平安文祖口水库左岸溢洪道设计-毕业论文

摘要摘要在水利枢纽中，必须设置泄水建筑物，溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。溢洪道除了应具备足够的泄流能力外，还要保证其在工作期间的自身安全和瞎写水流与原河道水流获得妥善的衔接。一些坝的失事，往往是由于溢洪道泄流能力不足或设计、运用不当而引起的。所以安全泄洪是水利枢纽中的重要问题。平安文祖口水库是青海省小型水库工程规划中的17座水库之一，水库位于平安县祁家川流域天重河（亦叫东岔沟）之上，为半注入式年调节水库，由于水库的大坝采用土石坝，坝身不承担泄水，且河谷狭窄，故采用河岸溢洪道。溢流堰的堰型为实用堰，按照溢洪道设计规范SL253-2000中的规范要求，确定各部分的边坡及边墙的高度，确定溢流堰的堰面型式，最后根据底流消能的公式计算消力池的尺寸及构造。关键词：文祖口水库，溢洪道，泄水能力，消能V青海大学水利电力学院abstractABSTRACTIn the hydropower project, you must set the discharge structure, spillway is one of the most common discharge structures, capacity planning for catharsis can not accommodate the flood, to prevent overflowing flood crest ensure dam safety. In addition spillway should have sufficient discharge capacity, but also to ensure their own safety and Xia Xie water with the original river flow during operation to obtain proper convergence. Some dam accident, often due to inadequate spillway discharge capacity or design, caused by improper use. So hydropower project safety spillway is an important issue.Peace WenZu mouth reservoir is one small reservoir in Qinghai project planning in 17 reservoirs, reservoir located Ping an County Qijia Chuan River Basin days heavy (also called the East chagou) above, a semi-annual regulating reservoir injection, since dam reservoir using dam, dam discharge does not undertake, and the valley is narrow, so the use of riparian spillway. Weir type of weir, in accordance with the spillway design specifications SL253-2000 in regulatory requirements, determine the height of each part of the slope and side walls, determine weir surface type, final flow energy dissipation according to bottom the formula to calculate the stilling basin size and configuration.Keywords: WenZu mouth reservoir, spillway, discharge capacity, energy dissipation目录目录摘要IAbstractIII1 绪论12 溢洪道规划32.1 基本资料的收集32.1.1 水库地形、地质情况32.1.2 库容42.1.3 工程条件62.1.4 工程等级82.1.5 洪水标准82.1.6 地震基本烈度及设防烈度82.1.7工程特性表92.2调洪演算142.3 溢洪道的组成153 溢洪道水力计算173.1 侧堰设计173.1.1堰型的选择173.1.2 侧堰长度B的确定183.1.3对开敞式实用堰的泄流能力计算进行计算183.1.4侧槽沿程水面线计算193.1.5 侧槽底板高程203.2 平坡控制段设计203.3 缓坡调整段设计213.4 陡槽水力计算223.4.1 第一段陡槽水面线计算233.4.2 变坡段计算233.4.3第二段陡槽水面线计算244 溢洪道结构设计274.1 堰面设计274.2 侧槽的设计284.2.1 侧槽首、末端断面底宽比284.2.2 侧槽的底坡284.3 陡槽段设计294.3.1排水系统的布置304.4 消力池段设计314.4.1消力池深度计算314.4.2 消力池长度计算334.4.3 消力池底板厚度估算334.4.4 海漫长度估算344.5 尾水渠段设计355 地基边坡处理设计375.1 一般规定375.2地基开挖375.3 边坡开挖及处理38结论39参考文献41致谢43致谢1 绪论溢洪道是水库的主要建筑钩之一，它的作用是宣泄洪水，保证水库的安全。修建水库的目的是蓄水兴利，可是水库的库容不可能大到全部存蓄上游所有可能发生的最大水量，而为了充分发挥效益，希望每年都能使水库蓄满，于是就有年水库蓄满后再来洪水的处理问题。这样就需要有溢洪道工程，用来宣泄水库容纳不了的洪水，保证水库不致因洪水漫顶而导致土坝失事。由于大坝两岸的山体陡峭，采用侧槽式溢洪道，侧槽溢洪道与正槽溢洪道的主要区别在于侧槽部分，而侧槽设计不仅要满足泄流量沿侧槽均匀增加，同时为了使水流稳定，侧槽中的水流应处于缓流状态。当水流经过侧槽后，由于是梯形断面，得设置一个控制段，使梯形断面平须的过渡到矩形断面，在进入陡槽前，为了确保水流为急流，得设置一个调整段，而当水流经过陡槽后，由于流速快，必须设置消能设施，最后用尾水渠和下游水面自由连接，所有计算都得根据泄洪流量和防洪标准，计算出各部分的尺寸及其构造，以保证工程的安全运行。认为要搞好水库溢洪道，以保证大坝安全，必须注意抓好以下几个工作：一、选好地形，做到溢洪道布置合理，同时精心设计，精心施工，使溢洪道坚固可靠，在泄洪时不致于因溢洪道本身的破坏而影响水库的安全。二、算好水文账，正确规划好泄洪断面的大小。目前所常用的频率洪水设计方法有很大的局限性，不能完全依靠这个方法，还应采用洪水调查，暴雨移置等方法加以分析比较，并从工程上适当提高安全系数，来确定泄洪量，重要水库还应考虑最大可能降水时的保坝问题。三、做好水库调度运用计划。每年汛前要根据工农业对水库供水的要求和水文气象方面的长、短期预报，做出切实可行的水利调度运用计划，做好防汛抢险准备工作，同时要有非常保坝措施，以便在管理运用上保证水库的安全。2 溢洪道规划溢洪道规划工作是整个水库规划工作的一部分，同时还与整条河道的规划密切相关。随着农田基本建设运动、改造山河的规模越来越大，兴修水库、规划溢洪道就更应该与农田基本建设规划相配合，而成为整个改造山河宏伟计划中的一个有机组成部分。溢洪道规划工作的主要内容包括收集基本资料、决定设计洪水、进行调洪演算、决定溢洪道的断面尺寸和非常保坝措施等。2.1 基本资料的收集2.1.1 水库地形、地质情况1.地形地貌本区一般海拔在21003500m之间，整体地势南高北低，最高点为本区南部拉脊山，高程为4328m，最低点为北部的湟水谷地，高程为2100m。工程区距南部拉脊山直线距离为2km左右。区内河谷切割深度为180340m，河谷形态呈不对称“U”型, 两岸岸坡坡度一般为2540，局部边坡较陡，达70。区内地表植被发育良好。总体地貌自南向北呈现中高山区-丘陵地带-湟水河谷过渡的景观，坝址位于中高山区-丘陵地带的过渡地带。2. 物理地质现象工程区位于天重河中下游的中高山峡谷区，河流相对深切，两岸山体较高，相对高差较大，两岸山体陡坡发育较少，植被良好。主要物理地质现象为： 岩体风化，受地质构造、气候等因素的影响，表部岩体的风化作用较强烈。下第三系岩层大多属较软岩，抗风化能力弱，岩体风化强烈； 冲沟与泥石流，河谷两岸山体在流水的作用下形成了规模不等、大小不一的冲沟。在强降水时坡体表面的松散物被洪水搬运至坡脚或河谷中，在坡脚处或冲沟沟口处易形成中小型泥石流；河谷两岸坡体中上部为侵蚀区，而下部或底部为堆积区； 重力卸荷现象，河谷两岸局部坡度较陡，表层岩体在其重力作用下，发生重力卸荷，进而产生拉张裂隙、裂缝、岩体变形（如倾倒岩体）、崩塌等地质现象； 倾倒岩体，工程区大多分布岩石属较软岩与中硬岩，风化作用强烈，在两岸坡体较陡地段，具有一定临空面，岸坡表层岩体在重力卸荷等牵引作用下产生倾倒； 崩塌,两岸岸坡中坡度较陡且卸荷裂隙发育的岩体易发生崩塌，但崩塌规模一般较小； 冻胀破坏作用，工程区海拔一般在2700m以上，属高寒山区，具有干寒、多风、昼夜温差大、无霜期短等高原气候特征。地表黄土状土及部分冲洪积粉土含水量较大时具有冻胀性。根据中国季节性冻土标准冻深线图，工程区属高海拔、低纬度地区，标准冻深为1.6m左右。2.1.2 库容经水库调节计算、泥沙淤积计算及调洪计算，最终确定总库容357104m，其中死库容 103104m，兴利库容238104m，防洪库容16104m；相应死水位2757.7m，正常蓄水位2771.59m，设计洪水位2772.06m，校核洪水位2772.23m。引水工程设计流量0.12m/s，加大流量0.15m/s。水库面积特性指水库水位与水面面积的特性曲线，库区内某一水位高程的等高线和坝轴线所包含的面积，即为该水位的水库水面面积。水面面积随水库水位的变化而改变的情况，取决于水库河谷平面形状。图21水库库容示意图水库容积特性指水库水位与容积的关系曲线。它可直接由水库面积特性推算绘制，两相邻等高线间的水层容积V,可按下式计算： (1)式中 ，相邻两等高线各自包括的水库水面面积两等高线之间的高程差表2-1水库面积、容积特性表水库面积（m）高程（m）单位高程水层容积（m）对应高程的水库容积（m）00.0084.172742.028.0628.06586.272743.0297.53325.581565.512744.01036.601362.193534.682745.02484.183846.375993.922746.04710.508556.868978.782747.07436.2615993.1212373.152748.010630.7126623.8316352.812749.014316.8140940.6520913.682750.018586.5559527.2025994.142751.023407.9282935.1231553.482752.028728.95111664.0737537.212753.034502.08146166.1543291.882754.040380.36186546.5149110.742755.046170.74232717.2555315.232756.052182.24284899.4961646.632757.058452.35343351.8468195.312758.064893.43408245.2774716.052759.071430.87479676.1481222.462760.077946.62557622.7687739.052761.084459.80642082.5694271.912762.090985.93733068.50100989.052763.097611.22830679.72107921.522764.0104436.11935115.832771.63410000.002772.23570000.00续表2-1图2-2 水库面积特性曲线 图2-3 水库容积特性曲线2.1.3 工程条件1.水文条件 气象文祖口水库所在的天重河流域，周围为低山丘陵，具有显著的高原干旱大陆性气候特点。该区光照充足，日照强烈，冬寒夏凉，气温变化剧烈，干旱少雨，降水集中。流域海拔高程在2734m3940m之间，年平均气温7左右，极端最高温度34，极端最低温度-24，昼夜温差大。流域内降雨量集中，年平均降雨量400mm500mm，源头区降水达600mm左右，全年降水80%以上集中在59月，水库坝址处年降雨量在500mm左右，多集中在79三个月，年际差异大，多雨年和少雨年差2倍以上。流域平均蒸发量750mm，蒸发量最高可达1419mm左右，属于半干旱半湿润过渡地区。项目区多东风，年平均风速1.6m/s，最大风速19m/s。项目区冰冻期长，11月至翌年的3月底为霜冻期，年无霜期138天左右，根据中国季节性冻土标准冻深图，该区标准冻深160cm。库址处为浅脑山过渡区，从气候特点上属于半干旱半湿润过渡地区，气候特点干旱多风，冰冻期长，昼夜温差大，降雨量集中，蒸发量大于降雨量。年蒸发量较大，无霜期138天左右，11月翌年的3月底为霜冻期，14月多风，平均风速2.2m/s，最大风速19m/s。该区标准冻深160cm。 图2-4 祁家川河流域水系及雨量站点分布图 泥沙文祖口水库坝址所在天重河流域属脑山地区，海拔在2700m以上，地面坡度一般在1545之间，土层较薄，约0.150.50m之间。自然植被较好，植被密度约80%。海拔3300m以下有云杉、桦树、山杨等林木分布；海拔3300m以上为山地草原和灌丛草甸；海拔3000m以下的滩地和阳坡多为耕地。根据青海省水文手册的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为1000t/km2；另外根据青海省水资源评价报告的“多年输沙模数分区图”查得流域所在区域多年平均侵蚀模数为10002000t/km2，临近流域王家庄站多年平均侵蚀模数为1516t/km2。本次设计取1000t/km2，计算水库坝址及引水口处的多年平均悬移质输沙量，推移质的计算根据经验，采用悬移质的百分数考虑，根据北方河流特点，选用的百分数为15%。计算成果见表2-2。 表2-2 泥沙计算成果表沟道名称流域面积（km2）悬移质输沙量 （t）推移质输沙量 （t）输沙量（t）文祖口水库坝址18.618600279021390瓦窑台沟引水口12.612600189014490 冰情水库所在天重河不存在封冻情况，每年冰情月达4月之久，一般每年11月下旬开始结冰，次年3月下旬开始融冰。每年12月翌年3月河沟有岸冰覆盖，厚度3050cm。 流域面积坝址以上流域面积18.60km2，河道平均比降1.19%。拟引水沟道为瓦窑台沟，总流域面积18.20km2，引水口以上流域面积12.6km2，河道平均比降1.18%，流域状况同天重河沟道相似，植被条件较好。 坝址及临沟引水枢纽处多年平均年径流量根据水文分析计算，确定坝址处多年平均年径流量为W0=372.10104m3，多年平均流量为0.118m3/s；瓦窑台沟道引水枢纽以上多年平均年径流量为W临=252.00104m3，多年平均流量为0.08m3/s。 坝址设计洪水及临沟引水枢纽处的设计洪水文祖口水库库址无实测洪水资料。经分析比较后，最终采用面积比拟法的计算结果。设计及校核洪峰流量分别为33.0m3/s(p=2%)、50.9m3/s(p=0.2%)。临沟瓦窑台沟引水枢纽处设计及校核频率下的设计洪峰流量计算采用面积比拟法，其结果分别为16m3/s(p=10%)、20.4m3/s(p=5%)。2.1.4 工程等级按照水利水电工程等别划分及洪水标准（SL252-2000）及水库总库容357万m3，确定文祖口水库工程规模为等小（1）型工程，其主要建筑物级别为4级，次要建筑物及临时建筑物级别为5级。根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99），临沟引水设计流量为0.12m3/s，加大流量0.15 m3/s，小于2 m3/s，确定其工程等别为等，主要建筑物及次要建筑物级别均为5级。2.1.5 洪水标准根据国家防洪标准（GB50201-94）和水利水电工程等别划分及洪水标准（SL252-2000），确定文祖口水库设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为500年一遇（P=0.2%），其洪峰流量分别为33 m3/s及50.9m3/s。临沟瓦窑台沟道引水枢纽及引水渠的洪水设计标准根据其工程等别等，确定其设计洪水标准为10年一遇(P=10%)，校核标准为20年一遇(P=5%)，其相应频率的洪峰流量分别为16.0m3/s及20.4m3/s。2.1.6 地震基本烈度及设防烈度根据现行中国地震动参数区划图（GB18306-2001），文祖口水库库址处动反应谱特征周期为0.45s，地震加速度为0.10g，相当于地震基本烈度为度。工程主要建筑物抗震设防烈度按照基本烈度度进行设防。2.1.7工程特性表文祖口水库工程特性表项 目单位数量备注一.水文.流域面积本沟流域面积km218.60临沟（瓦窑台沟）引水流域面积km212.6引水枢纽以上.参证水文站王家庄.多年平均年径流量坝址处年径流量104 m3372.1临沟引水口处年径流量104 m3252.代表性流量（1）本沟-天重河沟道坝址处多年平均流量m3/s0.118调查历史最大流量m3/s17.6 设计洪峰流量m3/s33.0P=2%校核洪峰流量m3/s50.9 P=0.2%施工导流流量m3/s20.2P=10%（2）临沟-瓦窑台沟引水口处多年平均流量m3/s0.08设计洪峰流量m3/s16.0P=10%校核洪峰流量m3/s20.4P=5%.本沟洪量设计洪水洪量104m316.9P=2%校核洪水洪量104m323.9P=0.2%.本沟泥砂土壤侵蚀模数t/km2/ 年1000二.水库.水库水位校核洪水位m2772.23设计洪水位m2772.06=2%正常蓄水位m2771.59死水位m2757.732.回水长度m8653.水库容积总库容（校核洪水位以下库容）104m3357正常蓄水位以下库容104m3341兴利库容104m3238防洪库容104m316死库容104m31034.调节特性年调节三.主要建筑物及设备1.挡水建筑物坝型壤土心墙坝地基特性冲洪积砂卵石层基本烈度度坝顶高程m2774.4坝高m44.29坝长m365.0坝基防渗开挖齿槽，基岩采用帷幕灌浆坝顶宽m7.02 .泄水建筑物溢洪道型式侧堰，自由泄流地基特性坡积碎石土堰顶高程m2771.59溢流段（堰顶）长度m25设计泄洪流量m3/s16.21P=2%校核泄洪流量m3/s26.01P=0.2%消能方式底流消能陡槽宽6.0陡坡段坡比1:4陡坡段长255.443.导流输水建筑物（）导流输水隧洞设计流量m3/s20.2洞身长度m281.59围岩特性砂砾岩断面型式 城门洞形断面尺寸m2.02.4 洞壁衬砌厚度cm3545洞首底高程m2750.0洞末底高程m2726.36（2）上游导流明渠结构型式梯形长度m342.24边坡1：1底宽m2（3）下游导流明渠长度m103.43结构型式梯形边坡1：1底宽m3（4）放水管A3钢焊接结构设计流量m3/s0.37最大流量m3/s0.47管径mm700主管长m281.59（5）闸井特性闸顶高程m2774.4闸门孔口尺寸bhm2.02.41扇、A3钢焊接平板门4.灌溉干管（首部预留）灌溉干管长m131.84埋设至管理区外 内径mm600壁厚8mm流量m3/s0.270.37管道型式沟埋钢管管道基础型式现浇C20砼支座工作闸阀个1DN6005.人饮和工业园区供水管道（首部预留）A3钢焊接结构供水干管长m116.94埋设至水厂外 内径mm400壁厚8mm流量m3/s0.089管身基础型式沟埋钢管/ C25砼支座工作闸阀个1DN4006退水管长度m84.95内径mm700壁厚8mm工作闸阀个1DN7007.临沟引水建筑物（1）引水枢纽溢流堰堰型实用堰堰顶宽m 15进水闸螺杆机启闭，手动孔口尺寸BHm0.60.6冲砂闸螺杆机启闭，手动孔口尺寸BHm1.51.3（2）引水管道设计流量m 3/s0.12加大0.15m 3/s全长km4.27（3）引水枢纽导流明渠结构型式梯形长度m98.56边坡1：1底宽m18其它（1）库区道路1）上坝公路m10232）县乡道路改线m14453）乡村道路1改线m1804）乡村道路2改线m6905）后湾村水库管理区m1600柏油路面（2）高压线路改线km2.010kv（3）网围栏改线km2.0 网围栏增设km1.85作为人饮水源需要设置9淹没补偿（1）工程永久占地亩923.07耕地亩251.26草地亩242.91林地亩403.87农村养殖圈舍亩0.90殡葬用地亩0.06沟渠亩6.06（2）工程临时占地342.82耕地亩228均为旱地一般农田林地亩56天然草地亩56.81四.设计供水量万m3470.201.灌溉供水量万m3191.17P=50%2.人畜饮水万m3156.71P=95%3.县城工业园区供水年供水量万m3122.32P=95%五.施工1.主体工程总量 土石方104m3209.42 混凝土m329092 砌石m38979 帷幕灌浆m78282.主要建筑材料 木材m3122.89 钢筋t389.15水泥t10012.43.劳动力 施工总工日104工日147.344.总工期年3六.投资1总投资万元15893.452静态总投资万元15304.033工程部分投资万元13528.903征地移民补偿投资万元1373.504水土保持与环境保护投资万元401.65建设期利息万元589.422.2调洪演算由于祁家川河上没有实测洪水资料，根据水利水电工程洪水计算规范（SL44-2006）规定，对于无资料地区，设计洪水的计算采用地区综合法进行计算。根据工程要求，本次只对水库坝址处的设计洪水进行计算。根据本流域所处的位置，临近流域有王家庄水文站，根据水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-2006）的要求，设计洪水的计算，以王家庄水文站为参证站，采用地区综合法进行计算。采用公式 (2)式中：Q设设计断面的洪峰流量（m3/s）； Q王王家庄水文站的洪峰流量（m3/s）； F设设计断面的面积（km2）； F王王家庄水文站的面积（km2）。表2-3设计洪峰流量成果表（地区综合法） 单位：m3/s沟道名称均值频率（%）0.10.20.330.5123.3351020文祖口水库坝址9.24 56.2 50.9 47.8 43.8 38.4 33.0 28.1 25.7 20.2 14.6 （3）设计洪水过程线根据青海省东部地区暴雨洪水图集，对于无资料地区，可采用概化过程线法推算设计洪水过程。由下列公式计算出不同频率的设计洪水总历时。 (3)式中：T设计洪水总历时（h）； K洪水概化过程线的形状系数，脑山区K=15.1F-0.138； W洪水总量（万m3）；Qm：不同频率最大洪峰流量（m3/s）。表2-4洪水历时计算成果表频率(%)0.2%0.5%1%2%3.33%5%10%20%洪峰流量Qm(m3/s)48.041.236.231.127.324.319.113.8洪量W(万m3)23.921.019.016.915.114.312.310.2历时T(小时)5.015.155.285.495.605.946.487.49根据青海省东部地区暴雨洪水图集中脑山区流域面积F200km2，可以查出典型洪水概化过程线的相对坐标Qi/Qmti/，据此计算设计洪水过程线。表2-5 设计洪水过程线计算表频率 (%)ti/T051015202530405060708090100QmQi/Qm017.542.0 71.0 10090.581.0 62.0 44.0 28.517.0 8.0 2.0 0 0.2%ti0.0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 2.00 2.50 3.01 3.51 4.01 4.51 5.01 48.0 Qi0.0 8.41 20.2 34.1 48.0 43.5 38.9 29.8 21.1 13.7 8.17 3.84 0.96 0.0 0.5%ti0.0 0.26 0.51 0.77 1.03 1.29 1.54 2.06 2.57 3.09 3.60 4.12 4.63 5.15 41.2 Qi0.0 7.22 17.3 29.3 41.2 37.3 33.4 25.6 18.1 11.8 7.01 3.30 0.82 0.0 1%ti0.0 0.26 0.53 0.79 1.06 1.32 1.58 2.11 2.64 3.17 3.70 4.22 4.75 5.28 36.2 Qi0.0 6.34 15.2 25.7 36.2 32.8 29.4 22.5 15.9 10.3 6.16 2.90 0.72 0.0 2%ti0.0 0.27 0.55 0.82 1.10 1.37 1.65 2.20 2.75 3.30 3.85 4.40 4.94 5.49 31.1 Qi0.0 5.44 13.1 22.1 31.1 28.1 25.2 19.3 13.7 8.86 5.29 2.49 0.62 0.0 5%ti0.0 0.30 0.59 0.89 1.19 1.48 1.78 2.37 2.97 3.56 4.15 4.75 5.34 5.94 24.3 Qi0.0 4.25 10.2 17.2 24.3 22.0 19.7 15.0 10.7 6.92 4.13 1.94 0.49 0.0 2.3 溢洪道的组成侧槽溢洪道一般由溢流堰，侧槽、泄水道和出口消能段等部分组成。溢流堰大致按河岸等高线布置，水流经过溢流堰泄入与堰大致平行的侧槽后，在槽内转向约90，经泄槽流入下游，当坝址处山头较高，岸坡陡峭时，可选用侧槽溢洪道，与正槽溢洪道相比较，侧槽溢洪道具有以下优点： 可以减少开挖方量； 能在开挖方量增加不多的情况下，适当加大溢流堰的长度，从而提高堰顶高程，增加兴利库容； 使堰顶水头减小，减少淹没损失，非溢流坝的高度也可适当降低。文祖口水库坝址位于窖洞村上游，坝址段河流弯曲，总体流向近南北向，此处河谷呈“U”型，河流宽2-5m，河水深度0.5m左右，河床高程2730m，河流比降为5.5。两岸地形坡度3045，局部边坡陡立，植被较好。溢洪道布置在左岸斜坡之上，纵轴线位于库左山体坡脚之处，地形坡度约30，自然边坡稳定，上部为818m的第四系松散堆积地层，抗冲刷能力差。其下为强风化的细砂岩。中上段存在高边坡开挖段，下段边坡较缓，有利于施工开挖。由于坝址处拟设溢洪道的一端山头较高、岸坡陡峭，故选用侧槽式溢洪道，它适用于水头较高，岸坡较陡，岩石坚固而汇量较小的情况。溢洪道由侧堰段、平坡控制段、缓坡调整段、陡槽段、消力池及尾水段组成，采用C25钢筋混凝土砌筑。洪水主要通过陡坡段从水库上游水位的高程降落到下游水位的高程。所谓陡坡，不只是说坡度较陡，而且有具体的定义。渠道的过水能力取决于断面，底坡和糙率，当渠道的过水能力等于实际来水量时，水面线与底坡线平行，这样的坡度叫做临界坡度。渠道底坡小于临界坡度称为缓坡，这时水面线的坡度将小于渠道底坡而向下游方向壅高，水流状态叫做缓流；反之，河道底坡大于临界坡度称为陡坡，这时水面线坡降陡于底坡，水流状态叫做急流。显然，只有使陡坡段名符其实，才能使溢洪道达到设计的过水能力。如果陡坡段做成缓坡，则由于水面线的壅高，可能使控制断面处的堰流发生潜没或者甚至于变成明渠流，严重降低溢洪道的过水能力。陡坡段坡度的决定，除了必需满足上述水力条件外，还要根据地形、地质和衬砌材料等因素综合考虑决定。一般说来，坡度缓一些，开挖量少些，稳定性较好，但衬砌量增多，坡度陡一些则相反。初始设计陡槽段分两段计算，陡槽断面为矩形，上游衔接平坡控制段和缓坡调整段。消能段的作用是消除由陡坡上冲下的高速水流的能量，使水流平稳地由退水渠流入下游河床，减少对下游的冲刷，用以造成消能条件的建筑物称为消能工。消除水流能量的方法主要是利用水流自身的冲击、应旋滚消能，采用挖深式消力池。图2-5 消力池消能工消力池紧接在陡坡后面，它要求有一定的深度和长度，使陡坡上的高速水流冲下后在池内产生水跃，消杀能量。消力池的优点是：可以适应较大范围的流量，消能效率较高，下游渠道比较稳定。因此，在中小型水库溢洪道中广泛采用。为了能产生完全的水跃消能，消力池得要有足够的水深，通常采用挖深的方法加以满足。北方寒冷地区冬季消力池要能排除积水，以避免冻害。消力池的横断面以矩形为好，梯形断面的水流状态不好。斜坡式水流条件较好。消力池都用浆砌石或混凝土衬砌。紧接消力池的退水渠或下游河床还得要衬砌保护一段，称为海漫，以消杀残余的水流能量。消力池为底流消能，设计选用挖深式消力池。退水渠的作用是使由溢洪道下泄的洪水顺畅地流入下游河床。当溢洪道的消能工直接与下游河床相接时，就用不着退水渠。但对于山谷垭口溢洪道，退水渠的重要性就很突出。在决定溢洪道位位时，必须加以考虑。退水渠要求布且平顺，底高与断面，要按设计要求开够。退水渠与陡槽宽度一样，宽6m，采用矩形断面。3 溢洪道水力计算3.1 侧堰设计3.1.1堰型的选择由于水库的大坝采用土石坝，坝身不承担泄水，且河谷狭窄，故采用河岸溢洪道，且山头较高、岸坡较陡，同时左岸岩石比较坚固同时泄流量较小，则采用侧槽式溢洪道（尤其适于中小型水库中无闸门控制的溢洪道中）。侧堰一般采用实用堰，它的优点是流量系数比宽顶堰大，在相同泄流量条件下，需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。由于水库的工程等级为IV等小（1）型，主要建筑物级别为4级，修建溢洪道部位沿水流方向的山体比较单薄，且坡度也较徒的地形条件，堰前紧接水库，堰后顺山坡挖成陡槽。综合根据地形、地质条件，溢洪道采用开敞式实用堰，由于工程任务以灌溉和供水为主，兼顾改善河道生态环境，故工程对下游的防洪要求不高，所以从工程安全、洪水调度、水库运行、工程投资等方面考虑，堰顶不需要设置闸门。堰顶呈圆形，下接1：0.6的斜面段，堰顶自由出流，顶高程即正常高水位2771.59m。实用堰的堰型由堰上游面、堰面曲线和堰后坡三部分组成，如下图：图3-1 溢流堰堰型示意图堰顶最大水头m堰上游底板高程m求得上游堰高 m 因为,故,故属于高堰 m又堰面最大压值不得超过规定的36米，查得溢洪道设计规范SL253-2000表A.1.3查得/=0.70.8,而高堰的定型的设计水头与堰顶的最大水头之比一般为0.750.95,取0.8得=0.80.64=0.512m由于堰后接1：0.6的斜面段，查无闸控制溢洪道水力设计表2-6堰后坡度对流量系数的影响得到WES堰的，查无闸控制溢洪道水力设计图2-28下游堰高对流量系数的影响得到，则下游堰高m(为堰上总水头m，由于水库比溢流堰宽得多，又的值很小，故近似的取m)。3.1.2 侧堰长度B的确定根据自由流计算公式计算 (4)式中：为校核洪水时最大下泄流量26.01m3/s； H0堰上总水头m,，由于水库比溢流堰宽得多，行进流速的值很小，近似为0，故近似的取m。 淹没系数，取=0.835； 侧收缩系数，由于采用无闸门，故取1； 流量系数，初步计算时，三圆弧段WES型取0.5；代入公式求得侧堰长度=27.52m 故这里取堰宽28m。3.1.3对开敞式实用堰的泄流能力计算进行计算开敞式实用堰的泄流能力计算公式为： (5)式中：Q流量，m3/s，校核洪水时最大下泄流量26.01m3/s； H0堰上总水头0.64m。 淹没系数，查溢洪道设计规范SL253-2000表A.2.1-3得=0.835； 取1； m流量系数，由于2.148，=1.25，查溢洪道设计规范SL253-2000表A.2.1.1，三圆弧段WES型的m=0.51； 溢流堰净宽，=28m； H0堰上总水头m，=0.64m。计算得到泄流能力计算表如下 表3-1 溢流堰泄流能力计算表堰上水头（m）0.10.20.30.40.50.60.640.70.80.9泄流量（m/s）0.77 2.18 4.00 6.16 8.61 11.31 27.03 14.25 17.42 20.78 查表3-1当堰上水头为0.64m时，得到相应的泄流量为27.042m3/s26.01m3/s校核泄洪流量，所以设计的侧堰宽度满足要求。3.1.4侧槽沿程水面线计算根据溢洪道设计规范SL2532000附录A.3.5计算侧槽水面线和槽底线 （6） （7）式中 计算段长度，断面2与断面1之间的距离m； 内水面差 ； 、断面1及断面2的流量，； 侧槽溢流堰单宽流量，； 、断面1及断面2的水流平均流速； 分段区内平均摩阻坡降；计算中以侧槽末端断面作为起始计算断面，其水深he和泄槽首端断面临界水深hc的比值与侧槽首、末端底宽比有关，按溢洪道设计规范SL253-2000表A.3.5查得。因为侧槽与泄槽间有调整段，则槽末水深h1=(1.21.5)hc,因为取的最小值0.5，故1.51.158=1.737m由于侧槽断面自首端到末端应逐渐变宽，故为非棱柱体，用试算法求非棱柱体明渠水面曲线如下表表3-2 侧槽段水面线计算表断面底宽bS水深hy设流量Q面积A流速Vx/mR/mC1671.74 26.0111.92.189.881.2168.7925.2571.63 -0.10319.519.921.978.91.1167.872.071.1668.330.0008 -0.10234.571.51 -0.12313.017.941.647.881.0166.751.81.0667.310.0007 -0.12243.7571.37 -0.1386.516.091.076.820.8965.421.350.9566.090.0005 -0.1355371.29 -0.08704.6905.860.864.20.530.856