截流设计说明书

截流设计计算说明书1基本资料 大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图1。戗堤处水位流量关系见表1和图2。戗堤端部边坡系数n=1，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为26KN/m3。该工程采用左右岸各布置一条导流洞导流，左、右导流隧洞联合泄流的上游水位和泄流流量关系见表2和图3。图1-1 河床剖面图图1-2 戗堤处水位流量关系曲线表1-1 戗堤处水位流量关系流 量（m3/s）2503174105001000水位（m）952.15952.71953.48954.00955.87图1-3 上游水位泄流量关系曲线表1-2 上游水位泄流量关系泄流流量（m3/s）01503004108001400上游水位（m）953.00955.40957.03958.00960.66964.12截流设计流量Q=300+310=348 m3/s ,通过内插法由图2和表1可得下游水位为952.97m,按不同的设计流量进行无护底情况下截流水力计算，并确定相应的截流设计方案。计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。截流设计是施工导流设计重要组成部分，其设计过程比较复杂，目前我国水利水电工程截流多采用立堵截流，本次设计按立堵截流设计，有多种设计方法。其设计分为：截流水力计算、截流水力分区和备料量设计。截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，采用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段5%10的月平均或者旬平均流量作为设计标准。截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法（详细见水利工程施工P3942），以下对于图解法及图解法的量化法-三曲线法做如下介绍。2. 截流的水力计算立堵截流进占过程中，龙口水流呈淹没或非淹没堰流的形式，通常是由前者过渡到后者直至合龙。戗堤进占划分为两个阶段：第1阶段戗堤进占直至坡脚接触龙口对岸形成三角形断面为止，即B2 mshB；第2阶段戗堤坡脚已接触龙口对岸而形成三角形断面后直至最后合龙，即B2 mshB。2.1作Q-H上关系曲线一般情况下，截流设计流量Q0由四部分组成： Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac 式中 Q龙口流量； Qd分流量（分流建筑物中通过的流量）； Qs戗堤渗透流量； Qac上游河槽中的调蓄流量。其中，计算时不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量。于是有： Q0= Q+ Qd说明：这样的计算结果偏于安全，所以可以采用上式来进行截流设计。由Q0= Q+ Qd可计算上游水位与相应流量的关系，于是可绘制得到下表：表2-1上游水位与相应流量表下游水位H下(m)上游水位H上(m)落差Z(m)设计流量Q(m/s)下泄流量Qd(m/s)龙口流量Qg(m/s)952.97 953.00 0.03 3480348952.97 953.80 0.83 34850298952.97 954.60 1.63 348100248952.97 955.40 2.43 348150198952.97 955.94 2.98 348200148952.97 956.49 3.52 34825098952.97 957.03 4.06 34830048952.97 957.45 4.49 3483480根据上表可绘制上游水位和下泄流量与龙口流量关系曲线： 图2-1上游水位与下泄流量关系曲线 图2-2上游水位与龙口流量关系曲线由以上计算可得合拢后上游水位为957.97m，上下游最终落差为4.49，由图1 可得采用单戗立堵双向进占，河床底部高程951.00m，戗堤顶部高程是（957.97+安全超高1m）=958.97m，则戗堤高度为7.97m, 取整为8m. 戗堤端部边坡系数n=1，龙口宽度为戗顶高程959m对应的河口宽度B=48m.2.2. 计算Qgf(B,Z)水流通过束窄河床，其进口由于竖向收缩（有坎）或横向收缩（无坎）而形成宽顶堰流时，视其出流是否淹没，分别按下式计算其泄流能力Q。龙口泄水能力按宽顶堰公式计算： 式中 流量系数当，为淹没流，当，为非淹没流，龙口平均过水宽度梯形断面：三角形断面：龙口上游水头梯形断面：三角形断面：其中 龙口上下游水位差戗堤高度戗堤端部边坡系数，取龙口上游水位河道底板高程龙口平均过水宽度 。(各参数的取值参照设计任务书)Z为上下游水位差，B为龙口宽度。当龙口宽度B218=16m时，龙口断面为梯形断面，当B16m时，龙口断面为三角形断面。假设戗堤顶部宽度B为不同值时，龙口流量与水位和龙口宽度的函数关系，利用excel计算结果如下表：表2-2 龙口流量、龙口宽度及上游水位表Qg B H4843383328231816106953.00 116.29 99.19 82.09 64.98 47.88 30.78 13.68 6.84 0.00 0.00 953.50 229.35 196.11 162.87 129.63 96.39 63.15 29.91 16.62 0.00 0.00 954.00 310.14 265.84 221.53 177.22 132.92 88.61 44.31 26.58 0.00 0.00 954.50 396.41 340.57 284.74 228.91 173.08 117.25 61.42 39.08 0.30 0.00 955.00 491.14 422.92 354.71 286.50 218.28 150.07 81.86 54.57 1.71 0.00 955.50 594.19 512.79 431.39 350.00 268.60 187.21 105.81 73.26 4.70 0.00 956.00 705.45 610.12 514.79 419.46 324.13 228.79 133.46 95.33 9.65 0.00 956.50 824.87 714.89 604.90 494.92 384.94 274.96 164.97 120.98 16.85 0.30 957.00 952.40 827.09 701.77 576.45 451.14 325.82 200.51 150.38 26.58 1.71 957.50 1088.03 946.73 805.43 664.12 522.82 381.52 240.21 183.69 39.08 4.70 2.3. 根据列表的结果绘制各曲线图如下：图2-3龙口流量、龙口宽度及上游水位关系曲线2.4 由连续方程可得龙口流速计算公式为 ： -淹没流时：，龙口底板以上的下游水深非淹没流时：，龙口断面的临界水深即淹没出流时： 对于梯形断面： 对三角形断面：。非淹没出流时： 对于梯形断面：龙口宽度上游水位落差龙口流量上游水头流态平均宽度龙口流速抛石粒径d(m)48 953.80 0.83 303.00 2.80 梯行非淹没流34.80 3.00 0.20 43 954.09 1.12 279.50 3.09 30.09 3.20 0.23 38 954.65 1.68 264.50 3.65 25.65 3.56 0.28 33 955.10 2.13 245.00 4.10 21.10 4.00 0.35 28 955.50 2.53 222.00 4.50 16.50 4.64 0.48 23 956.00 3.03 188.00 5.00 12.00 5.40 0.65 18 956.31 3.34 134.00 5.31 7.31 6.32 0.88 16 956.35 3.38 110.20 5.35 三角形非淹没流5.35 7.10 1.12 10 957.19 4.22 30.00 3.19 3.19 3.24 0.23 6 957.44.43 51.40 1.40 1.23 0.03 0957.454.48 06.45 6.45 0.00 0.00 对三角形断面：；将以上交点所对的Qg值和Z值从上图中读取列表计算，龙口平均流速V的计算如下表:表2-3 图解法计算成果表2.5.根据以上数据绘制VB及QgB曲线如下：图2-4龙口流量与龙口宽度关系曲线图2-5 龙口流速与龙口宽度关系曲线2.6. 确定抛投块体粒径d 根据下式确定块体粒径： 式中 V石块的极限抗冲流速； d石块化引为球形时的粒径； k综合稳定系数，取1.2 。 水容重，取10 KN/m3。 石块容重，取26 KN/m3。具体计算结果如上表2-3。于是可绘制龙口宽度与抛填粒径关系曲线如下：图2-6 龙口宽度与抛填粒径关系2.7. 选择截流材料材料分区根据上图可对材料进行分区如下： 表2-4材料分区分区龙口水面宽度B（m）最大流速（m/s）材料粒径d(m)材料重量（KN）材料的储备量（万KN)48-284.64 0.48 1.50 7.80 28-167.10 1.12 19.12 69.37 16-03.24 0.23 0.17 0.74 3成果分析把龙口的的宽度分成三个部分，材料分为三个区，如表2-4所示。每个宽度段中取其最大流