、17.5m、16.25m及15m。
第一微段计算,这时h1=hcr,b1=20m。
单宽流量
设h2=2.15m,则
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所以
所以
第一微段计算结束,将h=2.13m作为第二微段的h1,依次计算下去,见表7.6.1。最后得各断面水深分别为2.84m、2.13m、2.01m、1.97m及1.99m。
表7.6.1
(2)陡槽中的水面曲线计算
采用水深法判别底坡的陡缓。
此题不能用图解法求正常水深,因为超出了图中的数据范围,只能采用试算法。
设h0=0.79m,则A=0.79×15=11.85 (m2)
接近于671,故取h0=0.79m。因为h0<hcr,所以为陡坡渠道。又知上游端水深为h2=1.99m,大于h0小于hcr在b区,因此产生b2降水曲线。
陡槽中的水面曲线计算见表7.6.2。
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