引水渠道系统的涌波计算

水电站突然丢弃负荷或增荷时，在引水渠道系统中所产生的正涌波或负涌波，可用行进波方法来计算。当电站突然丢弃负荷时，流量从原来的Q0减至Q0'，于是有式（D.0.3-1）ΔQ0=Q0-Q0'丢弃全部负荷时，Q0'=0，则波流量ΔQ0=Q0-Q0'。这时，在前池——引水渠道系统内将产生逆行正涌波。随着m——梯形断面的边坡系数，m；Bn0——断面n-n处的初始的水面宽度，m；An0——断面n-n处的初始的过水断面积，m²；行进波所携带的流量——波流量可用式（D.0.2-1）确定：（D.0.2-1）波的传播速度的公式：式中ξn——涌波高度，m；B'n——过水断面在半波处的顶宽，m；回到渠道系统的末端断面为止，这个时候就相当于末端断面处的最高水位。最高水位的计算，可分为三个阶段进行。自动调节渠道涌波最高水位计算　　（2）参考资料：《水电站》（于永海许健王永年编）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》（SL/T205-97）　　设计引水流量………………………………………………Q0=20.0m³/s渠首断面初始水位………………………………………▽L0=588.402m2设计基本资料涌波向上游行进，渠中水位逐渐升高，一直持续到反射波（这反射波是在渠首断面当逆行正涌波抵达时所产生的）（D.0.2-2）vn0——断面n-n处的初始的平均流速，m/s。对于负涌波取“-”号。电站突然丢弃负荷在引水渠道系统中产生逆行正涌波，而突然增加负荷时产生逆行负涌波。　　梯形断面的边坡系数………………………………………m=1.54确定突然丢弃全部负荷时波流量3行进波计算公式计算公式：式（D.0.2-2）中的±号，对于逆行波根号外取“-”号，顺行波取“+”号；对于正涌波，根号内取“+”号，脚标“n”代表断面序号，例如，n为0时代表起点断面0-0。000231nnnnnnnABBAgCnnnmBB0nnnnBCQ　　波流量……………………………………………………ΔQ0=20.0m³/s刘袁编制水利设计交流群：52855263欢迎同行交流设计经验ξ0B00A00v00mB'0ΔQ0C0ξ00.796m8.000m10.00m²2.000m/s1.59.19m20.0m³/s2.73m/s0.797m的ξ值和渠首断面L-L的ξL值。式中f0和fn+1——分别为涌波在断面0-0和断面n+1处的波面积，m²；Bn+1，0——断面n+1处初始的水面宽度，m；Δn+1——断面n+1处和断面0-0间初始的水面落差，m。任设一个ξn+1值进行计算，直到所设的ξn+1满足式（D.0.2-2）所求出的Cn+1值为止。并依次求出沿程各断面（D.0.3-5）其中式中Cn+1为(D.0.3-4)自动调节渠道涌波最高水位计算5第一阶段计算逆行正涌波由水电站断面0-0传播到渠首断面L-L所需的时间T1。1.计算0-0断面相应于丢弃负荷时刻的初始波高ξ0和波速C0　　假设涌波高度……………………………………………ξ0=0.796m而式（D.0.3-2）右边即为规范图D.0.3-1中的阴影线的部分的体积。时间　　断面0-0处的初始过水断面积……………………………A00=10.000m²　　断面0-0处的初始的平均流速……………………………v00=2.000m/s　　渠道初始水面宽度…………………………………………B00=8.000m0-0断面处涌波高度试算表试算满足要求，假设涌波高度正确。2.逆行正涌波计算公式进行逆行正涌波计算，要利用波额到达断面与起点断面0-0间的连续方程。例如，涌波从n断面行进到n+1断面（所需时间为Δtn）的连续方程为：ΔQ0Δtn=Wn+1-Wn（D.0.3-3）Ctn1)(211nnCCCnnnnCWWQlC1012)(3100nnnnffffSW)(31101011nnnnffffSW))](([1111000nnnnmBf110,11)(nnnnmBfB00B10mξ1Δ1f0f18.000m8.000m1.50.755m0.100m7.94m²6.90m²S0S1W1ΔQ0C0lC10.000m100.000m740.97m³20.0m³/s2.73m/s100.000m2.67m/sξ1B10A10v10mB'1C10.755m8.000m10.00m²2.000m/s1.59.133m2.67m/sC0C1lΔt12.73m/s2.67m/s2.70m/s100.000m37.05sB00B20mξ2Δ2f0f1f28.000m8.000m1.50.730m0.200m8.74m²6.90m²6.64m²S1S2W1W2ΔQ0C1lC2100.000m200.000m779.80m³1532.88m³20.0m³/s2.67m/s100.000m2.64m/sξ2B20A20v20mB'2C28.000m　　断面2-2和断面0-0处初始的水面落差…………………Δ2=0.200m　　断面2-2处的初始的平均流速……………………………v20=2.000m/s2-2断面处涌波波速试算表2-2断面处涌波波速试算表　　断面2-2距断面0-0处斜长…………………………………S2=200.000m　　断面2-2处的初始过水断面积……………………………A20=10.000m²b.计算1-1断面渠段长度内涌波的行驶时间，s。1-1断面渠段长度内行驶时间计算表4.计算2-2断面渠段内涌波行驶时间a.计算2-2断面相应于丢弃负荷时刻的初始波高ξ2和波速C2　　假设涌波高度……………………………………………ξ2=0.730m　　断面2-2处的初始水面宽度………………………………B20=　　断面1-1处的初始的平均流速……………………………v10=2.000m/s1-1断面处涌波波速试算表1-1断面处涌波波速试算表　　断面1-1和断面0-0处初始的水面落差…………………Δ1=0.100m　　断面1-1距断面0-0处斜长…………………………………S1=100.000m　　断面1-1处的初始过水断面积……………………………A10=10.000m²3.计算1-1断面渠段内涌波行驶时间　　断面1-1处的初始水面宽度………………………………B10=8.000m试算满足要求，假设涌波高度正确。a.计算1-1断面相应于丢弃负荷时刻的初始波高ξ1和波速C1　　假设涌波高度……………………………………………ξ1=0.755mC0.730m8.000m10.00m²2.000m/s1.59.095m2.64m/sC1C2lΔt22.67m/s2.64m/s2.66m/s100.000m37.65sB00B30mξ3Δ3f0f2f38.000m8.000m1.50.705m0.300m9.55m²6.64m²6.38m²S2S3W2W3ΔQ0C2lC3200.000m300.000m1610.10m³2373.58m³20.0m³/s2.64m/s100.000m2.60m/sξ3B30A30v30mB'3C30.705m8.000m10.00m²2.000m/s1.59.06m2.60m/sC2C3lΔtL2.64m/s2.60m/s2.62m/s100.000m38.17sb.计算3-3断面渠段长度内涌波的行驶时间，s。试算满足要求，假设涌波高度正确。b.计算2-2断面渠段长度内涌波的行驶时间，s。2-2断面渠段长度内行驶时间计算表L-L断面处涌波波速试算表　　断面L-L处的初始过水断面积……………………………AL0=10.000m²　　断面L-L处的初始的平均流速……………………………vL0=2.000m/s　　断面L-L处的初始水面宽度………………………………BL0=8.000m　　断面L-L和断面0-0处初始的水面落差…………………ΔL=0.385m　　断面L-L距断面0-0处斜长…………………………………SL=385.000m　　假设涌波高度……………………………………………ξL=0.684m5.计算3-3断面渠段内涌波行驶时间a.计算3-3断面相应于丢弃负荷时刻的初始波高ξL和波速CL　　假设涌波高度……………………………………………ξ3=0.705m　　断面3-3处的初始水面宽度………………………………B30=8.000m　　断面3-3和断面0-0处初始的水面落差…………………Δ3=0.300m　　断面3-3距断面0-0处斜长…………………………………S3=300.000m　　断面3-3处的初始过水断面积……………………………A30=3-3断面渠段长度内行驶时间计算表　　断面3-3处的初始的平均流速……………………………v30=2.000m/s3-3断面处涌波波速试算表3-3断面处涌波波速试算表试算满足要求，假设涌波高度正确。6.计算L-L断面渠段内涌波行驶时间a.计算L-L断面相应于丢弃负荷时刻的初始波高ξL和波速CL10.000m²CCB00BL0mξLΔLf0f3fL8.000m8.000m1.50.684m0.385m10.26m²6.38m²6.17m²S3SLW3WLΔQ0C3lCL300.000m385.000m2473.53m³3130.24m³20.0m³/s2.60m/s85.000m2.57m/sξLBL0AL0vL0mB'LCL0.684m8.000m10.00m²2.000m/s1.59.03m2.57m/sC3CLlΔtL2.60m/s2.57m/s2.59m/s85.000m32.84sΔt1Δt2ΔtLT137.05s37.65s32.84s107.54s　　渠首断面初始水位………………………………………▽L0=588.402m　　渠首断面水位………………………………………………▽L=589.086m　　而前池处有▽0=▽L=589.086m▽L=▽L0+ξL计算公式式中k——所分渠段的数目Δti——各渠段长度内涌波的行驶时间，s。逆行正涌波传播到渠首的总历时计算表在t=T1时刻，渠首断面的水位：L-L断面处涌波波速试算表试算满足要求，假设涌波高度正确。b.计算L-L断面渠段长度内涌波的行驶时间，s。L-L断面渠段长度内行驶时间计算表6.计算逆行正涌波传播到渠首的总历时刘袁编制水利设计交流群：52855263欢迎同行交流设计经验CkiitT11Q0CLB'LξLQLA3LB3LgC320.0m³/s2.573m/s9.026m0.684m4.1m³/s16.190m²10.060m9.814.228m/sC3CLlΔtL4.23m/s2.57m/s3.40m/s85.000m25.00s　　当水位为▽L断面3-3处的过水断面积……………………A1L=17.050m²　　当水位为▽L断面3-3处的过水断面顶面宽度……………B1L=10.310m589.086m2.计算3-3断面的渠段内波速行驶时间，sa.计算2-2断面处波速　　设计引水流量………………………………………………Q0=20.0m³/s　　断面L-L处的波速…………………………………………CL=2.575m/sQL=Q0-CLBL'ξL式中：B'L——断面L-L在逆行正涌波半波高处的过水断面宽度，m。L-L断面渠段长度内行驶时间计算表2.573m/s　　断面L-L处的逆行正涌波涌波高度………………………ξL=0.684m　　渠首断面水位………………………………………………▽L=589.086m　　断面L-L处的逆行正涌波半波高处的过水断面宽度……B'L=9.026m　　断面3-3处的逆行正涌波涌波高度………………………ξL=0.684m　　渠首断面水位………………………………………………▽L=自动调节渠道涌波最高水位计算6第二阶段计算反射波（顺行负涌波）由断面L-L传播到断面0-0所需的时间T2。波流量：反射波的传播速度可