#重力坝计算参考

1、目录第一章调洪演算 错误！未定义书签。第二章非溢流坝设计计算 1坝高的计算 1坝挡水坝段的稳定及应力分析 2第三章溢流坝设计计算 9堰面曲线 9中部直线段设计 9下游消能设计 10水力校核 11WES 堰面水面线计算 13第四章放空坝段设计计算 17放空计算 17下游消能防冲计算 18水力校核 19水面线计算 21第五章电站坝段设计计算 23基本尺寸拟订 23第六章施工导流计算 26河床束窄度 26一期围堰计算 26二期围堰高程的确定 27附录一经济剖面选择输入及输出数据 30附录二坝体的稳定应力计算输入输出数据 34 附录三调洪演算源程序及输入数据 44/ 50第二章 非溢流坝设计计算坝高的

2、计算坝顶高出静水面h=2h1+h0+hc2h1波浪高度校核时， V=16m/s 2h1=0.0166V5/4D1/3=0.0166165/40.5 1/3 =0.42m设计时， V=24m/s2h1=0.0166V5/4D1/3=0.0166245/40.5 1/3 =0.70mh0波浪中心线高出静水位高度0.8 0.8校核时， 2L1=10.4(2h10.8=10.40.42 0.8 =5.21mh04 h122L10.11m设计时， 2L1=10.4 (2h 10.8 =10.4 0.70 0.8 =7.81mh04 h122L10.20mhc安全超高，等知：校核时， hc=0.3m；设计

3、时， hc=0.4m。由以上可得坝顶超高为：校核时 h=2h1+h0+hc=0.42+0.11+0.3=0.83m设计时h=2h1+h0+hc=0.70+0.20+0. 4=1.30m则 确定坝顶高程为：校核时Z 坝顶=324.7+0.83=325.53m设计时Z 坝顶=324.5+1.30=325.80m取其中大者即 325.80m, 作为坝顶高程如图 2-1 所示）。非溢流坝剖面尺寸确定建基面开挖到弱风化层上部，最低建基面高程为Zj =305.50m，坝体高度1 / 50H Z D Z j 325.80 305.50 20.30m坝顶宽度：非溢流坝顶宽度为 3m，溢流坝顶交通桥宽度为 2.

4、5m。坝坡的确定 : 根据项目经验，上游采用垂直面，下游坝坡按坝底宽约为坝高的 0.70.9 倍，挡水坝段采用 1:0.75 ，溢流坝段亦采用 1:0.75 。 下游折坡点高程 321.80m，距坝顶 4m。坝挡水坝段的稳定及应力分析2.3.1 手算部分 单位：吨?M） 1）基本原理及计算公式 抗滑稳定分析主要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。 主要计算方法有两种：抗剪断强度公式 Ksh）抗剪强度公式 Ksl ）。此项目属于大 一） 型项目，因此采用抗剪断强度公式。抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数为： K=f （ V U） cAK=H式中 f 抗剪断摩擦系数； c 抗剪

5、断凝聚力； KN/m2 A滑动面面积； m2U作用于滑动面上的扬压力； H作用于滑动面上坝体的力在水平方向的投影的代数和； V作用于滑动面上坝体的力在垂直方向的投影的代数和。设计的坝体断面需要满足规定的应力条件：在基本荷载组合下，重力坝坝基面的最 大垂直正应力应小于坝基允许压应力，最小垂直正应力应大于零；对于坝体应力，在基 本荷载组合下，下游面最大主压应力不大于混凝土的允许压应力值，上游面的最小主压 应力应大于零。/ 50图 2-2 坝体荷载示意图2）计算工况在这里分两种工况进行计算：设计洪水位 +扬压力；设计洪水为 +扬压力。 3）基本资料坝基高程： Zj=305.5 坝顶高程： Zd=32

6、5.8 坝顶宽度： B=3下游折坡点： Zdz=321.8 坡度： m=0.75淤沙高程： Zs=307.5水的容重： 0=10混凝土容重： c=24泥沙浮容重： s=4渗透折减系数： =0.25设计时，浪高： hl=0.70 浪长： ll=7.81 波浪中心高： zl=0.20上游水位： zu=324.5 下游水位： zd=305.8校核时，浪高： hl=0.42 浪长： ll=5.21 波浪中心高： zl=0.11上游水位： zu=324.7 下游水位 zd=306.0/ 50抗剪断摩擦系数： f =0. 68 抗剪断凝聚力： c =330 坝基长度： L=6力臂 (L设计校核设计校核W1

7、=(Zd-Zj ?B? c1461.606.112512W2= ? (Zdz -Zj 2?m? c22391.210.5375W=W1+W23852.81扬 压 力1U1= ?Lp(zu -zj+ ? (zu -zd+(zd- zj? 0 2299.688304.625-13.904-13.8961U2= (l-lp (zu-zd+2(zd- zj? 2322.434346.8843.3413.382U=U1+U2622.122651.509上 游 水12P1= (zu-zj 2? 0 218051862.45-14.433-14.71泥 沙12P4= (zs-zj 2? s28-5.167下

8、 游 水12P3= (zd-zj 2? 0 20.451.253.5273.7112 P2= (zd-zj 2?mc20.3380.938-17.027-15.488浪 压 力llll ll 2(2 hl zl) 2(2)2Pl 22 0 2 02217.5736.903-43.36-44.13总 和水平力 H=P1+P4-P3+Pl1830.1231876.103铅直力 V= W+P23853.1483853.748注：力臂和力矩同号 逆时针为正)3.0 H校核时： K f ( V U ) c A 3.8392.5H均符合稳定要求。6)应力分析/ 50垂直正应力 yu 和ydydWTWT6M

9、T26MT2 式中： W作用在计算截面以上全部荷载的垂直分力总和设计时： W=V-U=1372.59。校核时： W=V-U=1357.76。M作用在计算截面以上全部荷载的对截面形心的力矩总和。设计时： W=P?L=-7445.75 。校核时： W=P?L=-7912.79 。T坝体计算截面沿上下游方向的长度， T=l=36.169 。带入求得： 设计时： yu=3.80 yd=72.10校核时： yu=1.25 yd=73.83均未出现负值 n=(43.3-3.80-43.3 0.3=1.14d =( yd+ p udpm=(72.10+10.58-10.58 0.7=50.47校核时： u=

10、(p- yu-p uun=(44.13-1.25-44.13 0.3=0.375d =( yd+ p udpm=(73.83+11.13-11.13 0.7=51.681 水平正应力 xu, xd设计时 :22 xu=n =(43.3-43.3-(43.3-3.80-43.3 0.3 =0.3422 xd=m2=(10.58-10.58-(72.10+10.58-10.58 20.7 2=35.329校核时：xu=n2=(44.13-44.13-(44.13-1.25-44.130.32=0.11252xd=m=(11.13-11.13-(73.83+11.13-11.13 0.7 2=36.

11、177第一主应力 p1u, p1d 设计时 :/ 502 2 2 2 p1u= yu(1+n 2-(p-p uun2=3.8(1+0.3 2-(43.3-43.30.3 2=4.412 p1d= yd(1+m2- (p -p udm2=73.83(1+0.7 2-(10.58-10.580.7 2=110.0 校核时:2 2 2 2p1u=yu(1+n 2-(p-p uun2=1.25(1+0.3 2-(44.13-44.130.3 2=1.3625 p1d= yd(1+m2- (p -p udm2=72.10(1+0.7 2-(11.13-11.130.7 2=107.429 第二主应力设计

12、时 : p2u=p-p uu=43.3-43.3=0 p2d=p -p uu=10.58-10.58=0校核时: p2u= p-puu=44.13-44.13=0 p2d=p -p uu=11.13-11.13=05)成果分析 由以上可以看出坝体边缘应力状态良好，未出现拉应力的情况。2.2.2 电算部分 其中单位均为吨?M) 1)计算工况：正常洪水位 +扬压力；设计洪水位 +扬压力；校核洪水位 +扬压力 2)输入及输出数据参见附录二3)计算结果整理及分析。将计算结果整理如表 2-2 所示。表 2-2 应力计算 电算）成果整理表计算工况 : 正常水位 +扬压力高程xyxy12minmaxminm

13、axminmaxminmaxminmax172.67015.838.432.31022.628.448.1400.31165011.3821.2923.23016.2621.2934.6207.51158016.2321.9633.13023.1949.3721.96011.90151021.170.222.48032.1221.6968.36016.13143029.1715.5359.52-3.6441.6616.6288.68014.371366.5432.969.9767.27-1.1347.0910.31100.23010.84计算工况 : 设计水位 +扬压力高程xyxy12minm

14、axminmaxminmaxminmaxminmax172.67018.741.4338.24026.771.4356.9800.76165014.4814.2529.54020.6814.2544.0200.95158019.5014.6639.80027.8614.6659.30011.431510.225.8714.2052.79036.9514.278.66014.531433.8931.668.8064.61-1.6245.239.2996.27010.99/ 501365.9635.453.5572.350.8050.656.2107.8008.51计算工况 : 校核水位 +扬压力

15、高程xyxy12minmaxminmaxminmaxminmaxminmax172.67017.982.3136.70025.692.2154.6800.93165014.6513.4329.90020.9313.4344.5507.78158020.2312.7741.29028.9012.7761.52011.081510.226.9511.6454.99038.4911.6481.94013.471433.6432.536.0266.39-0.746.476.2698.9209.271365.7236.380.8374.251.6151.986.2110.640.347.27注： max

16、 代表最大值； min 代表最小值；表中单位均以吨 .M 计并绘制应力分布图及主应力分布图如图 2-3 和 2-4 。从以上成果及程序的输出结果中可以看出坝体内部应力条件良好：没有出现应力 为负值的，即拉应力的情况，也没出现压应力超过混凝土极限承载能力的情况。图布分力应主4-2图/ 508 / 50第三章 溢流坝设计计算3.1 堰面曲线溢流坝顶部溢流曲线，应使水流平顺的通过堰顶，在堰面不产生过大的负压，溢流能 力较大。我国先行规范推荐采用 WES曲线，其曲线方程 =7.37 则 WES曲线为1.85 1.85x x 1.85 y 0.85 0.850.0915 x2H s0.852 7.370

17、.85WES曲线原点上游采用 1/4 椭圆曲线，其方程为：x 2(b hs y)2 1(a hs)2(b hs )21式中： a,b 因为上游面垂直，所以， aa=0.3, b 0.1780.78 3 ahs定型设计水头，在这里为 7.37m 所以带入得椭圆曲线方程为2x2.212(y 1.31)21312图 3-2 堰顶椭圆体型3.2 中部直线段设计溢流坝的中部为直线段，要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合，上端和9 / 50堰顶曲线相切，下端和反弧相切，坡度和非溢流坝保持一致，为1： 0.7 。其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。下面求 WES曲线和直线段切点。因为曲线

18、和直线相切，那么切点处 WES曲线的导数的值为 1/0.7 。对 WES求导，y=（0.0915x 1.85=0.169x 0.85=1/0.7由此求得切点位于 （12.3,9.5下游消能设计 1）消能形式：连续式的挑流鼻坎； 2）要求结果：挑射角、鼻坎高程、反弧半径； 3）基本要求：连续式的挑流鼻坎的挑射角，根据我国的项目实践经验，以20 25为宜，定采用 25的挑射角。鼻坎高程以高于下游水位 1 2M为宜。初可将坎底最底点高程定为下游最高水 位，即下游校核水位 147.13M，可以保证鼻坎的高程高出下游水位少许。鼻坎反弧段半径 R以 812 倍的 hc 为宜，hc 为鼻坎上的水深，定为 R

19、=8hc. 4）计算过程：下面求鼻坎最低点处的水深。 建立该坝段水流的能量方程 图中 0-0 至 1-1 断面）：E0hc2vc2g 2较180.13较147.13图 3-3 溢流坝能量分析简图/ 50式中： E0 =180.13-147.13=33m 流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面，取为0.95Vc该断面流速 hc该断面处水深带入得：33 hc22 9.8 0.95 2Vc断面流速式中：q该处单宽流量， q=Q/B=2110.66/=147.13+17.21 1-cos25）=147.13+1.61=148.74m高出下游水位 1.61M，满足要求。 综上，拟订的挑流消能的鼻坎型式为

20、连续式鼻坎；反弧半径R=17.21m；挑射角度 =25；鼻坎高程顶部 148.74m。水力校核1）计算工况：校核工况和设计工况。2）基本原理： 鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全，常用冲坑上游坡做为标准，即：式中 t k冲坑深度 M）；L冲坑最深深度距建筑物距离；/ 50i 冲坑上游坡；i c安全临界坡，可取 1/3 1/4 3)计算过程校核情况下 挑距计算：sin cos v1 cos v12 sin2 2g(h1 h2)式中： L水舌抛距，按水舌外缘计算 m)v1 坎顶水面流速，v1 1.1v 1.1 2gH 0 1.1 0.95 2 9.8 31.39 25.92m

21、/s 鼻坎挑射角， =25q 鼻坎处的单宽流量， q=50.25m3/sh1坎顶垂直方向水深， h1=hc/cos =2.15/cos25=2.37m h2坎顶与河床间的高差， h2=148.74-136=12.74m 带入计算得： L=75.15m冲刷坑计算：0.5 0.25t k 1 q H式中： 1 冲坑系数，因为该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0q单宽流量， q=50.25H 上下游水位差， H=180.13-147.13=33m带入计算：t k=1.0 50.25 0.5 330.25=16.99m0.23 1冲坑上游坡t k 16.99 iL 75.15满足要求设计情况下挑距计算：1

22、(v12 sin cos v1 cos gsin22g(h1 h2 )/ 50式中： L水舌抛距，按水舌外缘计算 m）v1 坎顶水面流速，v1 1.1v 1.1 2gH0 1.1 0.95 2 9.8 32.72 26.464m / s 鼻坎挑射角， =25q 鼻坎处的单宽流量， q=43.59m3/sh1坎顶垂直方向水深， h1=hc/cos =1.82/cos25=2.01m h2坎顶与河床间的高差， h2=148.74-136=12.74m 带入计算得： L=77.167m冲刷坑计算：0.5 0.25 t k 1 q H式中：1 冲坑系数，因为该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0q单宽流量，

23、 q=43.59H 上下游水位差， H=179.3-146.58=32.72m 带入计算：t k=1.0 43.59 0.5 32.72 0.25=15.791m冲坑上游坡15.7910.21 177.167满足要求。4）成果分析 在校核和设计两种工况下，前面设计的消能可以满足安全要求。WES 堰面水面线计算1）水面线计算的目的 闸墩高度的设计、导墙高度、弧形闸门门轴高程的确定都需要知道溢流面的水面 线。=7.37m。/ 50 校核水位： 180.13m。对应下泄流量： Q=2110.66m3/s 。 要求计算校核水位情况下的水面线。3)计算过程 在这里使用水工设计手册 6泄水与过坝建筑物 以

24、下简称手册 6)中提 供的计算水面线的方法。不掺气水面线头部的计算 该堰为高堰，采用手册 6表 27-2-4 计算。堰上水深 H=180.13-170.92=9.21 ，则 H/Hd=9.21/7.37=1.25 。该表中无相应的数 据，采用内插法予以补充如表 3-1 中第 4 列所示。表 3-1 水面线头部计算H/Hd1.001.331.25x/Hdy/HdHdxy-1-0.94-1.23-1.167.37-7.37-8.55-0.8-0.93-1.22-1.157.37-5.90-8.45-0.6-0.91-1.19-1.137.37-4.42-8.30-0.4-0.89-1.16-1.1

25、07.37-2.95-8.08-0.2-0.85-1.12-1.067.37-1.47-7.790-0.80-1.07-1.017.370.00-7.410.2-0.74-1.02-0.957.371.47-6.980.4-0.65-0.94-0.877.372.95-6.430.6-0.54-0.85-0.777.374.42-5.690.8-0.39-0.73-0.647.375.90-4.741-0.20-0.56-0.487.377.37-3.511.20.02-0.36-0.277.378.84-1.971.40.27-0.10-0.017.3710.32-0.091.60.520.

26、170.267.3711.791.891.80.860.470.567.3713.274.13注：表中 x,y 为水面线的横纵坐标，坐标系如图 3-4 所示。整个坝面 /sina式中， Yt切点纵坐标 ,为 9.5 ；a直线段坝面与水平方向的夹角，为 55； 从堰顶曲线起点到计算点 (Xi ,Yi 的坝面距离： L=Lc,t +Ls；计算边界层厚度 ：按 Bauner公式计算， =0.024L(L/K -0.13 ,式中，/ 50K坝面粗糙高度，对于混凝土坝面，建议取 0.427 0.691 ，这里取 0.5 ； 计算单宽流量，对于闸墩内 (Xi ，q=Q/36=58.63 m3/s 。对于闸

27、墩外部(Xi14.05,q=Q/(36+6=50.25 m 3/s ； 按下式，推求势流水深 hp。 H+Yi =hpcosa+q2/2gh p2 ； 正交于坝面的水深为 h=hp+0.18 。按照上述计算过程将计算列于表 3-2 。表 3-2 坝面不掺气水深计算分段XiYi斜率 Xi /HdLc/Hd LcLsLqhphWES段1 6.002.520.78 0.811.08 7.965.640.1058.634.67 4.6928.004.290.99 1.091.30 9.587.260.1258.634.06 4.08310.006.481.20 1.361.37 10.107.780.

28、1358.633.62 3.64412.009.081.40 1.631.60 11.799.470.1658.633.27 3.30512.309.501.43 1.671.85 13.6311.310.1858.633.23 3.26直线段6 14.0011.931.4313.632.97 14.280.2258.633.00 3.047 16.0014.791.4313.636.46 17.770.2750.252.39 2.43注：表中单位均为国际单位。 掺气及波动水深计算当弗氏系数 Fr2 时 Frgq h ，应考虑波动几掺气后水面升高的影响。掺气水深公hb=h(1+ v/100 式

29、中h，hb掺气及波动前、后水深 ； 修正系数，一般为 1.0 1.4 。采用 1.2 。 计算过程整理如表 3-3 所示表 3-3 掺气及波动水深计算XiYiqhFrhb6.002.5258.634.691.495.398.004.2958.634.081.794.7910.006.4858.633.642.064.3512.009.0858.633.302.334.0112.309.5058.633.262.363.9714.0011.9358.633.042.583.7516.0014.7950.252.433.523.0517.1616.4550.252.353.662.97/ 503-

30、4 所示的水面线4）成果整理 将上述的计算结果整理并绘制，得到如图校180.13170.92图 3-4溢流坝水面线16 / 50第四章 放空坝段设计计算放空计算 1）放空要求 放空形式：从正常水位放空到死水位；从正常水位放到溢流堰顶为表孔和深孔联合泄 水；从溢流堰顶到死水位为深孔单独泄水。要求在 40 天内放空。放空时段拟选在最枯时段 1 4 月）。 防空时需考虑河流的来流量。2）基本资料多年月平均来流量 见说明书表 2.3.1 ）；水位库容曲线 见蓝图） 堰顶高程： 170.92 ； 表孔尺寸：三孔，宽 12M； 深孔尺寸：一孔， 3.5 4；孔中心线高程： 153；坝基高程： 136 正常

31、水位： 178.0 死水位： 166.28 3）计算过程将放空过程分为若干小段 17 / 50均水头均水头正1781.37E+09177.51.34E+096.831365.53524.75277.51481570.5519101.591.91E+041751.14E+095.33941.3748423.25268.97391137.849180164.61.80E+05172.59.55E+082.83364.2096320.75254.1017545.8114329784.33.30E+05顶170.928.35E+080.7953.71708218.71241.2879222.50495

32、39313.95.39E+051707.95E+080017.46233.0884160.58842490842.49E+05167.56.40E+080015.75221.3802148.88021.04E+06死166.285.75E+080013.89207.8977135.3977480067.24.80E+05注：流量和库容的单位分别为 m3/s ， m3总共所花费时间： 2838621 秒，折算为 32.8540）天。 4）结果分析孔口尺寸为 3.5 4，孔中心高程 153的放空孔，在 14 月进行放空，可在 32.85 天内完成，完全满足 40 的要求。下游消能防冲计算 1）消能

33、形式：连续式的挑流鼻坎； 2）要求结果：挑射角、鼻坎高程、反弧半径； 3）基本要求：连续式的挑流鼻坎的挑射角，根据我国的项目实践经验，以20 25为宜，定采用 20的挑射角。鼻坎高程以高于下游水位 1 2M为宜。初可将坎底最底点高程定为下游最高水 位，即下游校核水位 147.13M，可以保证鼻坎的高程高出下游水位少许。鼻坎反弧段半径 R以 410 倍的 hc 为宜，hc 为鼻坎上的水深，定为 R=6hc. 4）计算过程 求鼻坎最低点处的水深。根据水力学知识建立坝段水流的能量方程为：2E=hc+Vc2/2g 2式中:E0 =180.13-147.13=33m流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面

34、，取为 0.95 Vc该断面流速 hc该断面处水深 则：/ 5033 hc22 9.8 0.95 2Vc断面流速 式中： q该处单宽流量83.015Vcq h 2 g H2 0.9 4 2 9.8 (180.13 153) 83.015m 3 / shc联列、两式解得：Vc=22.788m/shc=3.643m则反弧段半径为R=6hc =6 3.643=21.86m该反弧上游必须和无压段的抛物线衔接并相切。根据以上做图，鼻坎最高点高程为148.85 ，高出下游最高水位 147.13）1.72M，满足高出下游最高水位 1 2M的设计要 求。水力校核1）计算工况：校核工况和设计工况。2）基本原理：

35、鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全，常用冲坑上游坡做 为标准，即：tkiiL式中 t k冲坑深度 M）；L冲坑最深深度距建筑物距离；i 冲坑上游坡；i c安全临界坡，可取 1/3 1/43）计算过程校核情况下挑距计算：/ 501 2 2 2L(v1 sin cosv1 cos v1 sin2g(h1 h2)g式中： L水舌抛距，按水舌外缘计算 m)；坎顶水面流速，v1 1.1v 1.1 2gH0 1.1 0.95 2 9.8 (180.13 148.85) 25.88m / s ； 鼻坎挑射角， =20；q 鼻坎处的单宽流量，q h 2 g H0 0.9 4 2 9.8

36、(180.13 153) 83.015m3 /s； h1坎顶垂直方向水深， h1=hc/cos =3.643/cos20=3.76m ； h2坎顶与河床间的高差， h2=148.85-136=12.85m； 带入计算得：L=71.832m。1q0.5H0.25冲刷坑计算：带入计算：0.304L 71.832 3式中： 1 冲坑系数，因为该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0 ；q单宽流量， q=83.015；H 上下游水位差， H=180.13-147.13=33m；t k=1.0 83.015 33 =21.838m；冲坑上游坡满足要求 设计情况下 挑距计算：L(v12 sin cos v1 co

37、s v12 sin22g(h1 h2)g式中： L水舌抛距，按水舌外缘计算 m)坎顶水面流速，v1 1.1v 1.1 2gH0 1.1 0.95 2 9.8 (179.3 148.85) 25.529m / s/ 50鼻坎挑射角， =20 q 鼻坎处的单宽流量， q h 2 g H0 0.9 4 2 9.8 (179.3 153) 81.735m3 /s；h1坎顶垂直方向水深， h1=q/v 1=83.015/25.529=3.764m h2坎顶与河床间的高差， h2=148.85-136=12.85m 带入计算得： L=69.759m冲刷坑计算：0.5 0.25t k 1 q H式中： 1

38、冲坑系数，因为该枢纽地基岩石完整坚硬，取 1.0 q单宽流量， q=81.735H 上下游水位差， H=179.3-146.58=32.72m 带入计算：t k=1.0 43.59 0.5 32.72 0.25=15.791m冲坑上游坡tk15.791L 69.7590.23 14满足基本要求水面线计算1)水面线计算的目的 深孔中孔顶板高度、导墙高度、闸门门轴位置的确定都需要知道水面线的情况2)水面线计算的基本原理 基本原理是水力学的能量平衡方程。分别在坝前和计算截面处建立能量断面，建立能量方程2E=hccosa+Vc /2g 2式中 :E0 =178-151+y=27+y；流速系数，对于该枢

39、纽为中等长度的溢流面，取为 0.95 ；Vc该断面流速； hc该断面处垂直方向上水深；a 曲线切线和水平方向的夹角。/ 5083.015 。又有 hc=q/Vc，将这两方程联列即可求得该处垂直水深，其中单宽流量为 Yi(m角度水深 h(m流速 V(m/s10003.9321.1124.250.184.843.91921.19310.611.1211.923.84321.61415.242.3116.873.75322.13518.683.4703.67122.62615.072.2616.03.75622.11714.72.15203.76422.06第五章 电站坝段设计计算基本尺寸拟订1）基

40、本资料水轮机型号： ZZ440压力钢管直径：4.5m最大引用流量80m3/s相应下游水位 :140.79/2-140.79=31.35m设计水头：Hr=Ha0.95=29.78m2）转轮直径的确定转轮直径为：D NrD19.81 Q1 H3r /2式中：Nr额定出力， 24000kw。Hr设计水头， 29.78m；Q1,单位流量、效率。在 ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图水力机械图 3-10 ）上查得工况点 n10 =115, =0.45 ） 对应的 Q1 =1205L/s, m=86.2%,由此确定水轮机效率 =0.895 。综上确定转轮直径D124000 3/2 3.74m9.81 1

41、.205 29.783/2 0.895选用与之接近而偏大的标准直径 D1=3.8M3）转速和气蚀系数的确定转速nn10Ha115 31.35D13.8172.2r / min/ 50取标准偏大的标准同步转速为 187.5r/min气蚀系数n1r187.52 3.7429.78178.52r /minQ1max24000 32 3 /2 1.20m /s9.81 3.742 29.783 /2 0.895 在 ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图 水力机械图 3-10 )上查得工况点 n1r =178.52, Q1 max =1.20 ）的对应的气蚀系数为 =0.42 设计水头 Hr=29.78

42、m 对应的气蚀系数修正值 =0.04 4)安装高程的确定安装高程为T 下 min H s b02Hs 10.0 ( ) H900式中： T安装高程；下 min水电站下游设计最低水位， 140.79m；b0导水叶高度， ZZ440型水轮机相对导叶高度为 0.375 ，则b0=0.375D1=0.375 3.8=1.425m ；Hs吸出高，水电厂房所在地点海拔高程，初拟时为为下游平均水位高程：145.69m；气蚀系数为 =0.42 ；气蚀系数修正值 =0.04 。H设计水头， 29.78M。145.69Hs 10.0 (0.42 0.04) 29.78 3.86m 4m900 满足允许吸出高的要求

43、 Hs=-4 )。综上有：1.425T 140.79 3.86 137.64mT2D1，这里拟订 L=3.5D1=3.5 3.8=13.3M。6）发电机层楼板高程要求保证下游设计洪水不会淹没厂房，一般比下游最高水位高出0.5 1M。取0.8M，即该高程为 147.13+1=148.13 。7）厂房主体尺寸确定坝后式厂房机组段长度约为转轮直径的 4倍左右，即 L1=4D1=43.8=15.2 ，取15M，并以此作为一个厂房坝段的宽度为 15M； 端机组段长度需要考虑其他一些设备的安装要求，初拟L2=17M；安装场宽度拟订为 L3=16M。由上有，厂房的长度为 L=2L1+L2+L3=63m。/

44、50第六章 施工导流计算河床束窄度从地形图可知，河床底部宽度108M ，于是可将纵向围堰修在深孔左侧，距离左岸44.5m处。因为两岸坡度大致相等。大致计算河床束窄度： K= A1/ A2=44.5/108 =41.2%一期围堰计算一期围堰为低水围堰，其高程可按下式计算：Hu=Zd+ Z+Hd= Zd+式中： Zd下游水位，由相应的施工期流量查水位 流量曲线得；水位壅高，Z= Vc 2 Vo ，对于梯形围堰，取 0.8； 2g 2 2g安全超高，由水利项目施工表 1-3不过水围堰堰顶安全超高下限值查得 =0.5 ；Vc被束窄河床断面流速；V 0原河床断面流速。20 年一遇的导流标准对应的流量为

45、Q=2800m3/s,由水位流量关系曲线可查得下游水 位 Zd=148.4m。由河床剖面图可看出，河床断面近似为梯形断面，右岸坡度近似为1：1.76，左岸坡度为 1： 1.32,河谷宽度 108M，束窄河谷宽度 44.5M。原河床底部高程 145M。所以原河床断面面积3.4(3.4 1.32 3.4 1.76 108 2)A1=3852束窄后的河床断面面积为(44.5 44.5 1.76z) z 2A2=44.5z 0.88z2 式中： z相对河谷的水深。所以 V0=Q/ A1=2800/385=7.2m/sVc=Q/ A2=2800/A2/ 50Z= Vc22 Vo2 =Z-Zd=z+145

46、-148.42g 2 2g 联列求解得，水深 z=6.54。水位壅高 Z=z+145-148.4=3.14M。 1）上游围堰高程：Hu=Zd+ Z+ =148.4+3.14+0.5=152.04M 2）下游围堰高程：Hd= Zd+ =148.4+0.5=148.9M二期围堰高程的确定6.2.1计算原理 采用三角调洪法来进行调洪演算计算上游水位，上游围堰高程即由上游水位加上波 浪爬高和安全超高来确定。下游围堰高程由调洪演算得到的下泄流量查水位下泄流量 关系曲线得到下游水位加上波浪爬高和安全超高来确定。6.2.2 调洪演算计算过程如下：用高切林法计算上游水位 .将洪水过程线化为一个三角形 ,再在图

47、上任取下列几个流量 值：计算简图如图 6-1:图 6-1 洪水过程线的高切林法三角形 任取三个流量：3 3 3q1=1000 m3/sq2=1500 m3/sq3=2000 m3/s/ 50三角形底边长为 1253600=4.5105s 则它的面积即库容为： V=4.51052800/2=6.3108 m3 同理：V1=4.51051000/2=2.25 108m3V2=4.51051500/2=3.38 108 m3 V3=4.51052000/2=4.5 108 m3深孔底板高程为 140m，查说明书水位库容曲线图得到很小的库容，忽略不计 则三个下泄量值所对应拦蓄在围堰里的水库库容为：V1

48、= V-V1=4.05 108 m3V2= V-V2=2.92 108 m3V3= V-V3=1.8 108 m3 查说明书水位库容曲线图 ,可得库容相对应的水位为：Z1=163m Z2=160.3 mm Z3=157m 将所得的三个数据绘成一条曲线 q=fz1），如图 6-2。 假设上游水位为最高水位时，导流底孔泄洪是深孔泄流，其水力学公式为：Q A 2gH 0式中： 孔 口 流 量 系数，对于深孔取 0.83 0.93 ，拟取 0.9 。A泄流面积,2A=463=72m2。H0作用水头，相对于孔口中心的水头。任取三个下泄流量值：3q1=1000m3/s；3q2=1500m /s；3q3=2

49、000 m3/s。2导流底孔总面积 A=462=48m2 ，代入 上式经计算得： H1=12.15m； H2=27.34m；/ 50图 6-2 q=f(z 1及 q=f(z2曲线28H3=48.6m。对应的上游水位值分别为：Z1=140+12.15+3=155.15mZ2=140+27.34+3=170.34mZ3=140+48.6+3=191.6m将所得数据绘成一条曲线 q=fz2)如图 6-2)由图可知两曲线交于点 161.78,1235.5)故底孔的最大下泄量为 1235.5 m3/s，上游水位为 161.78m。6.2.3 围堰高程计算 1)上游围堰高程：H u hd ha式中： Hu

50、上游围堰堰顶高程；hd上游水位高程； ha波浪爬高，由前面计算得 ha=1.68m； 围堰的安全超高，由水利项目施工表1-3不过水围堰堰顶安全超高下限值查得 =0.5 。Hu hd ha=161.78+1.68+0.5=163.96m，取 164m。2)下游围堰高程：H d hd ha式中： Hd下游围堰高程；hd下游水位高程，由上面的计算得下泄流量为1235.5 m3/s，查水位流量关系曲线 见说明书附图 1)得下游水位为 145.3M；ha波浪爬高，由前面计算得 ha=1.68m； 围堰的安全超高，由水利项目施工表 1-3 查得=0.5 ；H d hd ha=145.3+1.68+0.5=

51、147.48m。表 6-1 围堰计算成果表一期二期水位堰顶高程水位堰顶高程上游151.54152.04161.78164下游148.4148.9145.3147.4829 / 50附录一经济剖面选择输入及输出数据1）程序由武汉大学水利水电学院水工教研室提供的SAOGD1 。2）输入数据182.04,151,0.3,0.7,2.4,0.4,5,03,1,0,12,178.0,151.5,145.69,1.68,0,04,179.3,151.5,146.58,1.68,0,05,180.13,151.5,147.13,0.71,0,0136,172.67,6,0,0,0.65,0.8,51.021

52、,1,3,0172.67,3,0,0.3,5*0151,3,0,0.3,5*0136,9.5,0.2,0.3,5*0 3）输出数据182.040 151.000 .300 .700 2.400 .400 5.000 .0003 1 0 12 178.000 151.500145.6901.680.000.0004 179.300 151.500146.5801.680.000.0005 180.130 151.500147.130.710.000.000136.000172.670 6.000 .000.000.650.80051.0201 1 30172.6703.000 .000.300.

53、000.000.000.000.000151.0003.000 .000.300.000.000.000.000.000136.0009.500 .200.300.000.000.000.000.000NPROF= 1ZU= 151.00ZX= 173.74 N= .00 M=.800VOL=846.01ICASE= 2ZSEC= 136.00SY= 22.84S2U=13.67S1D= 88.36KSH= 3.3156KSL= 1.0118ICASE= 4ZSEC= 136.00SY= 16.15S2U=11.19S1D= 96.69KSH= 3.1267KSL= .9415ICASE= 5

54、ZSEC= 136.00SY= 13.08S2U=9.34S1D= 100.10KSH= 3.0360KSL= .9066NPROF= 2ZU= 151.00 ZX= 173.74 N= .05M= .800 VOL= 851.63ICASE= 2ZSEC= 136.00SY= 23.04S2U=12.95S1D= 88.23KSH= 3.3862KSL= 1.0343ICASE= 4ZSEC= 136.00SY= 16.67S2U=10.90S1D= 96.11KSH= 3.1940KSL= .9631ICASE= 5ZSEC= 136.00SY= 13.75S2U=9.39S1D= 99.

55、31KSH= 3.1019KSL= .9277NPROF= 3ZU= 151.00 ZX= 173.74 N= .10M= .800 VOL= 857.26ICASE= 2ZSEC= 136.00SY= 23.22S2U=12.26S1D= 88.11KSH= 3.4568KSL= 1.0568ICASE= 4ZSEC= 136.00SY= 17.15S2U=10.56S1D= 95.57KSH= 3.2613KSL= .9847ICASE= 5ZSEC= 136.00SY= 14.38S2U=9.33S1D= 98.58KSH= 3.1677KSL= .9489NPROF= 4ZU= 151

56、.00 ZX= 173.74 N= .15M= .800 VOL= 862.88ICASE= 2ZSEC= 136.00SY= 23.39S2U=11.61S1D= 87.99KSH= 3.5274KSL= 1.0793ICASE= 4ZSEC= 136.00SY= 17.61S2U=10.19S1D= 95.06KSH= 3.3286KSL= 1.0062ICASE= 5ZSEC= 136.00SY= 14.98S2U=9.20S1D= 97.89KSH= 3.2335KSL= .9701NPROF= 5ZU= 151.00 ZX= 173.74 N= .20M= .800 VOL= 868

57、.51ICASE= 2ZSEC= 136.00SY= 23.56S2U=10.99S1D= 87.89KSH= 3.5979KSL= 1.1018ICASE= 4ZSEC= 136.00SY= 18.04S2U=9.81S1D= 94.59KSH= 3.3960KSL= 1.0278/ 50ICASE= 5ZSEC= 136.00SY=15.54S2U=9.01S1D= 97.25KSH= 3.2994KSL= .9912NPROF= 6ZU= 151.00 ZX= 173.74N= .25M= .800 VOL= 874.13ICASE= 2ZSEC= 136.00SY=23.72S2U=1

58、0.41S1D= 87.79KSH= 3.6685KSL= 1.1243ICASE= 4ZSEC= 136.00SY=18.45S2U=9.42S1D= 94.15KSH= 3.4633KSL= 1.0494ICASE= 5ZSEC= 136.00SY=16.07S2U=8.77S1D= 96.65KSH= 3.3652KSL= 1.0124NPROF= 7ZU= 151.00 ZX= 173.74N= .30M= .800 VOL= 879.76ICASE= 2ZSEC= 136.00SY=23.87S2U=9.86S1D= 87.70KSH= 3.7391KSL= 1.1468ICASE=

59、 4ZSEC= 136.00SY=18.83S2U=9.04S1D= 93.73KSH= 3.5306KSL= 1.0709ICASE= 5ZSEC= 136.00SY=16.57S2U=8.50S1D= 96.08KSH= 3.4311KSL= 1.0336NPROF= 8ZU= 151.00 ZX= 173.50N= .00M= .775 VOL= 821.15ICASE= 2ZSEC= 136.00SY=19.00S2U=12.77S1D= 92.29KSH= 3.2111KSL= .9794ICASE= 4ZSEC= 136.00SY=11.96S2U=8.77S1D= 100.98K

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