溢洪道設(shè)計(jì)-溢洪道水力設(shè)計(jì)（土石壩設(shè)計(jì)課件）

水工建筑物項(xiàng)目化實(shí)訓(xùn)水布埡水電站溢洪道岳城水庫溢洪道上游

岳城水庫溢洪道下游

橋墩水庫溢洪道公伯峽糯扎渡水電站溢洪道水力設(shè)計(jì)1.進(jìn)水渠水力計(jì)算2.控制段-泄流能力校核3.泄槽-水面線計(jì)算4.消能防沖設(shè)施-消能驗(yàn)算任務(wù)2

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容5.出水渠-斷面設(shè)計(jì)6.工程案例正槽溢洪道的水力計(jì)算《SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》正槽溢洪道的水力計(jì)算應(yīng)遵照以下步驟進(jìn)行。1.擬定好正槽溢洪道各部分尺寸。2.驗(yàn)算泄流能力。3.推算水面曲線。4.消能計(jì)算。5.判斷布置是否合理?！镌O(shè)計(jì)步驟：實(shí)際工程案例：陸渾水庫背景資料一、進(jìn)水渠的水力計(jì)算★水力計(jì)算內(nèi)容由水面曲線，確定進(jìn)水渠邊墻高。

求▽水庫Q下泄曲線，可先假定不用Q，由Q求水庫水位，計(jì)算步驟如下：由▽水庫Q下泄關(guān)系曲線，校核泄流能力。包括行近流速水頭的堰上水頭（m）流量（m3/秒）

閘孔總凈寬（m）

流量系數(shù)淹沒系數(shù)側(cè)收縮系數(shù)1.根據(jù)堰流公式，求H0（已知B、Q）2.聯(lián)立求解，堰前水深h和v進(jìn)水渠為梯形斷面，b為渠底寬。m為進(jìn)水渠邊坡系數(shù)。其余參數(shù)如圖所示3.計(jì)算水庫水位（1）當(dāng)v≤0.5m/s時(shí)，進(jìn)水渠水頭損失很小，可忽略不計(jì)，則▽水庫=▽堰頂+H0（2）當(dāng)v=0.5~3.0m/s時(shí)，按明渠均勻流公式進(jìn)行近似計(jì)算。則hω—進(jìn)水渠總水頭損失，為沿程水頭損失hf與局部水頭損失hj之和,即hw=hj+hf動(dòng)能改正系數(shù)，一般采用α=1.0

局部水頭損失系數(shù)，參見有關(guān)水力學(xué)教材進(jìn)水渠長度（m）其他符號如圖所示：（3）當(dāng)進(jìn)水渠流速v≥3.0m/s時(shí)，用明渠非均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)関≥3m/s，水深h在（3~4）H處的降落過大，故求▽水庫應(yīng)先求出起始斷面水深h1、v1,用分段求合法求渠首斷面hn、vn。

1）求起始斷面h1、v1（距堰前（3~4）H處），用下式計(jì)算。其中平均摩阻坡降2）假定分段末端水深為h2，求出流速,計(jì)算動(dòng)能修正系數(shù)，一般采用α=1.0進(jìn)水邊墻高=水面曲線高+安全超高3）將代入下式得

繪制水面曲線圖：每段的h和按一定的縱橫比例可繪制渠道的水面曲線ΣΔL

4）重復(fù)上述步驟求得ΔL2-3，ΔL3-4……，直至ΣΔL等于引渠全長，推算到渠首斷面n-n計(jì)算hn，vn。水庫水位由下式計(jì)算：

所以對應(yīng)取不同Q，分別求出相應(yīng)的▽水庫，從而畫出▽水庫~Q關(guān)系曲線；再根據(jù)已知的Q泄洪（設(shè)計(jì)或校核洪水）和對應(yīng)的▽水庫查出實(shí)際泄量，最后校核所設(shè)計(jì)引水渠的泄洪量是否滿足±5％要求（例：▽水庫=150m,Q泄洪=2010m3/s）二、控制段水力計(jì)算

2.當(dāng)δ＞10H時(shí)，水頭損失已不能忽略，按明渠非均勻流計(jì)算Q。實(shí)用堰（0.67H＜δ＜2.5H）寬頂堰（0.67H＜δ＜2.5H）時(shí)，可按堰流公式校核：1.（1）取斷面1-1和2-2列能量方程如下：h、v、hk、vk—分別為2-2斷面和1-1斷面的水深和流速

兩斷面間的能量損失（▲）水力計(jì)算示意圖（2）假定h，按下式求流量Q進(jìn)口2-2斷面的渠底寬

庫水位與渠底高差流速系數(shù)，視進(jìn)口形狀而定，一般為0.96左右

兩斷面間的平均流速兩斷面間的水力半徑1-1斷面的渠底寬

其中：（4）將h、v、hk、vk、hf代入（▲）式如左右相等，則h、Q即為所求值，否則重新假定h值重新試算。（3）求得Q后，按下式求v、hk、vk、hf三、過渡段的水力計(jì)算1.作用:連接控制段和泄槽（即泄槽中的收縮段）2.分類漸變槽式過渡段（布置在陡槽上）縮窄陡槽型過渡段（由斜坡縮窄底寬加調(diào)整段構(gòu)成）3.設(shè)計(jì)要求不能影響控制段的設(shè)計(jì)過流能力不能因收縮或改變流向而引起水流擾動(dòng)（如沖擊波等）傳向下游泄槽和消能防沖設(shè)施簡化過渡段型式，減小長度、寬度和深度（1）漸變槽式過渡段，求L、i

1-1斷面水深認(rèn)為近似等于臨界水深，1-1到2-2斷面水深，按能量方程求解：4.計(jì)算方法水平方向長度水力計(jì)算示意圖能量方程：其中h1、h2為兩斷面的水深v1、v2為兩斷面的流速兩斷的平均流速平均謝才系數(shù)平均水力半徑1—1斷面到2—2斷面列能量方程先求h1（假定1—1斷面水深）≈hk（臨界水深）i1，要求（i1＞ik）再設(shè)h2，試算E2，直至滿足能量方程。驗(yàn)算（2）縮窄陡槽型過渡段基本假定：上游控制段為寬頂堰或平底渠，通過設(shè)計(jì)流量Qk時(shí)，上下游斷面水深都等于臨界水深hk，中間不存在水躍。已知Qk，以及上下游斷面尺寸（可假設(shè)Qk為設(shè)計(jì)流量或校核流量）。水力學(xué)計(jì)算內(nèi)容：確定過渡段各部分尺寸收縮段長度調(diào)整段長度調(diào)整段挖深過渡段下游斷面槽底與上游溢流堰高差△Zk或用簡化計(jì)算公式收縮角四、泄槽水力計(jì)算1.計(jì)算目的：推求水面線，確定邊墻高度已知Q設(shè)計(jì)和Q校核確定i和斷面尺寸求槽內(nèi)h和v推求水面線2.泄槽中的水面曲線《水力學(xué)》中學(xué)過，“棱柱形明渠水面線”根據(jù)：i＞0i＜iki＞iki=ik，i=0，i＜0，有12種不同水面曲線，而泄槽屬于i＞ik。以泄槽底坡線、均勻流的水面線（N-N線）和臨界水深的連線（K-K線）三者的位置來區(qū)分，則可將泄槽渠底以上的空間分成（a）、（b）、（c）三個(gè)區(qū)域。（a）區(qū)為緩流區(qū)，（b）、（c）區(qū)為急流區(qū)。泄槽中可以發(fā)生aⅡ型壅水曲線、bⅡ型降水曲線及cⅡ型壅水曲線三種，出現(xiàn)最多的是bⅡ型降水曲線。故泄槽的水面曲線有以下三種：（1）泄槽上游接寬頂堰、或緩坡明渠、或過渡段，起始斷面水深等于臨界水深hk。如圖所示：起始斷面的確定：3.計(jì)算泄槽水面線分段求和法（2）泄槽上接實(shí)用堰、陡坡明渠，起始計(jì)算斷面水深分別定在堰下收縮斷面或泄槽首端以下3hk處，起始計(jì)算斷面水深小于hk，可按下式計(jì)算：泄槽底坡坡角起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95

起始計(jì)算斷面渠底以上總水頭，m

起始計(jì)算斷面單寬流量，m3/（s·m）

（五）消能設(shè)計(jì)水力計(jì)算

★計(jì)算泄槽水面線——分段求和法：

1.先求起始斷面（常為泄槽起點(diǎn)）的水深h1

2.用分段求和法逐段推求水面曲線計(jì)算公式

3.確定邊墻高

h邊=hb+h超，其中hb為摻氣后水深（前面講過），h超為安全超0.5~1.5m挑流消能同重力壩的計(jì)算方法溢洪道案例：已知正槽溢洪道引水渠為梯形斷面，底寬為65m，長10m，邊坡為1:1；控制段為不設(shè)閘門的寬頂堰，堰寬度為60m，長為30m，邊墻厚1.5m；泄槽為矩形斷面，底寬為60m，長180m，泄槽坡比為1:8，邊墻厚0.5m；采用挑流消能，鼻坎頂高程為434.3m，反弧半徑為35m，挑射角為25度，其它尺寸具體見溢洪道縱剖面圖。五、案例實(shí)訓(xùn)：泄槽邊墻高度確定陸渾水庫樞紐工程溢洪道位于大壩的右岸，主要作用是宣泄多余洪水，最大泄洪量為3810m3/s，正槽溢洪道泄槽為矩形斷面，底寬為60m，長180m，泄槽坡比為1:8，邊墻厚0.5m。一、案例實(shí)訓(xùn)：（1）先求起始斷面（常為泄槽起點(diǎn)）的水深h1（2）用分段求和法逐段推求水面曲線計(jì)算公式（3）確定邊墻高h(yuǎn)邊=hb+h超，其中hb為摻氣后水深（前面講過），h超為安全超0.5~1.5m二、邊墻高度計(jì)算步驟

泄槽邊墻高度根據(jù)摻氣后的水面線加0.5~1.5m的超高確定。當(dāng)泄槽內(nèi)水流流速超過7~8m/s，空氣從自由水面進(jìn)入水體，發(fā)生摻氣現(xiàn)象摻氣程度與流速、水深、邊界糙率等因素有關(guān)，摻氣水深可用下式估算：三、摻氣水深估算式中

h、hb——泄槽計(jì)算斷面不摻氣水深及摻氣后水深，m；v——不摻氣情況下計(jì)算斷面的平均流速，m/s;——修正系數(shù)，一般為1.0~1.4，當(dāng)流速大時(shí)取大值。計(jì)算情況斷面距離泄槽首端距離靜水水深h（m）流速（m/s）摻氣后水深（m）安全加高（m）邊墻高度（m）設(shè)計(jì)情況1-1

2-2

…….

校核情況1-1

2-2

…….

四、邊墻高度計(jì)算在實(shí)際計(jì)算中，按設(shè)計(jì)洪水情況和校核洪水情況分別計(jì)算，并填入上表中。由上表計(jì)算該斷面出的各個(gè)斷面邊墻高度，取最大值作為該斷面邊墻高度。五、邊墻高度計(jì)算案例試確定溢洪道泄槽邊墻高度。

計(jì)算時(shí)控制斷面取溢洪道樁號0+150對應(yīng)的緩坡到陡坡轉(zhuǎn)折斷面，分別向上下游推求不同斷面處水深，試算求解，結(jié)果見表。泄槽水面線計(jì)算采用明渠恒定非均勻流分段求和法計(jì)算，計(jì)算公式為：（1）泄槽水面線計(jì)算樁號水深h(m)平均流速v(m/s)樁號水深h(m)平均流速v(m/s)樁號0+0002.911.62樁號0+0802.251.74樁號0+0102.781.64樁號0+0902.101.87樁號0+0202.661.7樁號0+1501.483.16樁號0+0302.551.83樁號0+1601.054.44樁號0+0602.302.26樁號0+1700.995.27樁號0+0702.311.60

上表進(jìn)行溢洪道護(hù)砌設(shè)計(jì)，由于該水庫溢洪道泄槽內(nèi)水流流速不大，不需要考慮