溢洪道设计实例

溢洪道设计实例溢洪道设计实例 黑龙江农垦林业职业技术学院黑龙江农垦林业职业技术学院 1 进水渠 进水渠是将水流平顺引至溢流堰前 采用梯形断面 底坡为平坡 边坡采 用 1 1 5 为提高泄洪能力 渠内流速 3 0m s 渠底宽度大于堰宽 渠底高 程是 360 52m 进水渠断面拟定尺寸 具体计算见表 1 表 1 水位 mm 泄量 m3 s H m B m 计算公式 假设 2m s 设计 校核 363 62 364 81 540 800 3 1 4 29 82 4 86 7 Q A A B mh h A 过水断面积 B 渠底宽 度 由计算可以拟定引渠底宽 B 90 米 为了安全 进水渠与控制堰之间设 20 米渐变段 采用圆弧连接 半径 R 20m 引渠 长 L 150 米 2 控制段 其作用是控制泄流能力 本工程是以灌溉为主的小型工程 采用无闸控制 溢洪道轴线处地形较好 岩石坚硬 堰型选用无坎宽顶堰 断面为矩形 顶部 高程与正常蓄水位齐平 为 360 52m 堰厚 拟为 30 米 2 5H 10H 坎 宽由流量方程求得 具体计算见表 2 表 2 忽略行近水头 2 2g 水 位 m 泄 量 m3 s H0 m 计算公式及符号意义 b m 设计 洪水 位 363 625403 161 56 校核 洪水 位 364 818004 29 式中 m 流量系数 2 3 0 2 Hgm Q b 等于 0 364 H0 堰上水头 不包 括行进水头 Q 泄量 b 控制 堰宽 56 02 由计算知 控制堰宽取 b 65m 为宜 3 泄槽 泄槽是渲泄过堰洪水的 槽底布置在基岩上 断面必须为挖方 且要工程 量最小 坡度不宜太陡 为适应地形 地质条件 泄槽分收缩段 泄槽一段和 泄槽二段布置 据已建工程拟收缩段收缩角 12 首端底宽与控制堰同宽 b1 65m 末 端底宽 b2拟为 40m 断面取为矩形 则渐变段长 取整则m tg bb L81 58 2 21 1 L1为 60m 底坡 50 1 i 泄槽一段上接收缩段 下接泄槽二段 拟断面为矩形 宽 b 40m 长 L2 为 540m 底坡 200 1 i 泄槽二段断面为宽 40m 的矩形 长 L3为 80m 底坡 8 1 i 4 出口消能 溢洪道出口段为冲沟 岩石比较坚硬 离大坝较远 采用挑流消能 水流 冲刷不会危及大坝安全 5 尾水渠 其作用是将消能后的水流 较平稳地泄入原河道 为了防止小流量产生贴流 淘刷鼻坎 鼻坎下游设置长 L 10m 护坦 1 溢流堰泄流能力校核 当引渠很长时 水头损失不容忽视 1 基本公式如下 g hj 2 2 3 4 22 2 2 R ln rc hf x A R 6 1 1 R n C 式中 hj 局部水头损失 米 hf 沿程水头损失 米 局部水头损失系数 引渠流速 m s g 重力加速度 m s2 L 引渠长度 米 动能系数 一般为 1 0 C 谢才系数 R 水力半径 米 A 过水断面面积 米 2 x 湿周 米 n 引渠糙率 2 3 0 2 HgbmQ S 式中 淹没系数 取 1 0 无坎宽顶坎的流量系数 S m b 堰宽 m H0 包括行近流速水头的坎 上水头 m Q 流量 m3 s 求堰前水深和堰前引水渠流速 采用试算法 联立公式可求得 具体计算见表 3 2 0 2 0 2 2 gbm Q H g Hh S 1 表 1 计算情况泄量 QH0h假设 试算 设计水位 校核水位 363 62 364 81 540 800 2 99 3 89 2 78 3 62 2 0 2 3 2 06 2 32 由计算表中流速可知 均小于 3m s 满足要求 求引渠总水头损失 h fj hhh g hj 2 2 3 4 22 R Ln hf 式中 1 0 1 0采用头损失系数渠道匀缓进口 局部水 具体计算成果见表 2 表 2 计算情 况 hhjAxRnLhf 设计 校核 2 78 3 62 2 0 2 3 0 20 0 27 0 02 0 027 261 79 345 46 100 02 103 05 2 62 3 35 3 61 5 01 0 016 0 016 150 150 0 037 0 035 0 057 0 062 作出库水位 流量关系 库水位 堰顶高程 堰上水头 水头损失 具体 计算见表 3 表 3 Q m3 s H0 m m 堰顶高 程 m 库水位 m 540 650 800 2 99 3 14 3 89 0 057 0 062 0 062 360 52 360 52 360 52 363 567 363 722 364 472 2 溢洪道水面曲线计算 1 基本公式如下 b Q qgqhk 3 2 6 1 2 1 KKkK K K K KK K k R n CbhA X A R BC gx i 式中 hk 临界水深 m b 泄槽首端宽度 m Q 槽内泄量 m3 s g 重力加速度 m s2 q 单宽流量 m3 s m ik 临界坡降 BK 相应临界水深的水面宽 m AK XK RK CK 临界水深时对应的过水断面积 m2 湿周 m 水 力半径 m2 谢才系数 E1 iL E2 hf 2 1 2 1 1 h g E 2 2 2 2 2 h g E 式中 E1 1 1 断面的比能 m E2 2 2 断面的比能 m h1 h2 1 1 及 2 2 断面水深 m 1 1 及 2 2 断面平均流速 m s 21 hf 沿程水头损失 m iL 1 1 及 2 2 断面的底部高程差 m L 断面间长度 m n 泄槽糙率 两断面间平均流速 m s 两断面间平均水力半径 m R 2 渐变段水面线计算 临界水深 hk及临界底坡 ik 渐变段首端宽 b1 65 米 尾端宽 b 40 米 断面为矩形 具体计算见表 4 表 4 计算情 况 QBKqKhKAkxkRKCK 设计水 位 校核水 位 540 800 65 65 8 31 13 31 1 92 2 49 124 8 161 85 68 84 69 98 1 81 2 31 69 00 71 86 0 00218 0 00204 渐变段 故属陡坡急流 槽内形成 b 型降水曲线 属明渠非均 k ii 50 1 匀流计算 渐变段水面线计算 首端断面水深为临界水深 hk 具体计算见表 5 表 5 计算 情况 Qh1q1A1x1R1V1E1i1设h2q2A2 设计 水位 校核 水位 540 800 1 92 2 49 8 31 13 31 124 8 161 85 68 84 69 98 1 81 2 31 4 33 4 94 2 88 3 74 0 02 0 02 2 75 3 5 13 5 20 110 140 X2R2V2E2I2LnhfE1 ilE2 hf 45 5 47 2 42 2 99 4 91 5 71 3 98 5 16 0 02 0 02 2 05 0 58 4 60 5 30 60 60 0 016 0 016 0 12 0 12 4 08 4 94 4 10 5 28 由计算得渐变段末端水深分别为 h设 2 75 米 h校 3 5 米 3 泄槽一段水面线计算 汇槽一段断面为矩形 宽 40m 长 540m 200 1 i 临界水深 hk和临界坡降 ik 具体计算见表 6 表 6 计算情 况 QBKqKhKAkxkRKCK 设计水 位 校核水 位 540 800 40 40 13 5 20 2 65 3 44 106 137 6 45 3 46 88 2 34 2 94 72 01 74 81 0 00214 0 00205 故泄槽一段属急流 按陡槽计算 k ii 200 1 泄槽一段末端水深 正常水深 h0 采用试算法 具体计算见表 7 表 7 计算情 况 Qbi 设 ho A0X0R0C0 设计水 位 校核水 位 540 800 40 40 2 03 2 6 81 2 104 44 06 45 2 1 84 2 3 69 49 71 81 7619 83 11326 15 539 800 88 经试算 设计水位时 h0 2 03 米 校核水位时 h0 2 6 米 泄槽一段水面线计算 采用分段求和法 按水深进行分段 具体计算见表 8 4 泄槽二段水面线计算 泄槽二段断面为矩形 宽 40m 长 80m 底坡 8 1 i 表 8 计 算 情 况 断 面 h0 m A m2 V m s V2 2g m Es m Es m X m R m L m 1 12 651065 091 323 9745 32 3472 01 0 010 0 3 583 58 2 22 601045 191 373 9845 22 371 81 0 020 00250 0025811 58 3 32 45985 511 554 0044 92 1871 17 0 060 0 30 6742 25 4 42 30925 871 764 0644 62 0670 5 0 010 0 0012580122 25 5 52 15866 282 014 1644 31 9469 8 设 计 水 位 6 62 0381 26 652 264 29 0 13 44 061 8469 19 0 0 300 23422 28 1 13 51405 711 675 166472 9874 97 0 0030 0 1 031 03 2 23 351345 971 825 16946 72 8774 50 0 0240 0 9 2510 28 3 33 201286 251 995 19346 42 7674 02 0 0750 0 35 1045 38 4 43 001206 672 275 268462 6173 33 0 1350 0 91 96137 34 5 52 81127 142 605 40345 62 4672 60 校 核 水 位 6 62 61047 693 025 619 0 216 45 22 3071 81 0 0 379 61516 95 求临界底坡 ik 控制断面水深 ho 正常水深 因泄槽二段同泄槽一段流量 形状 断面尺寸相同 故临界底坡和临界水 深不变 设计水位时 ik 0 00214 校核水位时 ik 0 00205 属陡坡急流 按陡槽非均匀流计算 k ii 8 1 控制断面水深 h0用试算法 具体计算列于表 9 表 9 计算情 况 Qbi设 hoA0X0R0C0 设计水 位 校核水 位 540 800 40 40 0 76 0 96 30 4 38 4 41 52 41 92 0 73 0 92 59 34 61 59 1541 17 2268 59 545 802 经试算 设计水位时 h0 0 76 米 校核水位时 h0 0 96 米 泄槽二段水面线计算 泄槽二段首端控制水深 设计水位时 h 2 03 米 校核水位时 h 2 6 米 采用分段求和法计算水面曲线 具体计算见表 10 表中仅推到泄槽二段末端 若推到正常水深时 陡槽长已超过设计长度 这是不切实际的 故泄槽二段内不产生正常水深 由计算知末端水深在设计水位时为 h 0 93 米 在校核水位时为 h 1 29 米 表 10 计算情况断面h m A m2 V m s Es m Es m X m R m L m 1 12 0381 26 654 28644 061 8469 20 0 2810 0 2 362 36 2 21 85747 304 56743 71 6968 23 0 360 0 117252 995 35 3 31 70687 944 91743 41 5767 36 0 760 0 6 2711 62 4 41 50609 05 63343 01 4066 07 1 1690 0 10 8022 42 5 51 305210 386 80242 61 2264 61 1 9830 0 20 4242 84 6 61 104412 278 78542 21 0462 94 设 计 水 位 7 70 9337 214 5211 681 2 896 41 860 8961 28 0 481990 37 7180 55 1 12 61047 695 61945 22 3071 81 0 3240 0 2 722 72 2 22 4968 335 94344 82 1470 96 0 4740 0 4 036 75 3 32 2889 096 41744 41 9870 05 0 6850 0 5 9512 70 4 42 08010 07 10244 01 8269 05 0 9970 0 8 9621 66 5 51 87211 118 09943 61 6567 95 1 4730 0 13 9835 64 校 核 水 位 6 61 66412 509 572 2 240 43 21 4866 73 0 0 23 4559 09 7 71 45614 2911 81242 81 3165 36 8 81 2951 615 5013 554 1 742 42 581 2164 53 0 0 20 9280 01 5 溢洪道水面曲线成果及护砌高度 计算溢洪道水面线是为确定边墙高度 边墙及衬砌底板的结构设计和下 游消能计算提供依据 溢洪道边墙高度计算公式为 式中 h 不掺气时水深 m hb 当流速大于 7 8m s 时掺气增加水深 m 安全超高 设计时取 1 0 校核时取 0 7 m H 边墙高度 m 边墙高度计算 引水渠边墙高见表 11 表 11 v 7 8m s 参 数 情 况 h m m H h m 设计水位 校核水位 2 78 3 62 1 0 0 7 3 78 4 12 控制堰边墙高度与引渠等高 设计水位时 边墙高度 H 3 78 米 校核水位 时 边墙高度 H 4 12 米 收缩段边墙高度具体计算见表 12 收缩段最大流速 v 5 71 米 秒 7 8 米 秒 不考虑掺气所增加水深 故 H h 泄槽一段边墙高 度具体计算见表 13 泄槽二段边墙高度具体计算见表 14 表 12 计算情况断面 断面距渐变 断首端距离 m 计算水深 h m 超全超高 m 边墙高度 H m 设计水位 首端 尾端 0 60 1 92 2 75 1 0 1 0 2 92 3 75 校核水位 首端 尾端 0 60 2 49 3 5 0 7 0 7 3 19 4 20 表 13 计算情况断面 断面距 离槽首 端距离 m 计算水 深 h m 流速 v m s m m H m 设 计 水 位 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 0 3 58 11 58 42 25 122 25 422 28 2 75 2 60 2 45 2 30 2 15 2 03 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 3 75 3 6 3 45 3 3 3 15 3 03 校 核 水 位 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 0 1 03 10 28 45 38 137 34 516 95 3 5 3 35 3 20 3 0 2 8 2 6 6 67 7 14 7 69 0 20 0 20 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 4 2 4 05 3 9 3 7 3 7 3 5 表 14 计算情况断面 断面距 离槽首 端距离 m 计算水 深 h m 流速 v m s m m H m 设 计 水 位 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 0 2 36 5 35 11 62 22 42 42 84 80 55 2 03 1 85 1 70 1 50 1 30 1 10 0 93 6 65 7 30 7 94 9 0 10 38 12 27 14 52 0 135 0 135 0 135 0 135 0 135 0 135 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 3 03 2 99 2 84 2 64 2 44 2 24 2 07 校 核 水 位 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 0 2 72 6 75 12 70 21 66 35 64 59 09 80 01 2 6 2 4 2 2 2 0 1 8 1 6 1 4 1 29 7 69 8 33 9 09 10 11 11 12 5 14 29 15 50 0 20 0 20 0 20 0 20 0 20 0 20 0 20 0 20 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 3 5 3 3 3 1 2 9 2 7 2 5 2 3 2 19 6 出口消能计算 溢洪道出口消能计算的任务是 估算下泄水流的挑射距离 选择挑流鼻 坎形式 确定挑流鼻坎方式 反弧半径 挑射角等尺寸 以保证