侧槽溢洪道设计-03

1、侧槽溢洪道课程设计学校：广东水利电力职业技术学院班级：12水工3班姓名：罗茂贤学号：120310328指导老师：李存2014-06-14侧槽溢洪道课程设计luo mao xian目录一设计基本资料：2二侧槽的设计（尺寸及参数拟定）21. 计算侧槽堰长L2(1) 工况一：3(2) 工况二：32. 侧槽底纵坡i0 拟定43. 侧槽的横断面形式与尺寸44. 侧槽各断面槽底高程计算5(1) 计算控制断面临界水深 hk5(2) 计算侧槽末端水深 hl55. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程）6(1) 确定控制断面坎高 d6(2) 计算侧槽各断面流量Qi6(3) 侧槽水面曲线推算8(4) 侧槽各断面

2、槽底高程的确定10三泄槽的设计111. 泄槽的形式及参数拟定112. 泄槽水面曲线的推算11(1) 判断水面曲线的类型11(2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线12（3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定13四消能防冲设计151. 挑坎尺寸及参数拟定15（1）鼻坎高程：15（2）反弧半径R:15（3）挑射角度：152. 挑距离计算153. 最大冲刷坑深度 T计算17（1）最大冲坑水垫厚度tk17五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图18侧槽溢洪道设计计算一设计基本资料：某大（2）型水库，正常蓄水位为30m， 设计洪水位为32m， （相应泄流量为150 m3/s ），校核洪水位33.43m，（相应下泄

3、流量为210m3/s）。 该地区最大风速的多年平均值为16.9m/s。坝肩山头较高，岸坡较陡。布置溢洪道泄槽处山坡坡度约为1:4，泄槽水平投影约65m，泄槽宽8m。该地区地震基本烈度为 度。地表全为风化粉砂岩，基岩为寒武系八村组粉砂泥岩强风化层。强风化层地基承载力标准值可取500 kPa。二侧槽的设计（尺寸及参数拟定）1. 计算侧槽堰长L用堰流公式 L=Qm2g H32 侧堰采用WES型实用堰，如图1所示，流量系数m=0.502 (查水力学P206页)堰顶高程P与正常蓄水位等高，即P=30 m ，(1) 工况一：设计洪水位H设=32 m ,相应下泄流量Qmax=150 m3/s 堰顶水头 H设

4、-P=32-30=2 (m)所以堰长 L=Qmaxm2g H32= 1500.502×2×9.81×21.5=23.85 (m)(2) 工况二：校核洪水位H校 = 33.43 m ,相应下泄流量Qmax =150 m3/s 堰顶水头 H校-P=33.43-30=3.43 (m)所以堰长 L=Qmaxm2g H32= 2100.502×2×9.81×21.5=14.867 (m)经比较，堰长采用工况一 设计洪水位的，故堰宽L=23.85 m2. 侧槽底纵坡i0 拟定侧槽槽底纵坡拟定 i0=0.1 （参考 课本P106 页）。3. 侧槽的

5、横断面形式与尺寸泄槽宽为8 m ,所以侧槽末端断面底宽bl 取8m ,侧槽起始断面底宽 b0=bl2=4 (m) 。侧槽靠岸一侧边坡采用m1=0.5 , 靠溢流堰一侧取 m2=0.4 （形式见 图2）。4. 侧槽各断面槽底高程计算为使水流平顺进入泄槽，需在侧槽末端设置水平调整段与泄槽连接，并在调整段末端设置控制断面。(1) 计算控制断面临界水深 hk 调整段为梯形断面到矩形断面的渐变段，末端与泄槽断面一样为底宽为8m的矩形断面。临界水深 hk =3q2g (查水力学P154页)（ 为动能修正系数，取=1.0 ，单宽流量 q=Qmaxbl =1508 =18.75 m3(sm) ）， 故 hk=

6、3q2g=31×18.7529.81=3.297 m(2) 计算侧槽末端水深 hl用控制断面的临界水深 hk = 3.297 m 计算侧槽末端水深 hl hl =(1.21.5)hk ,用内插法计算， 1.2+1.5-1.25×blb0 =1.2+1.5-1.25×84 =1.32 , 故 hl = 1.32 hk =1.32×3.297 = 4.352 (m)调整段长度为 3hk = 3×3.297 = 9.891 (m)（参考课本P107页）。5. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程）采用设计洪水位 H设 =32 m ，相应下泄流量 Q

7、max = 150 m3s ,侧堰宽 L =23.85 m 。(1) 确定控制断面坎高 dd=(hl-hk)+(1+ )vl2-vk22g vl=QmaxAl , (m1+m2)hl22+8hl=(0.5+0.4)×4.35222+8×4.352=44.554 m2 , 故 vl=15044.554=3.367ms ;vk=QmaxAk=Qmaxhkbl=1503.297×8=5.687 ms , 取0.2 。故 （4.352-3.297）+（1+0.2）×（ 3.3672×5.68722×9.81）=-0.23< 0 ，所以控

8、制断面不设升坎。 (2) 计算侧槽各断面流量Qi以侧槽末端断面为1-1断面往上游将侧槽等分为四段，即等分为5个断面，推求各断面流量Qi ，如 图3所示：各断面的流量 Qi=q Xi ( 单宽流量 q=QmaxL= 15023.85=6.29 , Xi 为计算断面到侧槽始端（即5-5断面）的水平距离，xi 为相邻两个计算断面的水平距离) 。计算结果列于 表1 中:表 1 -计算侧槽各断面的流量Qi断面序号侧堰宽L（m)Qmax单宽流量q与侧槽始端水平距离 Xi（m)xi（m)断面的流量Qi123.851506.289 23.855.9625150223.851506.289 17.88755.9

9、625112.5323.851506.289 11.9255.962575423.851506.289 5.96255.962537.5523.851506.289 05.96250(3) 侧槽水面曲线推算侧槽水面曲线推算是从侧槽末端断面（即1-1断面）的水深hl 向上游推算的，相邻两个断面的水深关系如下式： hi+1=hi+y-xii0 (公式在课本P108页，y 为相邻两计算断面的水面差)见 图3 -相邻两断面水力计算示意图：根据： hi+1=hi+y-xii0 yi=vi+vi+12gvi+1+vi+Qi+1-QiQi+1+Qi-vi+vi+1-Jxi 用试算的方法，先假设一个要推算的断

10、面的水深 hi+1 ，由假设的水深y 计算该断面的面积 Ai 和断面流速 vi ，算出后代入式计算得出一个 y 。（注： Ri=Ai /Xi , Ri+1=Ai+1 /Xi+1 ,相邻两断面间流段的平均水力半径 R=Ri+Ri+12 ; 流段的平均流速 v=vi+vi+12 , 槽底糙率取 n=0.015 , 流段平均水力坡降 J = n2v2R43 ）将计算等到的y 代入式右边计算，若等式 左边=右边，则本次假设的水深 hi+1 即为该断面的水深；若等式两边不等，则重新假设一个hi+1 ，重复上述试算过程，直到等式两边相等为止。下面以计算断面1-1与2-2断面为例，用上述的计算方法试算2-2

11、断面的水深 h2 。已知1-1断面的水深 h1= hl =4.532 m ，假设2-2断面的水深 h2 = 4.1015 m , 经计算，式中y=0.3457 m ,将y=0.3457 m 代入式右边计算，得出 hihi+y-xii0=4.352+0.3457-5.9625×0.1=4.1015 （m），结果与假设的水深 h2相等，故2-2断面的水深h2 =4.1015 m 。其他相邻两断面的断面水深同样用、式以假设上游断面水深hi+1 来试算，所有断面的水深 hi 试算结果列于“表2”的第2列中 :表2 - 侧槽计算断面水深 试算结果汇总断面序号左边 假设水深h(i+1)断面流量Q

12、i底宽bi断面面积Ai湿周X水力半径Ri谢才系数C14.3520 150843.339 18.479 2.345 76.843 24.1015 112.5632.179 15.876 2.027 74.997 34.0790 75423.803 13.822 1.722 72.988 44.2309 37.5216.517 12.188 1.355 70.131 54.1617 007.794 10.021 0.778 63.931 续： 表2 - 侧槽计算断面水深 试算结果汇总流速vi v (m/s)R (m)JXi（m)xii0计算 y（m)右边 hi+ y -xii03.4611 3.4

13、786 2.1861 0.000960 23.850.5963 0.3457 4.1015 3.4961 3.3235 1.8745 0.001075 17.88750.5963 0.5737 4.0790 3.1508 2.7106 1.5387 0.000931 11.9250.5963 0.7481 4.2309 2.2704 1.1352 1.0665 0.000266 5.96250.5963 0.5270 4.1617 0.0000 0(4) 侧槽各断面槽底高程的确定侧槽起始断面为5-5断面，由“表2”的试算结果知其水深 h5 =4.1617 m ;堰顶水头 H0=H设-P=32-

14、30=2 (m) ,故侧堰始端最高点水位定为 H1=0.5H0 + P =0.5×2+30=31（m） 。所以侧槽始端（5-5断面）的槽底高程 H始 = H1h5 = 31-4.1617=26.8383（m）。其他断面的槽底高程按槽底纵坡 i0 =0.1 确定，结果列于“表3”中,表3 - 侧槽底面高程计算断面序号槽底纵坡 i0断面水深 hi（m)xi (m)槽底高程 Hi底（m)50.14.16175.962526.838340.14.23095.962526.2421 30.14.0795.962525.6458 20.14.10155.962525.0496 10.14.352

15、5.962524.4533 三泄槽的设计1. 泄槽的形式及参数拟定泄槽采用底宽为8m 的矩形断面，坡降为1:4 (泄槽的断面形式及尺寸见图 5 和图 6 )。泄槽的水平投影长D=65 m ；泄槽斜长 L泄 ，由 4 12+42 =65L泄 ，L泄=65174=67 （m) ；泄槽竖直高度 H泄=654=16.25 （m) 。2. 泄槽水面曲线的推算(1) 判断水面曲线的类型试算正常水深 h0 ,试算结果见 “表4” ;表4 - 泄槽陡坡段 正常水深ho 试算断面序号ho （m）底宽b(m)A（m2)X (m)R (m)谢才系数CQ (m3/s)单宽流量q临界水深hk10.785.69.40.5

16、957 61.153 132.162 18.750 3.2969 20.75869.50.6316 61.751 147.225 18.750 3.2969 30.75986.0729.5180.6379 61.855 149.992 18.750 3.2969 根据 表4 的试算结果可知，当h0 =0.759 m 时，流量 Q150m3s , 单宽流量 q=Qmaxb=1508=18.75 , 临界水深 hk =3.297 m , 所以h0 hk ,判定水面为陡坡 b2 降水型曲线。(2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线取起始断面水深 h=hk =3.297m 开始向泄槽下游推算，L泄=

17、67m , 分为10个断面，用这些断面的水深推算相邻两断面间的流长 Li ，最后的总流长 i=110Li 需等于L泄=67m 。根据公式计算下列参数：断面面积 A=bh , 断面流速 v=QmaxA , 断面比能 Es=v22g , Es=Es2-Es1 , 湿周 X=b+2h , 水力半径 R=AX , 谢才系数 C=1nR16 , 水力比降 J=v2C2R , j=0.5×( J1+J2) , 流段长度 Li=Es(i-J) , 其中 b=8 m , Qmax=150 m3s , 坡度 i = 0.25 。假设不同的水深进行试算，得其断面水深及两断面间的流长 Li ，试算过程及结

18、果见 “表5”。注意：当断面平均流速 v>7 ms 时，需考虑掺气水深 ha , 在掺气水深的基础上设计边墙高。（3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定h墙 =ha +A ( A为安全加高，取A=1m )所以墙高度计算按 h墙 =ha +1.5 计算计算结果见“表5” ；表5 - 泄槽水面曲线及边墙高度 推算断面序号假设h（m)流段编号底宽 bA (m2)X (m)R (m)Cv (m/s)v22g13.2969 12826.376 14.594 1.807 73.578 5.6871 1.6485 23.223825.600 14.400 1.778 73.376 5.8594 1.7499

19、 33.134824.800 14.200 1.746 73.159 6.0484 1.8646 42.9545823.600 13.900 1.698 72.816 6.3559 2.0590 52.756821.600 13.400 1.612 72.188 6.9444 2.4580 62.467819.200 12.800 1.500 71.328 7.8125 3.1109 72.0578816.400 12.100 1.355 70.132 9.1463 4.2638 81.689812.800 11.200 1.143 68.167 11.7188 6.9994 91.02191

20、088.168 10.042 0.813 64.411 18.3643 17.1891 101.020788.166 10.041 0.813 64.408 18.3697 17.1992 续：表5 - 泄槽水面曲线及边墙高度 推算断面比能Es水力坡降J 平均 Ji -JEslili掺气水深 ha（m）边墙加高(m)边墙高 (m)4.9454 0.003306 0.003446 0.246554 0.0044 0.0180 0.0180 3.2969 1.54.797 4.9499 0.003587 0.003750 0.246250 0.0147 0.0598 0.0778 3.2000 4

21、.700 4.9646 0.003914 0.004201 0.245799 0.0444 0.1808 0.2586 3.1000 4.600 5.0090 0.004488 0.005114 0.244886 0.1490 0.6083 0.8668 2.9500 4.450 5.1580 0.005741 0.006869 0.243131 0.3529 1.4515 2.3183 2.7000 4.200 5.5109 0.007998 0.010273 0.239727 0.8029 3.3493 5.6677 2.5875 4.088 6.3138 0.012549 0.01920

22、4 0.230796 2.2857 9.9034 15.5710 2.2375 3.738 8.5994 0.025860 0.062900 0.187100 9.6106 51.3661 66.9372 1.7875 3.288 18.2101 0.099940 0.099985 0.150015 0.0098 0.0654 67.0025 1.2085 2.709 18.2199 0.100030 1.2082 2.708 由 表5 计算的结果，泄槽边墙高度均做为距槽底4.8 m高。泄槽的横断面形式：如“图 5 泄槽6-6横断面”所示：四消能防冲设计本溢洪道所处地质条件一般，为节省消能防冲

23、设施的工程投资，在泄槽末端采用挑流式消能。溢洪道挑流鼻坎的形式采用连续式 （参考水力学P233页），挑流坎由连续面板与齿墙组成，挑流坎齿墙的结构形式用重力式（参考课本P101页）。1. 挑坎尺寸及参数拟定（1）鼻坎高程：下游河床高程为0 m , 挑坎顶部距下游河床4m ，即H坎 =4 m。（2）反弧半径R: R一般取（810）hc , 故取R=9hc ( hc 为反弧段最低点水深 )。（3）挑射角度：挑射角 =30°（较适当的挑射角为=15°30°，当45° 时，越大，空中挑距越大）2. 挑距离计算水舌挑距L 按下式计算：L=1g v12 sincos+

24、v1cosv12 sin2 +2gh1+h2坎顶水面流速v1 按鼻坎处平均流速v 的1.1倍计，即 v1=1.1v=1.12gH0 （ H0 为水库水位至坎顶的落差）h1 - 坎顶垂直方向水深， h1=hcos ( h 为坎顶平均水深 )；h2 - 坎顶至河床面高差， 如冲坑已经形成，可算至坑底； - 堰面流速系数，可按经验公式计算 =31-0.055K0.5 ； 【注： K为流能比，K=qgH01.5 , q为单宽流量，式用于K=0.0040.15范围内，当K0.15时，取=0.95 ；（参考水力学P232页）】 。( q=Qmaxb=1508=18.75 m3/(ms) , H0=H设-H

25、坎 =32-4=28 m , 所以K=18.759.81×281.5=0.0404045 ， =31-0.0550.04040450.5=0.89892052,故 v1=1.1×0.89892052×2×9.81×28=23.1762 m/s ; 取坎顶平均水深h 近似等于泄槽末端断面（10-10断面）的水深h10 =1.0207m 计算,所以h=h10=1.0207m ，故 h1=hcos30°=1.0207×32=0.884 m 坎顶至河床面高差h2 =4 m 。)所以水舌挑距 :L=19.81×23.1762

26、2×sin30°cos30°+23.1762×cos30°×23.1762×sin30°+2×9.81×0.884+4=54.745 m3. 最大冲刷坑深度 T计算（1）最大冲坑水垫厚度tk 按下式估算：tk=kq0.5H0.25式中 tk - 水垫厚度，自水面算至坑底； q - 单宽流量，m3/sm H - 上下游水位差 ； K - 冲坑系数，取k=1.6 。（ 单宽流量 q =18.75 m3/sm，下游水位取为河床高程0 m , 所以 H=H设-0=32-0=32 m ； k=1.6 。） tk=1.6×18.750.5×320.25 = 16.478 m ；最大冲坑水垫厚度tk求得后，根据河床水深可求得最大冲刷坑深度 T ，T= tk =16.478 m 。计算过程及结果见 “表