溢洪道设计实例.docx
《溢洪道设计实例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《溢洪道设计实例.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
溢洪道设计实例
水 位
（m）
泄 量
3
（m /s）
H0
（m）
计算公式及符号意义
b
（m）
设计
洪水
位
363.62
540
3.1
Q
b = 3 式中 m’—流量系数，
2
m' 2g H 0
等于 0.364；H0—堰上水头，不包
括行进水头；Q—泄量；b—控制
堰宽。
61.56
校核
洪水
位
364.81
800
4.29
56.02
溢洪道设计实例
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 υ<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
（m3/s）
H
（m）
B
Q=υA, A=（B+mh）h
设计
校核
363.62
364.81
540
800
3.1
4.29
82.4
86.7
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 δ 拟为 30 米（2.5H<δ<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 υ2/2g）
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 θ=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 L1 =
b1 - b2
2tgθ
= 58.81m ，取整则
L1 为 60m，底坡 i =
1
50
。
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 i =
1
200
。
泄槽二段断面为宽 40m 的矩形，长 L3 为 80m，底坡 i = 。
1
8
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：
h j = ζ
αυ 2
2g
；
hf =
υ 2
2
=
υ 2 n 2l
4
3
； R =
A
x
1
； C = R 6 。
n
式中，hj——局部水头损失，米；hf——沿程水头损失，米；
ζ ——局部水头损失系数；
υ ——引渠流速，m/s；
g——重力加速度（m/s2）;L——引渠长度，米；
α ——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；
3
Q = σ S m' b 2g H 02 ；
式中， σ S ——淹没系数，取 1.0；
m' ——无坎宽顶坎的流量系数；
b ——堰宽，m；H0——包括行近流速水头的坎
上水头，m；
Q——流量，m3/s。
①求堰前水深和堰前引水渠流速
采用试算法，联立公式 h = H 0 -
υ 2
2g
H 0 = （
Q
σ S m' b 2g
2
） 3 可求得，具体计算见表
1。
表 1
计算情况泄量 QH0h假设υ试算υ
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。
②求引渠总水头损失 hω 。
R
hω = h j + h f
，
h j = ζ
υ 2
2g
，
h f =
υ 2 n 2 L
4
3
；
式中 ζ = 0.1（渠道匀缓进口，局部水头损失系数ζ采用0.1）。
具体计算成果见表 2。
表 2
计算情
况hhjAxRnLhf
设计
2.78
2.0
0.20
0.02
261.79 100.02 2.62 3.61 0.016 150 0.037 0.057
校核
3.62
2.3
0.27 0.027 345.46 103.05 3.35 5.01 0.016 150 0.035 0.062
③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
（m 3/s）
H0
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：
hk = 3 q 2 / g；q =
Q
b
； ik =
gxK
2
；RK =
AK
X K
；AK = bhk；CK =
1
n
1
RK 6
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;
2g
+ h1,
2g
+ h2 ；
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；
υ1，υ 2
——1-1 及 2-2 断面平均流速，m/s；
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；
υ ——两断面间平均流速，m/s；
R ——两断面间平均水力半径，m。
（2）渐变段水面线计算
①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
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
位
渐变段 i =
1
50
> ik ，故属陡坡急流，
槽内形成 bⅡ型降水曲线。
属明渠非均
匀流计算。
②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
设计
水位
540 1.92
8.31
124.8
68.84 1.81 4.33 2.88 0.02
2.75
13.5 110
校核
800 2.49 13.31 161.85 69.98 2.31 4.94 3.74 0.02
3.5
20
140
水位
X2R2V2E2I2LnhfE1+il E2+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， i =
1
200
①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
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
位
i =
1
200
> ik ，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。
②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
hoA0X0R0C0
设计水
位
540 40
2.03
81.2 44.06 1.84 69.49
7619.83
539
校核水80040
2.6
104
45.2
2.3
71.81
11326.15
800.88
位
泄槽二段断面为矩形，宽 40m，长 80m，底坡 i = 。
经试算，设计水位时，h0=2.03 米 ;
校核水位时，h0=2.6 米。
③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
1
8
计
算
情
况
断
面
h0（m）
2
A（m ）
V（m/s）
2
V /2g
（m）
Es（m）
△Es（
m）
X（m）
R（m）
△L（m
）
设
计
水
位
1-1
2.65
106
5.09
1.32
3.97
0.01
45.3
2.34
72.01
0.002203
0.002797
3.58
3.58
2-2
2.60
104
5.19
1.37
3.98
45.2
2.3
71.81
0.02
0.0025
0.0025
8
11.58
3-3
2.45
98
5.51
1.55
4.00
44.9
2.18
71.17
0.06
0.003044
0.001456
30.67
42.25
4-4
2.30
92
5.87
1.76
4.06
44.6
2.06
70.5
0.01
0.003750
0.00125
80
122.25
5-5
2.15
86
6.28
2.01
4.16
44.3
1.94
69.8
0.13
0.004567
0.000433
300.23
422.28
6-6
2.03
81.2
6.65
2.26
4.29
44.06
1.84
69.19
校
核
水
位
1-1
3.5
140
5.71
1.67
5.166
0.003
47
2.98
74.97
0.002088
0.002912
1.03
1.03
2-2
3.35
134
5.97
1.82
5.169
46.7
2.87
74.50
0.024
0.002405
0.002595
9.25
10.28
3-3
3.20
128
6.25
1.99
5.193
46.4
2.76
74.02
0.075
0.002863
0.002137
35.10
45.38
4-4
3.00
120
6.67
2.27
5.268
46
2.61
73.33
0.135
0.003532
0.001468
91.96
137.34
5-5
2.8
112
7.14
2.60
5.403
45.6
2.46
72.60
0.216
0.004431
0.000569
379.61
516.95
6-6
2.6
104
7.69
3.02
5.619
45.2
2.30
71.81
表 8
①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。
i =
1
8
> ik
，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。
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
540 40
800 40
0.76
0.96
30.4 41.52 0.73 59.34
38.4 41.92 0.92 61.59
1541.17
2268.59
545
802
位
经试算，设计水位时，h0=0.76 米 ;
校核水位时，h0=0.96 米。
②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。
计算情况
断面
h（m）
2
A（m ）
V（m/s）
Es（m）
△Es（m）
X（m）
R（m）
△L（m）
设
计
水
位
1-1
2.03
81.2
6.65
4.286
0.281
44.06
1.84
69.20
0.005838
0.119162
2.36
2.36
2-2
1.85
74
7.30
4.567
43.7
1.69
68.23
0.36
0.007750
0.11725
2.99
5.35
3-3
1.70
68
7.94
4.917
43.4
1.57
67.36
0.76
0.010854
0.114146
6.27
11.62
4-4
1.50
60
9.0
5.633
43.0
1.40
66.07
1.169
0.016789
0.108211
10.80
22.42
5-5
1.30
52
10.38
6.802
42.6
1.22
64.61
1.983
0.027906
0.097094
20.42
42.84
6-6
1.10
44
12.27
8.785
42.2
1.04
62.94
2.896
0.48199
0.076801
37.71
80.55
7-7
0.93
37.2
14.52
11.681
41.86
0.89
61.28
校
核
水
位
1-1
2.6
104
7.69
5.619
0.324
45.2
2.30
71.81
0.005672
0.119328
2.72
2.72
2-2
2.4
96
8.33
5.943
44.8
2.14
70.96
0.474
0.007408
0.117592
4.03
6.75
3-3
2.2
88
9.09
6.417
44.4
1.98
70.05
0.685
0.009913
0.115087
5.95
12.70
4-4
2.0
80
10.0
7.102
44.0
1.82
69.05
0.997
0.013685
0.111315
8.96
21.66
5-5
1.8
72
11.11
8.099
43.6
1.65
67.95
1.473
0.019637
0.105363
13.98
35.64
6-6
1.6
64
12.50
9.572
43.2
1.48
66.73
2.240
0.029487
0.095513
23.45
59.09
表 10
7-7
1.4
56
14.29
11.812
42.8
1.31
65.36
1.742
0.041746
0.083254
20.92
80.01
8-8
1.29
51.6
15.50
13.554
42.58
1.21
64.53
（5）溢洪道水面曲线成果及护砌高度
①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。
②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。
③边墙高度计算
引水渠边墙高见表 11
表 11（v<7~8m/s）
参
数
h（m） △（m） H=h+△（m）
情 况
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
设计水位首端
尾端
校核水位首端
尾端
断面距渐变
断首端距离
（m）
0
60
0
60
计算水深
h（m）
1.92
2.75
2.49
3.5
超全超高
m）
1.0
1.0
0.7
0.7
边墙高度
H（m）
2.92
3.75
3.19
4.20
表 13
断面距
计算情况断面
离槽首
端距离
计算水
深 h（m）
流速 v
（m）
H
（m）
（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
1-1
0
3.5
0.7
4.2
校
核
水
位
2-2
3-3
4-4
5-5
1.03
10.28
45.38
137.34
3.35
3.20
3.0
2.8
6.67
7.14
7.69
0.20
0.20
0.7
0.7
0.7
0.7
4.05
3.9
3.7
3.7
6-6
516.95
2.6
0.7
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）
H
（m）
设
计
水
位
校
核
水
位
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
8-8
0
2.36
5.35
11.62
22.42
42.84
80.55
0
2.72
6.75
12.70
21.66
35.64
59.09
80.01
2.03
1.85
1.70
1.50
1.30
1.10
0.93
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.29
6.65
7.30
7.94
9.0
10.38
12.27
14.52
7.69
8.33
9.09
10
11.11
12.5
14.29
15.50
0.135
0.135
0.135
0.135
0.135
0.135
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
3.03
2.99
2.84
2.64
2.44
2.24
2.07
3.5
3.3
3.1
2.9
2.7
2.5
2.3
2.19
（6）出口消能计算
①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，以保证达到最优
消能效果；估算下游冲刷坑的深度和范围。
②计算公式为 L=L1+L2；
L1 =
v1 cosθ
g
（v sinθ + v1 sin 2 θ + 2gs2 + gh1 cosθ ）
；
L2 = ts ctgβ
式中，L——挑距，m；
v1——坎顶水股断面中心点上水流质点的流速，其值近似取陡槽末端
的流速，m/s；
θ——鼻坎挑射角度；
g——重力加速度，m/s2；
h1——坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m；
S2——坎顶距下游水面线垂直距离，m；
ts——冲坑中最大水深，m；
ts = k q z - t
K——岩石冲刷系数。
Z=（堰项高程十堰顶水深十堰顶流速水头）一下游水位，m；
q——单宽流量，m3/s.m；
t——下游水深，m，下游无水，t=0;
β
——入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程
式求得，即 cos β =
v1 cosθ
v1 + 2gs2
③挑距计算，见表 15。
表 15
计
算
情
h1
（m）
v1
（m）
Z
（m）
Q
（m2/s）
L2
（m）
L1
（m）
L
（m）
况
设
计
校
0.93
1.29
14.52
15.50
35°
35°
4
4
15.69
17.55
0.95
0.95
6.95
8.70
13.5
20
6.8
8.8
25.23 32.03
28.30 37.10
核
校核情况 i= ts /L=8.70
升级会员 