截流设计计算说明书.doc

截流设计计算说明书1 基本资料某工程截流设计流量Q=4150 m3/s，相应下游水位为39.51m，采用单戗立堵进占，河床底部高程30m，戗堤顶部高程是44m，戗堤端部边坡系数n=1，龙口宽度220m，合龙中戗堤渗透流量按如下公式计算，Qs=220(Z为上下游落差，Z0为合龙闭气前最终上下游落差)，请设计该工程在河床在无护底情况下的截流方案。此外，上游水位下泄流量关系曲线见表1。截流材料为容重26KN/m3的花岗岩，截流戗堤两侧的边坡为1:1.5。表1 上游水位下泄流量关系曲线Qd（m3/s）7001220162017002160267034203930上（m）40.8541.0441.2841.4541.7542.0542.3542.74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（图解法） 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 mshs；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 mshs。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，上游河槽中的调蓄流量Qac可以忽略。由于戗堤最大渗透流量Qsmax=220m3/s相对于工程截流设计流量Q=4150 m3/s较小，所以可以将其忽略。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上游水位与相应流量表上游水位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)40.851.3441507003450.00 41.041.53415012202930.00 41.281.77415016202530.00 41.451.94415017002450.00 41.752.24415021601990.00 42.052.54415026701480.00 42.352.8441503420730.00 42.743.2341503930220.00 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1上游水位与下泄流量关系曲线图2上游水位与龙口流量关系曲线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 龙口平均过水宽度； H0龙口上游水头； m流量系数，按下式计算： ZH00.3，淹没流， ZH00.3 ，非淹没流 ，m = 0.385, Z上下游落差； Z0合龙后闭气前最终上下游落差，为14m。其中，对于梯形断面，龙口上游水头龙口平均过水宽度;对于三角形断面，龙口上游水头龙口平均过水宽度 。(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B21(44-30)=28m时，龙口断面为梯形断面，当B28m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，龙口流量与水位落差Z的函数关系，利用excel计算结果如下表：表3 龙口流量、龙口宽度及上游水位表Qg B H220 190 150 120 100 80 70 60 50 40 28 15 6 39.61 2686 2286 1753 1354 1087 821 687 554 421 288 128 41 0 39.81 4656 3964 3041 2349 1888 1426 1195 965 734 503 226 76 0 40.01 6017 5124 3932 3038 2443 1847 1549 1251 953 656 298 105 0 40.21 7127 6069 4660 3602 2897 2192 1840 1488 1135 783 360 131 0 40.41 8089 6890 5291 4093 3293 2494 2094 1695 1295 896 416 156 0 40.61 8951 7626 5859 4533 3650 2766 2324 1883 1441 999 469 182 0 40.81 9741 8300 6379 4938 3977 3017 2536 2056 1576 1096 519 207 0 41.01 10474 8926 6862 5314 4283 3251 2735 2219 1703 1187 568 233 1 41.21 11161 9513 7316 5669 4570 3472 2922 2373 1824 1275 616 259 12 41.41 11811 10069 7746 6004 4843 3682 3101 2521 1940 1359 663 285 24 41.61 12429 10598 8156 6325 5104 3883 3273 2662 2052 1441 709 312 37 41.81 13020 11104 8548 6632 5354 4076 3438 2799 2160 1521 754 339 52 42.01 13588 11590 8926 6927 5595 4263 3597 2931 2265 1599 800 367 67 42.21 14135 12058 9290 7213 5829 4444 3752 3060 2368 1676 845 395 84 42.41 14663 12511 9642 7490 6055 4620 3903 3186 2468 1751 890 424 101 42.61 15175 12950 9984 7759 6275 4792 4050 3309 2567 1825 935 453 119 42.81 15672 13377 10316 8020 6490 4959 4194 3429 2664 1899 980 483 139 2.3. 根据列表的结果绘制各曲线图如下：图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： 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4 图解法计算成果表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d22039.70.1941009.7梯形淹没流201.72.14 0.10 19039.80.2940009.8171.82.45 0.13 150400.493800101323.03 0.20 12040.280.77370010.28102.283.80 0.32 10040.651.14360010.6582.654.58 0.46 80411.49330011635.51 0.67 7041.151.64270011.1553.155.34 0.63 6041.351.84240011.3543.355.82 0.75 5041.72.19220011.733.76.86 1.04 4041.952.44160011.9523.957.02 1.09 2842.282.7780012.28三角形淹没流12.287.60 1.40 1542.63.094006.1三角形非淹没流6.15.30 0.80 642.83.291381.81.83.40 0.40 2.5.根据以上数据绘制VB及QgB曲线如下： 图4龙口流速与龙口宽度关系曲线图5龙口流量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4。于是可绘制龙口宽度与抛填粒径关系曲线如下：图6龙口宽度与抛填粒径关系曲线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5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）220-1004.580.460.05 7.26 100-506.861.060.62 4.05 50-207.61.62.14 3.02 20-15.30.80.27 1.21 3、成果分析 把龙口的的宽度分成四个部分，材料分为三个