溢洪道设计实例.doc

1、溢洪道设计实例黑龙江农垦林业职业技术学院1、进水渠进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。采用梯形断面，底坡为平坡，边坡采用 1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速 3.0m/s ，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是 360.52m。进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表 1。表 1水位（mm） 泄量（m 3/s） H(m) B(m) 计算公式（假设 =2m/s）设计校核363.62364.815408003.14.2982.486.7Q= A, A=(B+mh)hA过水断面积；B渠底宽度由计算可以拟定引渠底宽 B=90 米（为了安全）进水渠与控制堰之间设 20 米渐变段，采用圆弧连接，半径 R=20m，引渠长 L

2、=150 米。2、控制段其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为 360.52m。堰厚 拟为 30 米（2.5H 10H） 。坎宽由流量方程求得，具体计算见表 2。表 2(忽略行近水头 2/2g)水 位(m)泄 量（m 3/s）H0(m) 计算公式及符号意义b(m)设计洪水位363.62 540 3.1 61.56校核洪水位364.81 800 4.29式中 m流量系数，230HgmQb等于 0.364；H 0堰上水头，不包括行进水头；Q泄量；b控制堰宽。56.02由计算知，控

3、制堰宽取 b=65m 为宜。3、泄槽泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段、泄槽一段和泄槽二段布置。据已建工程拟收缩段收缩角 =12，首端底宽与控制堰同宽， b1=65m,末端底宽 b2 拟为 40m，断面取为矩形，则渐变段长 ，取整则mtgbL8.521L1 为 60m，底坡 。501i泄槽一段上接收缩段，下接泄槽二段，拟断面为矩形，宽 b=40m，长 L2为 540m，底坡 。2i泄槽二段断面为宽 40m 的矩形，长 L3 为 80m，底坡 。81i4、出口消能溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采

4、用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。5、尾水渠其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长 L=10m 护坦。1、溢流堰泄流能力校核：当引渠很长时，水头损失不容忽视。（1）基本公式如下：； ； ； 。ghj23422RlnrchfxA61RnC式中，hj局部水头损失，米； hf沿程水头损失，米；局部水头损失系数； 引渠流速，m/s； g重力加速度（m/s 2）; L引渠长度，米；动能系数，一般为 1.0； C谢才系数；R水力半径，米； A过水断面面积，米2；x湿周，米； n引渠糙率；230HgbmQS式中， 淹没系数，取 1.0； 无坎宽顶坎的

5、流量系数；mb 堰宽，m； H0包括行近流速水头的坎上水头，m；Q流量，m 3/s。求堰前水深和堰前引水渠流速采用试算法，联立公式 可求得，具体计算见表32020 )(,gbmQHghS1。表 1计算情况 泄量 Q H0 h 假设 试算设计水位校核水位363.62364.815408002.993.892.783.622.02.32.062.32由计算表中流速可知，均小于 3m/s，满足要求。求引渠总水头损失 。h， ， ；fjh gj2342RLnhf式中 ） 。1.0(1.0 采 用头 损 失 系 数渠 道 匀 缓 进 口 ， 局 部 水 具体计算成果见表 2。表 2计算情况 h hj A

6、 x R n L hf设计校核2.783.622.02.30.200.270.020.027261.79345.46100.02103.052.623.353.615.010.0160.0161501500.0370.0350.0570.062作出库水位流量关系。 库水位=堰顶高程+ 堰上水头 +水头损失，具体计算见表 3。表 3Q(m3/s)H0(m) (m)堰顶高程（m）库水位(m)5406508002.993.143.890.0570.0620.062360.52360.52360.52363.567363.722364.4722、溢洪道水面曲线计算（1）基本公式如下：；bQqghk；3

7、2/ 612 KkKKKk RnCbhAXRBCgxi ；式中 hk临界水深，m； b泄槽首端宽度，m；Q槽内泄量，m 3/s； g重力加速度，m/s2;q单宽流量，m 3/s.m; ik临界坡降； BK相应临界水深的水面宽，m；AK,XK,RK,CK临界水深时对应的过水断面积（m 2） 、湿周（m ） 、水力半径（m 2） 、谢才系数。E1+iL=E2+hf; ；,211hgE22hgE式中 E11-1 断面的比能， m；E22-2 断面的比能， m；h1， h21-1 及 2-2 断面水深，m；1-1 及 2-2 断面平均流速，m/s；，hf沿程水头损失，m；iL1-1 及 2-2 断面的

8、底部高程差，m；L断面间长度， m；n泄槽糙率；两断面间平均流速，m/s；两断面间平均水力半径，m。R（2）渐变段水面线计算临界水深 hk 及临界底坡 ik渐变段首端宽 b1=65 米，尾端宽 b=40 米，断面为矩形。具体计算见表 4表 4计算情况 Q BK qK hK Ak xk RK CK设计水位校核水位54080065658.3113.311.922.49124.8161.8568.8469.981.812.3169.0071.860.002180.00204渐变段 ，故属陡坡急流， 槽内形成 b 型降水曲线。属明渠非均kii501匀流计算。渐变段水面线计算首端断面水深为临界水深 hk

9、，具体计算见表 5。表 5计算情况 Q h1 q1 A1 x1 R1 V1 E1 i1 设 h2 q2 A2设计水位校核水位5408001.922.498.3113.31124.8161.8568.8469.981.812.314.334.942.883.740.020.022.753.513.520110140X2 R2 V2 E2 I2 L n hf E1+il E2+hf45.5472.422.994.915.713.985.160.020.022.050.584.605.3060600.0160.0160.120.124.084.944.105.28由计算得渐变段末端水深分别为 h 设

10、 =2.75 米，h 校 =3.5 米(3) 泄槽一段水面线计算汇槽一段断面为矩形，宽 40m，长 540m， 201i临界水深 hk 和临界坡降 ik具体计算见表 6。表 6计算情况 Q BK qK hK Ak xk RK CK设计水位校核水位540800404013.5202.653.44106137.645.346.882.342.9472.0174.810.002140.00205，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。kii201泄槽一段末端水深（正常水深 h0）采用试算法。具体计算见表 7表 7计算情况 Q b i设ho A0 X0 R0 C0设计水位校核水位54080040402.032

11、.681.210444.0645.21.842.369.4971.817619.8311326.15539800.88经试算，设计水位时，h 0=2.03 米 ;校核水位时，h 0=2.6 米。泄槽一段水面线计算采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算见表 8。(4)泄槽二段水面线计算泄槽二段断面为矩形，宽 40m，长 80m，底坡 。1i表 8计算情况断面 h0(m) A(m2) V(m/s) V2/2g(m) Es(m) Es(m)X(m) R(m) L(m)1-1 2.65 106 5.09 1.32 3.97 45.3 2.34 72.010.01 0.002203 0.002797

12、3.58 3.582-2 2.60 104 5.19 1.37 3.98 45.2 2.3 71.810.02 0.0025 0.0025 8 11.583-3 2.45 98 5.51 1.55 4.00 44.9 2.18 71.170.06 0.003044 0.001456 30.67 42.254-4 2.30 92 5.87 1.76 4.06 44.6 2.06 70.50.01 0.003750 0.00125 80 122.255-5 2.15 86 6.28 2.01 4.16 44.3 1.94 69.8设计水位6-6 2.03 81.2 6.65 2.26 4.29 0

13、.13 44.06 1.84 69.19 0.004567 0.000433 300.23 422.281-1 3.5 140 5.71 1.67 5.166 47 2.98 74.970.003 0.002088 0.002912 1.03 1.032-2 3.35 134 5.97 1.82 5.169 46.7 2.87 74.500.024 0.002405 0.002595 9.25 10.283-3 3.20 128 6.25 1.99 5.193 46.4 2.76 74.020.075 0.002863 0.002137 35.10 45.384-4 3.00 120 6.67

14、 2.27 5.268 46 2.61 73.330.135 0.003532 0.001468 91.96 137.345-5 2.8 112 7.14 2.60 5.403 45.6 2.46 72.60校核水位6-6 2.6 104 7.69 3.02 5.619 0.216 45.2 2.30 71.81 0.004431 0.000569 379.61 516.95求临界底坡 ik，控制断面水深 ho(正常水深)。因泄槽二段同泄槽一段流量、形状、断面尺寸相同，故临界底坡和临界水深不变。设计水位时，i k=0.00214；校核水位时，i k=0.00205。，属陡坡急流，按陡槽非均匀流

15、计算。ki81控制断面水深 h0 用试算法，具体计算列于表 9。表 9计算情况 Q b i 设 ho A0 X0 R0 C0设计水位校核水位54080040400.760.9630.438.441.5241.920.730.9259.3461.591541.172268.59545802经试算，设计水位时，h 0=0.76 米 ;校核水位时，h 0=0.96 米。泄槽二段水面线计算泄槽二段首端控制水深，设计水位时 h=2.03 米；校核水位时，h=2.6 米。采用分段求和法计算水面曲线，具体计算见表 10。 表中仅推到泄槽二段末端，若推到正常水深时，陡槽长已超过设计长度，这是不切实际的。故泄槽

16、二段内不产生正常水深。由计算知末端水深在设计水位时为 h=0.93 米 ;在校核水位时为 h=1.29 米。表 10计算情况 断面 h(m) A(m2) V(m/s) Es(m) Es(m) X(m) R(m) L(m)1-1 2.03 81.2 6.65 4.286 44.06 1.84 69.200.281 0.005838 0.119162 2.36 2.362-2 1.85 74 7.30 4.567 43.7 1.69 68.230.36 0.007750 0.11725 2.99 5.353-3 1.70 68 7.94 4.917 43.4 1.57 67.360.76 0.01

17、0854 0.114146 6.27 11.624-4 1.50 60 9.0 5.633 43.0 1.40 66.071.169 0.016789 0.108211 10.80 22.425-5 1.30 52 10.38 6.802 42.6 1.22 64.611.983 0.027906 0.097094 20.42 42.846-6 1.10 44 12.27 8.785 42.2 1.04 62.94设计水位7-7 0.93 37.2 14.52 11.6812.89641.86 0.89 61.280.48199 0.076801 37.71 80.551-1 2.6 104

18、7.69 5.619 45.2 2.30 71.810.324 0.005672 0.119328 2.72 2.722-2 2.4 96 8.33 5.943 44.8 2.14 70.960.474 0.007408 0.117592 4.03 6.753-3 2.2 88 9.09 6.417 44.4 1.98 70.050.685 0.009913 0.115087 5.95 12.704-4 2.0 80 10.0 7.102 44.0 1.82 69.050.997 0.013685 0.111315 8.96 21.665-5 1.8 72 11.11 8.099 43.6 1

19、.65 67.951.473 0.019637 0.105363 13.98 35.64校核水位6-6 1.6 64 12.50 9.572 2.240 43.2 1.48 66.73 0.029487 0.095513 23.45 59.097-7 1.4 56 14.29 11.812 42.8 1.31 65.368-8 1.29 51.6 15.50 13.554 1.742 42.58 1.21 64.53 0.041746 0.083254 20.92 80.01（5）溢洪道水面曲线成果及护砌高度计算溢洪道水面线是为确定边墙高度、边墙及衬砌底板的结构设计和下游消能计算提供依据。溢洪

20、道边墙高度计算公式为：式中 h不掺气时水深，m；hb当流速大于 78m/s 时掺气增加水深，m； 安全超高，设计时取 1.0，校核时取 0.7, m；H边墙高度，m。边墙高度计算引水渠边墙高见表 11表 11(v78m/s)参 数情 况h(m) (m) H=h+ (m)设计水位校核水位2.783.621.00.73.784.12控制堰边墙高度与引渠等高。设计水位时，边墙高度 H=3.78 米；校核水位时，边墙高度 H=4.12 米。收缩段边墙高度具体计算见表 12。收缩段最大流速v=5.71 米/秒78 米/秒，不考虑掺气所增加水深，故 H=h+。泄槽一段边墙高度具体计算见表 13。泄槽二段边

21、墙高度具体计算见表 14。表 12计算情况 断面断面距渐变断首端距离（m）计算水深h(m)超全超高 （m）边墙高度H（m）设计水位 首端尾端 060 1.922.75 1.01.0 2.923.75校核水位 首端尾端 060 2.493.5 0.70.7 3.194.20表 13计算情况 断面断面距离槽首端距离（m）计算水深 h(m)流速 v(m/s) (m)(m)H(m)设计水位1-12-23-34-45-56-603.5811.5842.25122.25422.282.752.602.452.302.152.031.01.01.01.01.01.03.753.63.453.33.153.0

22、3校核水位1-12-23-34-45-56-601.0310.2845.38137.34516.953.53.353.203.02.82.66.677.147.690.200.200.70.70.70.70.70.74.24.053.93.73.73.5表 14计算情况 断面断面距离槽首端距离（m）计算水深h（m）流速 v(m/s) (m)(m)H(m)设计水位1-12-23-34-45-56-67-702.365.3511.6222.4242.8480.552.031.851.701.501.301.100.936.657.307.949.010.3812.2714.520.1350.135

23、0.1350.1350.1350.1351.01.01.01.01.01.01.03.032.992.842.642.442.242.07校核水位1-12-23-34-45-56-67-78-802.726.7512.7021.6635.6459.0980.012.62.42.22.01.81.61.41.297.698.339.091011.1112.514.2915.500.200.200.200.200.200.200.200.200.70.70.70.70.70.70.70.73.53.33.12.92.72.52.32.19(6)出口消能计算溢洪道出口消能计算的任务是：估算下泄水流的

24、挑射距离；选择挑流鼻坎形式，确定挑流鼻坎方式、反弧半径、挑射角等尺寸，以保证达到最优消能效果；估算下游冲刷坑的深度和范围。计算公式为 L=L1+L2；ctgLghsvvs2 121 )cossini(o式中，L 挑距，m；v1坎顶水股断面中心点上水流质点的流速，其值近似取陡槽末端的流速，m/s ； 鼻坎挑射角度；g重力加速度，m/s 2；h1坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m ；S2坎顶距下游水面线垂直距离，m；ts冲坑中最大水深， m； tzqktsK岩石冲刷系数。Z=（堰项高程十堰顶水深十堰顶流速水头）一下游水位，m；q单宽流量，m 3/s.m；t下游水深，m，下游无水，t

25、=0;入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程式求得，即 21coscsgv挑距计算，见表 15。表 15计算情况h1(m)v1(m/s) (0)S2(m)Z(m) kts(m)Q(m2/s)L2(m)L1(m)L(m)设计校核0.931.2914.5215.5035354415.6917.550.950.956.958.7013.5206.88.825.2328.3032.0337.10校核冲刷坑范围设计情况 i= ts /L=6.95/32.03=0.22 ic=校核情况 i= ts /L=8.70/37.10=0.23ic= 314故冲坑不会危及挑坎安全。溢洪道水利计算成果，见表 1。表 1水 位 泄量（m 3/s）正常蓄水位设计洪水位校核洪水位360.52363.62364.810540800溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取 n=0.016。溢洪道为 3 级建筑物，按 50 年一遇设计，500 年一遇校核的洪水标准。