水工模型实验设计计算说明书

一、 设计依据

工程枢纽总体布置图、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(调洪计算前后的所有水文资料)。

具体参数如下： 1. 地形图：2-B 2. 坝型：2重力坝 3. 模型长度比尺Lr=60

4. 原型最大泄流流量Qmax=16000m³/s 5. 坝顶高程Z1=630m 6. 下游最高水位Z2=475m 7. 下游河道底板高程Z3=450m

附表：模型各参数的相应确定标准

模型流量(L/s) 进水池长度(m) 上游水库长度(m) 下游河道长度(m) 退水池长度(m) 量水堰长度(m) 量水堰宽度(m) 0.7 0.8 1.0 1.2 Qm<80 0.8 4 6(4) 0.8 80560 3.3 9 13(10.5) 3.3 11(8.5) 11.5(9) 2.4 2.6 0.2m+25Hmax 1.2+0.4 1.2+0.6 1.2+0.8 1.2+0.9 1.2+1.0 1.2+1.1

* 下游河道长度选取：7(5)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；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。

标注尺寸线(模型长度、宽度尺寸与原型尺寸均需标注，括号外为原型，括号内为模型，如500(5.0))；

编写设计说明(包含模型长、宽、高程推算过程及量水堰的计算)。

二、设计准则

水工常压模型一般都采用重力相似准则，按正态几何比尺进行设计。当长度比尺Lr确定后，相应的其它比尺分别为：

时间比尺：Tr=Lr=60½=7.746 流速比尺：Vr=Lr=60½=8.746 流量比尺：Qr=Lr=605/2=27885.480 糙率比尺：nr=Lr=601/6=1.976

16521212三、 模型糙率确定

1、上游水库

上游水库糙率按天然河床计算，取np=0.023。

0.023nm0.012nr1.976

2、下游河道

下游河道糙率按天然河床计算，取np=0.023。

np0.023nm0.012

nr1.976四、 模型高程计算

1. 量水堰尺寸计算

根据重力相似准则

np16000Qm0.5738m3/s573.8L/s

Qr27885.48因为Qm>560，由下表模型参数确定标准可知，量水堰宽度B=2.3m。

模型流量(L/s) 进水池长度(m) 上游水库长度(m) 下游河道长度(m) 退水池长度(m) 量水堰长度(m) 量水堰宽度(m) 1.2+1.0 450560 3.3 9 13(10.5) 3.3 1.2+1.1 Qp0.2m+25Hmax

因为Qm>20~30L/s，所以选用矩形量水堰作为流量测量仪器，根据堰流公式确定量水堰的高度。 矩形堰流计算公式：

H1.5Q1.7820.24BH0

P参数：P—堰高；H—堰上水头；B—堰宽；H0—修正后水头（H0=H+0.0011）。

一般取矩形堰堰板高程等于最大堰上水头的2倍，即P=2H。 将Q=0.5738m³/s，B=2.3m，P=2H，H0=H+0.0011代入上公式，

求得最大堰上水头Hmax =0.2571m；

堰高P=0.5142m；

量水堰长度L=0.2+25Hmax=0.2+25×0.2571=6.6275m； 量水堰边墙比量水堰最高水位高0.1m；

量水堰总高度H堰= Hmax +P+0.1=0.2571+0.5142+0.1=0.8713m；

2. 模型各部分高程推算

模型流量(L/s) 进水池长度(m) 上游水库长度(m) 下游河道长度(m) 退水池长度(m) 量水堰长度(m) 量水堰宽度(m) Qm>560 3.3 9 13(10.5) 3.3 6.6275 2.3 根据重力相似准则，可以确定原型参数分别为： 进水池长度：3.3×60=198m 退水池长度：3.3×60=198m 上游水库长度：9×60=540m 下游河道长度：13.0×60=780m 量水堰长度：6.6275×60=397.65m 量水堰宽度：2.3×60=138 m （1）下游河道高程Z3=450m

根据下游河道底板比量水堰边墙顶高0.1m 可确定量水堰边墙高程为450-0.1×60=444m

退水池及量水堰的底板高程为450-0.8713×60=397.722m （2）下游最高水位Z2=475m，选择下游河道边墙所在高程为480m

（3）坝顶高程Z1=630m，选择上游水库边墙所在高程为635m 根据上游进水池边墙顶比上游水库边墙顶高0.1m 可确定上游进水池边墙高程为635+0.1×60=641m

进水池底板高程与退水池及量水堰的底板高程相同为397.722m

模型各部分高程 （单位m）

位置 高程 退水池及量水堰底板 量水堰边墙 444 下游河道底板 下游河道水位 下游河道边墙 坝顶 上游水库边墙 进水池边墙 641 进水池底板 397.722 450 475 480 630 635 397.722 五、 模型及原型平面尺寸

根据560 L/s＜Qm=573.8L/s，可确定模型参数；根据重力相似准则及长度比尺Lr=60，可确定原型参数

原型参数（单位m）

枢纽组成 模型尺寸 原型尺寸（模型尺寸×60） 进水池长度 3.3 198 上游水库长度 9 540 下游河道长度 13 780 退水池长度 3.3 198 量水堰长度 6.6275 397.65 量水堰宽度 2.3 138

六、 模型平面布置步骤

1、根据所给具体体型参数对拱坝进行准确绘制；

2、根据所给坝轴线,在地形图上确定拱坝的具体位置和拱坝范围；

3、根据坝顶高程Z1=630 m，可选上游水库边墙所在高程为635 m；根据下游水位Z2=475m，可选下游河道边墙所在高程为480 m。以此高

程确定截取的等高线位置；

4、根据原型参数上游水库长度及下游河道长度，确定原型范围，并对范围以外的等高线进行修剪；

5、量水堰尺寸计算看第四部分；

6、根据原型尺寸确定进水池、退水池及量水堰的位置。进水池宽度与上游水库一致，退水池宽度与下游河道一致；

7.消浪栅及测针位置确定

消浪栅设置于上游10倍最大堰上水头处。 25Hmax=25×0.2571=6.4275m 水位测针设置于6倍最大堰上水头处。 6Hmax=6×0.2571=1.5426m

七、 模型布置图

提交一份完整的模型布置图(A3图幅)，其中包括模型总体平面布置图与纵剖面布置图、量水堰平面与纵剖面图(另外还必须有A4图幅的详图)，图中必须有清楚的平面尺寸(模型与原型均有)、高程及水位水尺、测针等位置标识。