某水库的模型试验设计计算书

水工试验模型初步设计计算说明书一、设计依据工程某枢纽的总布置图，工程枢纽上下游一定范围的地形图、各类建筑物的详细体型图、地质资料、水文资料等。已知条件：地形图：地形图4坝型1（拱坝）最大泄流量Qmax=4000m3/s模型的长度比尺Lr=60拱坝坝顶高程Z1=2305m下游河道最高水位Z2=2225m下游河道河底高程Z3=2204m表1水工模型相关参数确定标准模型流量(L/s)110Qm140140Qm170170Qm220进水池长度(m)1.51.82.2上游水库长度(m)5.566.5下游河道长度(m)8(6)9(7)10(8)退水池长度(m)1.51.82.2量水堰长度(m)0.2m+25Hmax量水堰宽度(m)1.01.21.2+0.4注：下游河道长度选取：9(7)括号外为重力坝轴线开始的河道下游长度，括号内为拱坝轴线开始的下游河道长度。二、设计原则：采用重力相似准则，按正态几何比尺进行设计。已知长度比尺Lr=60时间比尺Tr=Lr1/2=7.746流速比尺Vr=Lr1/2=7.746流量比尺Qr=Lr5/2=27885.480糙率比尺nr=Lr1/6=1.979三、矩形薄壁量水堰尺寸确定1.计算模型的流量QmsLsmLrQQQQrm/4.143/1434.060400032525maxmax2.确定量水堰型式由于Qm=143.4L/s25L/s，故采用矩形量水堰。矩形量水堰的流量公式如下：5.1024.0782.1BHPHQ（1）式中：Q—设计的模型流量Qm；P—堰高；H—堰上水头,H0=H+0.0011；B—堰宽。2.矩形量水堰堰高的确定取矩形堰堰板高程P等于最大堰上水头H的2倍，即P=2H；由140L/sQm=143.4L/s170L/s，查表1得，B=1.2m；H0=H+0.0011；Qm=0.1434m3/s代入公式（1），经计算可求得：堰上最大水头H=0.1569m=Hmax堰高P=2Hmax=2×0.1569=0.3138m量水堰长度L=25Hmax+0.2m=25×0.1569+0.2=4.12m四、模型的平面布置因为140L/sQm=143.4L/s170L/s，查表1得到模型的平面尺寸1.上游进水池沿水流方向长度为Lm1=1.8mLp1=Lm1×Lr=1.8×60=108m2.上游水库沿水流方向长度为Lm2=6mLp2=Lm2×Lr=6×60=360m3.下游河道长度为Lm3=7mLp3=Lm3×Lr=7×60=420m4.下游退水池长度为Lm4=1.8mLp4=Lm4×Lr=1.8×60=108m5.量水堰长度为Lm5=25Hmax+0.2m=25×0.1569+0.2=4.12mLp5=Lm5×Lr=4.12×60=247.2m6.消浪栅的布置位置Lm6为使水流平稳，一般常在堰板上游25倍最大堰顶水头以外设置消浪栅，即Lm6=25Hmax=25×0.1569=3.92m7.测针的布置位置Lm7测针孔一般布置在6倍最大堰顶水头之外，即Lm7=6Hmax=6×0.1569=0.9414m五．模型立面布置模型中下游河床的底高程比量水堰边墙顶要高0.1m，上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m；根据坝顶高程Z1=2305m，可选上游水库边墙高程为2310m，根据下游河道最高水位Z2=2225m，可选下游河道边墙高程为2230m。1.量水堰边墙高度H1=P+Hmax+△h=0.3138+0.1569+0.1=0.5707m，退水池边墙与量水堰边墙等高。2.河床地板比量水堰边墙高0.1m，H2=H1+0.1=0.5707+0.1=0.6707m所以，量水堰底板高程Z4=Z3-H2×Lr=2204-0.6707×60=2163.758m，量水堰和退水池的边墙顶高程Z5=Z4+H1×Lr=2163.758+0.5707×60=2198m，下游边墙高度H3=（2230-Z4）/Lr=(2230-2163.758)/60=1.104m3.水库上游边墙高度H4=H2+(2310-Z3)/60=0.6707+(2310-2204)/60=2.437m4.拱坝坝顶高度H5=H2+(Z1-Z3)/60=0.6707+(2305-2204)/60=2.354m5.进水池高程Z6=2310+0.1×Lr=2310+0.1×60=2316m进水池高度H6=H2+(Z6-Z3)/60=0.6707+(2316-2204)/60=2.537m综上可得：1.量水堰底板高程为2163.758m（0m）2.量水堰和退水池的边墙顶高程2198m（0.5707m）3.水库下游河床底板高程为2204m（0.6707m）4.水库下游边墙顶高程为2230m（1.104m）5.拱坝坝顶高程2305m（2.354m）6.水库上游河床边墙顶高程为2310m（2.437m）7.水库上游进水池边墙顶高程2316m（2.537m）注：量水堰模型底板高程为0m;括号外为原型高程，括号内为模型高程。六．模型整体布置用CAD绘制模型整体布置图，包括模型整体平面布置图与纵剖面布置图、量水堰平面与纵剖面布置图，见附图。