河岸溢洪道水力計算實 例

1、河岸溢洪道水力計算實例資料及任務(wù)某水庫的帶胸墻的寬頂堰式河岸溢洪道，用弧形閘門控制泄流量，如圖15.7 所示。溢洪道共三孔，每孔凈寬10米。閘墩墩頭為尖圓形（半圓形），墩厚2 米。翼墻為八字形（折線形），閘底板高程為33.00米。胸墻底部為圓弧形， 圓弧半徑為0.53米，墻底高程為38.00米。閘門圓弧半徑為7.5米，門軸高程 為38.00米。閘后接第一斜坡段，底坡=0.01，長度為100米。第一斜坡段后 接第二斜坡段，底坡i皿=1:6，水平長度為60米。第二斜坡段末端設(shè)連續(xù)式挑 流坎，挑射角TI25 （30）。上述兩斜坡段的斷面均為具有鉛直邊墻（矩 形斷面），底寬B =34米的矩形斷面，其余

2、尺寸見圖15.7。溢洪道用混凝土 澆筑，糙率n=0.014。溢洪道地基為巖石，在閘底板前端設(shè)帷幕灌漿以防滲。水 庫設(shè)計洪水位42.07米，校核洪水位為42.40米，溢洪道下游水位與流量關(guān)系曲 線見圖15.8。當溢洪道閘門全開，要求：繪制庫水位與溢洪道流量關(guān)系曲線；繪制庫水位為設(shè)計洪水位時的溢洪道水面曲線；計算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)的挑距。圖8二、繪制庫水位與溢洪道流量關(guān)系曲線（一）確定堰流和孔流的分界水位寬頂堰上堰流和孔流的界限為F!0.65。閘門全開時，閘孔高度H=38.0-33.0=5.0 米，則堰流和孔流分界時的相應(yīng)水頭為口二n 米堰流和孔流的分界水位二33.0+7.7=40.7

3、米。庫水位在40.7米以下按堰流計 算；庫水位在40.7米以上按孔流計算。（二）堰流流量計算堰流流量按下式計算：式中溢流寬度B=nb=3X 10=30米。因溢洪道上游為水庫， 0則 異 3。溢洪道進口上游面傾斜的寬頂堰，上游堰高a=33.0-32.5=0.5米， 斜面坡度為1： 5，則 |二5 （ 為斜面與水平面的夾角），寬 頂堰流量系數(shù)m可按皿及ctg兄由表11.7查得；側(cè)收縮系數(shù)用按下式 計算：口0.2（n-1） Pi其中孔數(shù)n=3；對尖圓形閘墩墩頭， n0.25 ；對八字形翼墻， E.7。 因閘后為陡坡段，下游水位較低，不致影響堰的過水能力，為寬頂堰自 由出入流，取廠11。設(shè)一系列庫水位

4、，計算相應(yīng)的H，m，用和，計算成果列于表1庫水位（米）（米）m（米/秒）35.02.02.830.250.3820.98414237.04.08.000.1250.3830.96539439.06.014.700.0830.3830.95271340.77.721.360.0650.3840.9381024（三）孔流流量計算因胸墻底緣為圓弧形，閘孔流量可按具有圓弧底緣的平面閘門下自由孔流流量公式計算Q= .eB :已知 計5.0米，B=30米，H RH自由孔流流量系數(shù)|，由表11.12取閘孔流速系數(shù)匚0.95，垂向收縮系數(shù)用按式計算：其中系數(shù)k=n，而門底（即胸墻底）圓弧半徑r=0.53米，則

5、刑=1 I =1 I 0.073設(shè)一系列庫水位，計算一系列相應(yīng)的H，閂，用及Q，計算成果列于表2庫水位（米）H（米）（米7秒）備注40.7041.507.70.8.500.6500.588.0.8300.8210.7880.7809881086為設(shè)計洪水位為校核洪水位42.079.070.5510.8150.774115042.409.400.5320.8130.7721186按表1及表2的數(shù)據(jù)繪制庫水位與溢洪道流量曲線于圖三、繪制庫水位為設(shè)計洪水位時的溢洪道水面曲線水庫設(shè)計洪水位為42.07米，由表2知相應(yīng)閘上水頭為9.07米及相應(yīng)設(shè)計 流量為1150米.秒。溢洪道水面曲線由閘門后水平段、第

6、一斜坡段及第二斜坡段上的水面曲線所組成?，F(xiàn)分別計算各段的水面曲線。（一）（一）門后水平段由圖15.7閘門后水平段長度為14.1米。當庫水位為設(shè)計洪水位時，由表2知垂向收縮系數(shù)用=0.815，故閘門后收縮斷面水深H= PHe=0.815 X 5.0=4.08 米閘孔單寬流量n米3/秒/米臨界水深nm=5.31 米因，閘后水平段水面曲線為：型壅水曲線。收縮斷面至閘門的水平距離為2.5e=2.5X5.0=12.5米，已接近水平段末端，曲線長僅1.6米，不必計算。參照值，取水平段末端水深為4.1米。（二）（二）第一斜坡段1、判別底坡類型。先求正常水深Pil：底坡10.01，底寬 n34米，矩形斷面邊坡

7、系數(shù)I 0，糙率n = 0.014，均勻流流量模數(shù)K琢11500米或秒rn =76.7由附錄圖解II查得n0.0785，則n0.0785B =0.0785 X 34=2.67 米再求臨界水深只（米）（米/（米）秒）秒）表 15.10h（米）A（米）（米）R（米）R :（米）C（米.秒）v（米/秒）（米）E :（米）4.10139.442.23.3031.22087.178.2503.4737.5734.00136.042.03.2381.21686.888.4563.6487.6483.90132.641.83.1721.21286.588.6733.8387.7383.80129.241.6

8、3.1061.20886.288.9014.0427.8423.70125.841.43.0391.20485.969.1414.2647.9643.60122.441.22.9711.19985.649.3954.5048.1043.50119.041.02.9021.19485.319.6644.7658.265（米）（米）0.0750.0900.1040.1220.1400.1618.3538.5658.7879.0219.2689.5303.2713.2053.1393.0733.0052.93787.0386.7386.4386.1285.8085.480.002820.003040

9、.003290.003560.003880.004230.007180.006960.006710.006440.006120.0057710.4512.9315.5018.9422.8827.9010.4523.3838.8857.8280.70108.60表 15.11h（米）A（米）（米）R（米）R: （米）C（米：秒）v（米/秒）（米）E :（米）3.53120.041.062.9231.19685.419.5834.6868.1263.20108.840.42.6931.17984.2510.575.7008.9002.8095.239.62.4121.15882.7212.087.

10、44510.2452.4081.638.82.1031.13280.8514.0910.13312.5332.0068.138.01.7891.10278.7016.9114.59216.5921.9064.637.81.6931.09277.9817.8016.16918.069（米）（米/秒）（米）（米秒）（米）（米）0.68410.0772.80884.830.005030.1624.224.221.34511.3252.55383.490.007210.1598.4612.682.28813.0852.25881.790.011340.15514.7627.444.05915.5001

11、.94679.780.019400.14727.6155.051.47717.3551.74178.340.028190.13810.7065.75=33.8米皿/秒/米LU求得 n5.04米。因底坡為陡坡。2、水面曲線計算。用分段法計算水面曲線。應(yīng)用的公式為：因為是陡坡，以第一斜坡段起始斷面為控制斷面，以該斷面水深（即閘后水 平段末端水深）匚14.1米為控制水深，然后假設(shè)下游斷面水深兄，計算相應(yīng)的 距離R。這樣逐段進行計算，即可求得水面曲線。計算結(jié)果列于表15.10。第 一斜坡段長度為100米，根據(jù)15.10中的數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得其末端水深為3.53 米。（三）（三）第二斜坡段因底坡1 0.0

12、1，故為陡坡。第二斜坡水平長度為60米，始末高程差=32.0 22.0=10.0米，則第二斜坡段 長度二n米以第一斜坡段末端水深h=3.53米作為第二斜坡段的控制斷面水深，再用分 段法計算該段的水面曲線。其計算結(jié)果列于表15.11。用內(nèi)插法求得第二斜坡段 水深為1.954米。根據(jù)表15.10和表15.11的水面曲線計算結(jié)果即可確定溢洪道邊墻高度。由 于第二斜坡段上水流流速較大，水中可能摻氣，在確定邊墻高度時應(yīng)考慮由于摻 氣增加的水深，一般可增加純水水深的20%。四、計算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)挑距，并核算沖刷坑對建筑物安 全的影響（一）計算最大沖刷坑的深度T先計算沖刷坑最低高程計算高程二

13、下游水位一沖刷坑水深M，而U可按下式計算：H=1.25I式中q為單寬流量；Z為上下游水位差，而上、下游水位可根據(jù)流量分別由圖 15.9及圖15.8查得。設(shè)一系列流量值，求出一系列相應(yīng)的沖刷坑高程，繪制沖刷坑高程與流量關(guān) 系曲線，即可找出沖刷坑最低高程及相應(yīng)流量。計算結(jié)果列于表15.12。按表 15.12的數(shù)據(jù)繪制沖刷坑高程及流量關(guān)系曲線于圖15.10。由圖查得沖刷坑最低 高程為6.3米，相應(yīng)的流量為940米皿/秒。表 15.12（米/秒）q（米/秒/米）庫水位（米）下游水位（米）Z（米）（米）沖刷坑高程（米）115033.85.6142.0722.020.072.1215.406.601000

14、29.45.4240.5520.719.852.1114.326.3890026.55.15.40.0320.020.032.11513.626.3880023.54.8539.5019.520.002.11512.836.6770020.64.5438.9319.019.932.1111.987.0250014.73.8337.7018.019.702.10510.087.923008.82.9736.3616.919.462.107.809.10由圖15.7知挑流坎末端地面高程為18.0米，則沖刷坑最大深度為T=地面高程一沖刷坑最低高程=18.06.3=11.7米（二）（二）計算最大沖刷坑深度相應(yīng)挑距L0根據(jù)式12.15，挑距L皿（挑流坎末端至沖刷坑最低點的水平距離）二lR而挑流坎末端至水股入水點的距離L按式（12.14）計算：已知挑射角匚125；相應(yīng)于最大沖刷坑深度的流量匚1940米財秒，相應(yīng)于此 流量的庫水位和下游水位分別由圖15.9和15.8查得為