確定溢流壩斷面形式和水力計算

1、附錄C 溢流壩段設計及水力計算 不設閘門的堰頂高程就是水庫的正常蓄水位，庫水位超過堰頂后就溢過堰頂泄向下游，這種型式結(jié)構(gòu)簡單、管理方便，適用洪水流量大、上游淹沒損失不大的中小型工程。 壩頂表孔溢洪道優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，檢查維修方便，（2）水流平順，（3）便于排除漂浮物，不易堵塞，（4）泄流量與堰頂水頭H的3/2次，超泄?jié)摿Υ?。但表孔位置較高，在開始泄流時流量很小，不能及時加大泄量降低庫水位。另外它不能滿足排砂、放庫等要求。C.1 溢流堰泄流能力計算基本公式： (C-1)式中：Q流量，m3/s； B溢流堰凈寬，m； Hw堰頂以上作用水頭，Hw=(1439.1-1435.5) 90%=3.2m

2、g重力加速度，m/s2； m流量系數(shù)，根據(jù)P/Hd3時，可取m=md=0.470.49,本設計中壩高為1435.5-1380=55.5m, Hd =Hw , P/ Hd =55.5/2.9=19,取0.49； C上游面為鉛直時，C取1.0； 側(cè)收縮系數(shù)； s淹沒系數(shù)，取1.0； 曲線型實用堰設置中墩，共2孔，每孔凈寬13m。曲線型實用堰的側(cè)收縮系數(shù)可由以下公式計算： (C-2)為邊墩形狀系數(shù)，邊墩取為圓弧形，系數(shù)為0.7；為中墩形狀系數(shù)，中墩也同樣取為圓弧形，系數(shù)為0.45。所以原式代入數(shù)據(jù):Hw=(1439.1-1435.5)90%=3.2m=1-0.2×0.7+(2-1)

3、5;0.45×3.2/(2×13)=0.97 有導流洞參加調(diào)洪，參加q=100m/m3,故=319m3/s,滿足要求。C.2 溢流壩剖面設計溢流壩段的堰面曲線，當設置開敞式溢流孔時可采用實用堰WES曲線。 設計水頭可以取0.750.95倍的校核水位時的堰上水頭。Hd=Hmax×90%=(1439.1-1435.5)×90%=3.2mC.2.1溢流堰上游曲線堰頂o點上游三段圓弧的半徑及其水平坐標值為X1=0.175Hd=0.175×3.2=0.56mR1=0.5Hd=0.5×3.2=1.6mR2=0.2Hd=0.2×3.2=0

4、.64mX2=0.276Hd=0.276×3.2=0.88mR3=0.04Hd=0.04×3.2=0.13mX3=0.282Hd=0.282×3.2=0.90mC.2.2 溢流堰下游曲線O點下游的曲線方程為 （C-3）即 按上式算得的坐標值如下表C-1：x/m12345678910y/m0.1850.671.412.413.645.106.788.6710.7813.11根據(jù)表中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OC坡度ma=0.7的下游直線段CD與曲線相切于C點。C點坐標可如下求得：對堰面曲線求一階導數(shù) 直線CD的坡度為 故有 即 得o點下游曲線與直線切點的坐標為（5.4m

5、,4.2m）。C.2.3 下游消能形式的選擇查溢洪道設計規(guī)范SL 253-20002.5.4挑流消能可用于巖石地基的高中水頭樞紐。根據(jù)實際資料，下游地質(zhì)情況符合。溢洪道挑流消能設施的平面型式可采用等寬式擴散式收縮式挑流鼻坎可選用連續(xù)式差動式和各種異型鼻坎等。2.5.8面流消能可用于下游尾水大于躍后水深且水位變幅不大河床及兩岸在一定范圍內(nèi)有較高的抗沖能力或有排冰要求的樞紐，但本工程中下游水位不穩(wěn)定，故不選用。2.5.9消力戽或戽式消能工可用于下游水深大于躍后水深下游河床及兩岸有一定抗沖能力的樞紐有排泄漂浮物要求時不宜采用消力戽下游宜設置導墻。根據(jù)資料以及下游情況選擇挑流消能，挑流消能可大大減少工

6、程量。C.2.4 反弧半徑的計算通過查天然河道水位與流量關系圖，可估算出下游水位約為1393.2m。工程中一般取坎底高程等于或略高于下游水位的12米。以坎底最低點為基準面,高程為1395m。 hc為校核洪水位時反弧最低點處的水深，h為最低點到底面的高程；hc用迭代公式計算，以坎底為基準面計算。 (C-4)其中取0.95 ，P2=1435.51385=50.5m,E0= P2+Hw-h=50.5+3.210=43.7m解得hc=0.5m反弧半徑取410h，則R的范圍是2m5m之間。反弧段流速大，反弧半徑也宜選用較大值。長江科學院曾提出影響自由挑射的最小反弧半徑,式中h為挑坎上的水深，F(xiàn)r為挑坎上

7、的弗勞德數(shù)，F(xiàn)r=v/ 坎上的流速可根據(jù)水力學公式， (C-5)代入數(shù)據(jù)得 43.7=0.5 得V=28m/s計算可知 Fr=12,Rmin=1m。實際工程反弧半徑R的取值范圍，遠遠超過R=(410)h的限度。有人根據(jù)國內(nèi)外60個工程資料，針對影響反弧半徑的主要因素進行優(yōu)化，提出反弧半徑的經(jīng)驗公式為，計算得R=13.9m，在此取半徑為14m。C.3挑流消能計算 基本資料：挑角=20°； 下泄流量Q=313m3/s；上游水位高程1439.1m； 下游水位高程1393.2m；下游河床高程1385 m； 挑坎的坎頂高程1395.6 m; 為了減小沖深，以選取15°20°

8、的小挑角為好，對于一般非深水河槽，可采用20°30°。C.3.1 射流挑距的計算由公式 (C-5) 式中 L 水舌拋距，m ； Vc坎頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速 的1.1倍計，即 Vc = 1.1 = 1.1（S1為水庫水位至坎頂?shù)穆洳睿鶕?jù)幾何關系，得坎頂?shù)母叱虨?395.6m，1439.1-1395.6=43.5m Vc =30.5m/s。） 應是射流與水平的夾角，一般取為鼻坎挑射角。h1 是坎頂垂直方向水深，單位m。 h2是坎頂至河床面高差，單位m。根據(jù)幾何關系，坎頂?shù)母叱虨?395.6m,h2為1395.6-1385=10.6m代入數(shù)據(jù)得 =83mC.3.2 沖坑深度計算由公式（巖石河床） (C-6)式中： tk水墊厚度，自水面算至坑底，m；q單寬流量，m3/（s·m）；H上下游水位差，m；k沖刷系數(shù)，由于壩址處基巖完整、堅硬，河流基本下切至新鮮巖面的地質(zhì)情況的綜合評定，k=1.1。由已知數(shù)據(jù)求得ht=(1393-1385)m=8ma=（1395.6-1385）m=10.6mq=Q/b=313/26=12m/s沖刷坑深度 =1.1&