河溢洪道水力计算.ppt

3河岸溢洪道水力计算实例,一、资料及任务某水库的带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪道，用弧形闸门控制泄流量，如图17.7所示，溢洪道共三孔，每孔净宽10米。闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米，翼墙为八字形.闸底板高程为33.00米。胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.0米。闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。,闸后接第一斜坡段，底坡i1=0.01，长度为100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i2=1/6，水平长度为60米。第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角。上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽的矩形断面。其余尺寸见图7。溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。,水库设计洪水位为42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图17.8。当溢洪道闸门全开，要求：,1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线；,2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线；,3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。,图17.7,二、绘制库水位与溢洪道流量关系曲线,（一）确定堰流和孔流的分界水位,宽顶堰上堰流和孔流的界限为：,闸门全开时，闸孔高度：,则堰流和孔流分界时的相应水头为：,所以，堰流和孔流的分界水位,即：库水位在40.7米以下按堰流计算；库水位在40.7米以上按孔流计算。,（二）堰流流量计算,因闸后为陡坡段，下游水位较低，不致影响堰的过水能力，其流量可按宽顶堰自由出流流量公式（8.11）计算：,式中溢流宽度,因溢洪道上游为水库，则,溢洪道进口为上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高,斜面坡度为1：5，则（为斜面与水平面的夹角）,宽顶堰流量系数m可按及由表9.4查得,侧收缩系数按式（9.12）计算：,其中孔数n=3；,对尖圆形闸墩墩头，,；,对八字形翼墙，,设一系列库水位，计算相应的H,m,和Q,计算成果列于表8。,表8,（三）孔流流量计算,因胸墙底缘为圆弧形，闸孔流量可按具有圆弧底缘的平面闸门下自由孔流流量公式计算：,已知；,自由孔流流量系数，由表9.14取闸孔流速系数，垂向收缩系数按式计算：,其中系数,而门底（即胸墙底）圆弧半径,则:,设一系列库水位，计算一系列相应的H,，及Q,计算成果列于表17.9.,表17.9,按表17.8及表17.9的数据绘制库水位与溢洪道流量关系曲线于图17.9.,三、绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线,水库设计洪水位为42.07，由表17.9知相应闸上水头为9.07米及相应设计流量为1150米3/秒。,溢洪道水面曲线：,闸门后水平段,第一斜坡段,第二斜坡段,现分别计算各段的水面曲线,十二条水面曲线,十二条水面曲线,十二条水面曲线,十二条水面曲线,十二条水面曲线,水面曲线计算方法,分段求和法,水力指数法,数值积分法,（一）闸门后水平段,1、判断水面曲线形式,由图17.7知闸门后水平段长度为14.1米。,当库水位为设计洪水位时，由表17.9知垂向收缩系数=0.815,故闸门后收缩断面水深,闸孔单宽流量,临界水深,因，闸后水平段水面曲线为型壅水曲线。,（一）闸门后水平段,收缩断面至闸门的水平距离约为,已接近水平段末端，曲线长仅1.6米，不必计算。,参照值，取水平段末端水深为4.1米。,（二）第一斜坡段,1.判别底坡类型,底坡的类型：正坡（i0）平坡（i=0）负坡（i0）,正坡的类型：陡坡（iik）-h0hk，N-N在K-K线之下临界坡（i=ik）-h0=hk，N-N与K-K线重合缓坡（iik）-h0hk，N-N在K-K线之上,先求正常水深h0:底坡i1=0.01，底宽B1=34米，矩形断面边坡系数m=0，糙率n=0.014，均匀流流量模数,由附录图解查得，则,H0=0.0785B=0.078534=2.67(米),再求临界水深hk:,求得hk=5.04(米)。,因h0hk，故底坡为陡坡（iik）。,2.用水力指数法计算水面曲线因第一斜坡段控制断面水深(即闸后水平段末端水深)，则,水力指数,水面曲线按下式计算：,式中；按及值由附录表查得。设一系列h值，计算相应的及值。,计算成果列于表17.10.第一斜坡段长100米，用内插法求得其末端水深为3.85米。,如：h1=4.1m,h2=4.0m,1=h1/h0=4.1/2.67=1.536,2=h2/h0=4.0/2.67=1.498,(1)=0.240,(2)=0.255,=1.498-1.536=-0.038,()=0.255-0.240=0.015,5.15()=5.150.015=0.0773,+5.15()=-0.038+0.0773=0.0393,l=267+5.15()=2670.0393=10.49(m),表17.10,（三）第二斜坡段,因底坡i2=1/6，i2i1，,故第二斜坡段为陡坡。,第二斜坡段水平长度为60米，始末高程差=32-22=10（米），则第二斜坡段长度=（602+102）1/2=60.8(米),以第一斜坡段末端水深h=3.85m作为第二斜坡段的控制断面水深，用水力指数法计算该段的水面曲线。省略计算过程，其计算成果列于表17.11.,用内插法求得第二斜坡段末端水深为1.98米。,表17.11,根据表17.10和17.11的水面曲线计算成果即可确定溢洪道边墙高度。由于第二斜坡段上水流流速较大，水中可能掺气，在确定边墙高度时应考虑由于掺气增加的水深，一般可增加纯水水深的20%。,四、计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应挑距，并核算冲坑对建筑物安全的影响,（一）计算最大冲刷坑深度T,1、先计算冲刷坑最低高程,冲坑高程=下游水位-冲坑水深tp,而tp可按下式计算：,式中q为单宽流量；,Z为上下游水位差，可根据流量分别由图17.9及图17.8查得。,设一系列流量值，求出一系列相应的冲刷坑高程，绘制冲刷坑高程与流量关系曲线，即可找出冲刷坑最低高程及相应流量。计算成果列于表17.12.按表17.12的数据绘制冲刷坑高程与流量关系曲线于图17.10.由图查得冲刷坑最低高程为6.3米，相应的流量为.,表17.12,由图17.7知挑流坎末端地面高程为18.0米，则冲刷坑最大深度为：,T=地面高程-冲坑最低高程=18.0-6.3=11.7米,（二）计算最大冲刷坑深度的相应挑距L2,挑流坎末端至冲坑最低点的水平距离=L1+l,1、计算L1,已知挑射角=25；,相应于最大冲刷坑深度的流量Q=940m3/s；,相应于此流量的库水位和下游水位分别由图17.9和17.8查得为40.25米和20.35米；,则上下游水位差Z=40.25-20.35=19.90(m);,库水位与挑流坎坎顶高差s=40.25-22=18.25(m)；,由表10.1近似地选取自由孔流的溢洪道流速系数=0.85