河岸溢洪道水力计算.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 9 1 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 i 0 平坡 i 0 负坡 i 0 正坡的类型 陡坡 i ik h0 hk 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 i ik h0 hk 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 0785 34 2 67 米 再求临界水深hk 求得hk 5 04 米 因h0 hk 故底坡为陡坡 i ik 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 15 0 015 0 0773 5 15 0 038 0 0773 0 0393 l 267 5 15 267 0 0393 10 49 m 表17 10 三 第二斜坡段 因底坡i2 1 6 i2 i1 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 8