利用VB編程進(jìn)行實(shí)用堰的消能計(jì)算

宋永華

（東港市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧 東港 118300）

在天然河道中的水流，一般多屬緩流，單寬流量沿河寬方向的分布比較均勻，其水深大于臨界水深。但當(dāng)河道中修建了堰、閘等建筑物后，水的流動(dòng)條件就會(huì)發(fā)生變化，建筑物出口水流往往為急流，收縮斷面水深常小于臨界水深，產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，下泄的水流具有很高的流速，對(duì)下游河（渠）床會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，特別當(dāng)為了節(jié)省建筑物造價(jià)，使下泄寬度小于河床寬，結(jié)果加大單寬流量，水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在如此大的能量下，如不采取有效措施加以消除，勢(shì)必刷深河槽，沖毀河堤，危及建筑物安全。

當(dāng)建筑物下游產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式或臨界式水躍銜接時(shí)，為了改變這種不利的銜接形式，使下泄的高速水流得到很好的消能，必須設(shè)法加大建筑物的下游水深，使水躍控制在緊靠建筑物處，并形成淹沒程度不大的水躍。目前，我國(guó)中小型水利工程中多是采用降低護(hù)坦高程來(lái)形成消能池，通過(guò)水躍發(fā)生的表面旋滾和強(qiáng)烈紊動(dòng)來(lái)消除余能。由水力學(xué)分析可知，消力池池深隨躍后水深和下游水深差值的增大而增大，而消力池的長(zhǎng)度又隨流量的增大而增大。

我們傳統(tǒng)的消力池水力計(jì)算是借助一些專門的圖表來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，而現(xiàn)在，有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能的Excel軟件，使計(jì)算更進(jìn)一步的簡(jiǎn)化了。但如果用 VB高級(jí)程序語(yǔ)言把計(jì)算編寫為程序，將會(huì)使計(jì)算變得更加方便、快捷，我們只需輸入幾個(gè)數(shù)據(jù)，就可在瞬間看到結(jié)果。

1 消力池深度計(jì)算的基本公式

消能計(jì)算，在水利工程實(shí)踐中是常見的，筆者主要是針對(duì)實(shí)用堰的消能計(jì)算，實(shí)用堰的流態(tài)模型如圖1所示。

在堰前斷面與收縮斷面存在如下關(guān)系式：

式中，φ為流速系數(shù)；ch為收縮水深。由式(1)可導(dǎo)出：

hc為收縮水深，在消能計(jì)算中，可視為躍前水深。躍后水深 h c″按下式計(jì)算：

消力池深度d應(yīng)滿足下式：

其中，L1是水流射程，對(duì)實(shí)用堰來(lái)講 L1=0；L2是收縮水深至消能池距離。

上述諸式中：

P—堰高，m；

q—單寬流量，m3/s·m；

k—水躍淹沒系數(shù)1.05～1.1；

φ—堰的流速系數(shù)；

圖1 實(shí)用堰的流態(tài)模型

2 編程步驟與程序代碼

打開編程軟件VB6.0建立新工程，打開新窗體Form，在 Form上建立 7個(gè) TextBox控件和 1個(gè)CommandButton命令按鈕，如圖2所示。

圖2

雙擊計(jì)算按鈕，在 CommandButton—Click事件中輸入如下程序代碼：Private Sub Command1_Click( )

3 程序符號(hào)及使用說(shuō)明

q1—下泄的單寬流量，m3/s·m；

fai—流速系數(shù)；

m—流量系數(shù)；

p—溢流壩高度，m；

ht—下游水深，m；

hh—躍后水深，即 h″；c

hc0—收縮水深，即 hc；

d—消力池深度，m；

lb—消力池長(zhǎng)度，m；

運(yùn)行該程序后，在文本框中分別輸入單寬流量、下游水深、堰高或溢流壩高、流量系數(shù)、流速系數(shù)，單擊計(jì)算（即 Commandbutton按鈕），在消力池深度和消力池長(zhǎng)度的文本框顯視出計(jì)算結(jié)果。

4 計(jì)算實(shí)例

在某河段修建一座溢流壩，壩的寬度等于河道寬B，壩上水頭H =3.0m，壩高P =10m，溢流壩流速系數(shù)φ=1.0，流量系數(shù)m =0.49，下游河道水深h =4.0m，單寬流量為 11.5m3/s·m，試計(jì)算需要修建的消力池長(zhǎng)度和消力池的深度。

圖3

運(yùn)行程序，將已知數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)輸入后，單擊計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖3，消力池深度d=1.988m；消力池長(zhǎng)度l=26.73m。

5 結(jié) 論

在水利設(shè)計(jì)工作中，繁重的數(shù)字計(jì)算總是免不了的，如果我們利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行水利計(jì)算，會(huì)大大方便我們的工作，減少繁瑣的試算過(guò)程，降低設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)速度和工作效率及結(jié)果的準(zhǔn)確性。Visual Basic6.0是一個(gè)很適合于基層工作人員的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它將使你輕松地指揮計(jì)算機(jī)按照您的思維和意圖完成復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。

[1] 華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)·1·基礎(chǔ)理論[M].北京:水利電力出版社,1983.

[2] 吳持恭.水力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2003

[3] 費(fèi)文才.廟子頭水電站兩種堰型選擇水閘斷面模型試驗(yàn)研究[J].水電站設(shè)計(jì),2002,(6).