溢流坝段设计学习资料

1、溢流坝段设计一、孔口设计1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶 不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢 流面曲线采用WES曲线。1、设计依据溢洪道设计规范(SL 253-2002)2、基本资料调洪演算成果汇总表工况上游水位(m下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常605.00179.30572.83:设计609.451248.39576.29校核610.971831.76577.54有上述资料可得出Hmax=5.97m。

2、3、溢流曲线设计 溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中Hd为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头Hmax的75%到95%计算，本设计采用 80%倍的 Hmax，所以 Hd=4.78m。上游堰高 P=42m1.33Hd=6.35m,所以 本设计为高堰流量系数md=0.502。、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：0.282Hd=1.348mR1=0.50Hd=2.39m0.276Hd=1.319mR2=0.20Hd=0.956m0.175Hd=0.837mR3=0.04Hd=0.191m曲线参数计算表0.276Hd-F2=3R3=0.04Hd0.282Hd2）、下游曲线段下游曲线

3、段计算公式为:kHd式中：Hd为堰面曲线定型设计水头；x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标；n与上游堰坡有关；k当Pi/Hd1.0时，k值由规范查取，当Pi/Hd三1.0时，k取2.0到2.2 上游堰坡垂直，所以由规范查的 n=1.85; Pi/Hd=8.81.0,所以由规范查的 k=2.0。综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：0.51.85x0.501.001.502.002.503.003.504.004.50y0.0370.1320.2800.4770.7211.0101.3431.7192.137x4.004.505.005.506.006.507.007.508.00y1.7192.

4、1372.5973.0983.6394.2204.8405.4996.197Hd经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示:3）、中间直线段直线段与曲线段的切点计算如下所示：dy 1.85x0.8510.85dx2Hd0.7代入数据计算可得：xt 7.97myt 6.154m4）、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=（410）h。，式中h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取579.00m （下游最高水位577.54m）。反弧段最低点流速：v 2gH式中：为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为:(1 0.055/kE0.5)1/

5、3(1 0.055/ 0.2778)1/3 0.93则v ,.2gH00.93 .2 9.81 (610.97579)23.29m/s水深h1836.761.55mvB 23.29 51反弧段半径R=（41O）ho，本设计反弧段流速为23.29m/s16m/s,但流速也 不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切， 所以取R=6.42h0=9.95m 综上所述，溢流面初步拟定的剖面如下图所示：堰顶高程605m鼻坎高程579m地基高程563m4、消能防冲设计本设计米用挑流消能，挑流鼻坎米用连续式鼻坎；挑射角规范要求在20? 到35?之间，本设计取挑射角B =30?反弧段半径R规范要求取（410）

6、 h。， h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深；鼻坎高程规范 要求高于下游最高水位12m，本设计下游最高水位577.54m，鼻坎高程取 为 579.00m。1）、挑射距离计算由于冲坑最深点大致落在水舌外缘的延长线上，故跳射距离可按下式 估算：Lv1 sin cosv1 cosg式中：L为水舌挑射距离；V1为坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速 v的1.1倍计，即:1.1. 2gH式中：H0为库水位至坎顶的落差，为堰面流速系数；h1为坎顶平均水深在铅直方向的投影，即h1=hcosB;h2为坎顶至河床面高差。由上面计算可得 v=23.29m/s,所以 V1=1.1 23.29=25.62

7、m/s ；h1=1.55cos 9 =1.34m； h2=579-563=16m；把这些数值代入挑射距离的计算公式有:L=68.79m2）、冲坑深度计算最大冲坑深度的数值与很多因素有关，特别是河床的地质条件，目前 估算公式很多，设计规范推荐按下式计算：tkq0.5H0.25式中:tk为冲坑深度；q为单宽流量；H为上下游水位差；a为冲刷系数根据 规范本设计取为0.8。代入数值计算得：tk=11.54mL/tk=5.965，不会对坝体安全造成威胁所以满足挑流设计要求。5、底孔设计底孔主要作为排沙孔，也有宣泄洪水、防空水库的功能。底孔设在非溢 流坝段，进口中心线高程580.00m,空口尺寸3X3m。

8、本设计底孔为有泄进 水孔，包含进口段、空身段和出口段。工作闸门布置在出口，闸门采用平 板闸门。事故检修闸门设在进口段之后，检修闸门也采用平板闸门。1）、进口段进口段曲线应满足下列要求：减小局部水头损失，提高泄流能力； 控制负压防止空蚀。进口曲线常采用 1/4椭圆，其方程为：2 2xy_ 1A2（ A）2椭圆长轴（x轴）多与孔轴平行。对于矩形断面的泄水孔的顶面曲线，A为孔高，a采用1/31/4；空口两侧壁曲线也用椭圆曲线，A为孔宽，a采用1/4; 进口段底部边界线采用圆弧。进口段的中心线，一般布置成水平。根据上 述要求，进口段顶面a取1/3,其曲线方程为：两边侧壁的曲线方程为:2 2x y90.

9、56252）、空身段空身段采用圆形断面，直径为 3m。3）、渐变段本设计有压泄水孔断面为圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便 水流平顺过渡，防止负压和空时产生。渐变段可采用在矩形的四个角上加圆弧的办法过渡，本设计工作闸门不知在出口，所以在出口段也需要设置 渐变段。渐变段工作复杂，不宜太长，一般采用洞身直径的1.52倍，边壁收缩 率在1:51:8之间。在坝身有压泄水孔末端，水流从压力流突然变成无压流，引起出口附近压力降低，容易产生顶部负压，所以在出口常设1:101:5的斜坡，面积收缩率为0.850.90b根据上述要求，渐变段长度取洞身长度直径的1.5倍，L=4.5m;边壁收缩率1:8；出口段顶

10、部设1:10的斜坡，面积收缩率为0.85。6、水面线计算1）、堰顶部分Ls,isin坝顶头部水面线坐标X/H d和Y/H d可查水工设计手册第六卷.泄水与 过坝建筑物P6-181表27-2-5进行插值计算。Hd=4.78m, H/Hd=1.25,具体 计算过程如下表所示：X/HdY/HdXYH/Hd=1.00H/Hd=1.33-1-1.166-4.780-5.573-0.950-1.235 :-0.8-1.153-3.824-5.511-0.940-1.221-0.6-1.141-2.868 :-5.455-0.929-1.209-0.4-1.148-1.912-5.488-0.930-1.2

11、18-0.2-1.167-0.956 :-5.577-0.925-1.2440-1.0240.000-4.897-0.779-1.1030.2-0.8780.956 :-4.195-0.651-0.9500.4-0.7541.912-3.605-0.545-0.8210.6-0.6252.868-2.988-0.425-0.6890.8-0.4853.824-2.318-0.285-0.5491-0.3244.780-1.549-0.121-0.3891.2-0.1475.736-0.7010.067-0.2151.40.0616.6920.2920.286-0.0111.60.2847.64

12、81.3570.5210.2081 80 2938 6041 4020 7790 138坝头部水面线计算表2）、直线部分的不掺气水面线求解切点坐标（Xt，Yt）已经确定为（7.97, -6.154）。求曲线长度Lc,t,查水工设计手册第六卷泄水与过坝建筑物图 27-2-5,得 Lc,t/Hd=2.08，所以 Lc,t=9.94m。求直线段长度Ls,从切点到直线上任意一点（Xi , yi）的距离计算公 式为：Y Y式中:si n=0.82。从堰顶曲线起点到点(Xi, yi)的距离L=Lc,t+Ls,i。列表计算如下所示：计算边界层厚度。公式为：YiYtsin aLs,iLc,tL6.156.15

13、0.820.00；9.94r 9.9410.157.006.150.821.039.9410.970.168.006.150.822.25：9.94M2.190.189.006.150.823.479.9413.41 0.1910.006.150.824.69：9.94：14.630.2111.006.150.825.919.9415.850.2212.006.150.827.139.9417.070.2413.006.150.828.351 9.9418.290.2514.006.150.829.579.9419.510.2715.006.150.8210.79：9.9420.730.281

14、6.006.150.8212.019.9421.950.3017.006.150.8213.23：9.9423.17 :0.3118.006.150.8214.459.9424.390.3319.006.150.8215.67p.9425.61 10.3420.006.150.8216.899.9426.830.3621.00 16.150.8218.109.9428.04 10.3722.006.150.8219.329.9429.260.3922.836.150.8220.349.9430.280.400.02() 0.1，式中 K取0.45 mmLK边界层厚度计算表势流水深hp试算，试算

15、公式为：H Y hp cos失算过程如下：对于每一个 Yi,假定一个hp,通过计算得到另一个hp值, 再将得到的数值代入，依次进行下去，直到获得两个相等的数值为止。现 以Yi=6.154为例，试算如下表所示：YihphpA2*cos d(H+Yi)qA2/2ghp(H+Yi)hp差值6.1543.0000.4261.8082.2340.7666.1542.2340.2362.4282.664-0.4306.1542.6640.3362.0362.3720.2926.1542.372 10.2662.2872.553 1-0.1816.1542.5530.3092.1252.4330.1206.

16、1542.4330.2802.2292.510 1-0.0766.1542.5100.2982.1612.4600.0506.1542.4600.2862.2052.492-0.0326.1542.492 :0.2942.1772.471 :0.0216.1542.4710.2892.1952.484-0.0146.1542.484 :0.2922.1832.476 :0.0096.1542.4760.2902.1912.481-0.0066.1542.4810.2912.1862.4780.0046.1542.478 :0.2912.1892.480 :-0.0026.1542.4800.2

17、912.1872.4780.0026.1542.478 :0.2912.1892.479 1-0.0016.1542.4790.2912.1882.4790.0016.1542.4790.2912.1882.4790.000势流损失hp试算表由上表可以看出，Yi=6.154时，hp的试算结果为2.479。按照这样的方法, 最终的试算结果如下表所示：YihphpA2*cos c/(H+Yi)qA2/2ghp(H+Yi)hp6.152.4790.2912.1882.4797.002.3810.2512.1302.3808.002.2790.2132.0662.2799.002.1900.1842.

18、0062.19010.002.1110.1601.9512.11111.002.0400.1411.9002.04012.001.9760.1251.8521.97713.001.9180.111 ”1.807M.91914.001.8660.1001.7651.86515.001.8170.0901.7261.81616.001.7710.0821.6901.77217.001.7300.0751.6551.73018.001.6910.0681.6221.69119.001.6550.0631.591r1.654 :20.001.6210.0581.5621.62021.001.5890.

19、0541.5351.58822 001 5580 0501 5091 55922.831.5350.0471.4881.535正交于坝面的坝面水深h=hp+0.18 S,所以将上述计算综合得出正交于坝面 的坝面水深h如下表所示：Yihp0.18Sh6.1542.479r 0.1460.0262.5057.0002.3800.1590.0292.4098.0002.279:0.1750.0322.3119.0002.1900.1910.0342.22410.0002.111 :r 0.2070.0372.148 11.0002.040:0.2220.040r 2.08012.0001.9770.2370.0432.01913.0001.919:0.2530.045r 1.964 114.0001.865；0.2680.0481 1.91315.0001.8160.2830.0511.867 ”16.0001.7720.2980.054