溢流坝水力计算实例.docx

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溢流坝水力计算实例

溢流坝水力计算

-、基本资料:

为了解决某区农田灌溉问题。

于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌

3

溉。

进行水力计算的有矢资料有：

设计洪水流量为550m/s；坝址处河底高程为43.50m；

由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据

坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B二60m溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面

铅直的三弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；坝前水位与河道过水断面面积矢系

曲线，见图15.2;坝下水位与河道流量矢系曲线，见图15.3;坝基土壤为中砾石；河道平

均底坡i=0.00127;河道实测平均糙率n=0.04。

二、水力计算任务：

1•确定坝前设计洪水位；

2.确定坝身剖面尺寸；

3.绘制坝前水位与流量尖系曲线;

4・坝下消能计算；

5.坝基渗流计算；

6•坝上游壅水曲线计算。

三、水力计算

H。

、友均与Hd有矢，不能直接解出Hd，故用试算法求解。

设Hd=2.53m，则坝前水位二48.00+2.53=50.53m.

按坝前水位由图15.2查得河道过水断面面积A二535吊，又知设计洪水流量

Q=550m3/s‘则

2

avo倔0.056m

2g29.8

2

H。

二出廿253。

056心血

按设计洪水流量Q,由图15.3查得相应坝下水位为48.17m•下游水面超过坝顶的高度

h=48.17-48.00-0.17m

hs

—亠辛l|O

議66015

下游坝高

a=48.00-43.00=4.50m

亘四二1.74：

：

2.0

Ho2.586

因不能完全满足实用堰自由出流条件

hs<0.15及旦一2.0，故为实用堰淹没出流。

HoHo

根据hta

Ho及1值由图10.17查得实用堰淹没系数-0.999。

因溢流坝为单孔堰，H。

溢流孔数n二1;溢流宽度B=b=60n。

按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数\=°.7

则侧收缩系数

H

—1-0.2[（n-1）o订：

nb

2.586

=1・0.20.70.994

仆60

对于WES型实用堰，当水头为设计水头时‘流量系数m=血二0.502。

于是可得溢流

坝流量

Q=；「；mB..2gH02=0.9990.9940.50260.29.82.586,2

3

=550.6m/s

计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的Hd值是正确的，故取设计水头Hd=2.53m。

坝前设计洪水位二坝顶高程+Hd

二48.00+2.53—50.53m

2、确定坝身剖面尺寸

坝项上游曲线的有尖数据计算如下:

Ri-0.5Hd-0.52.5A1.265m

R2=0.2Hd=0.22.53=0.506m

Rs=0.04Hd=0.042.53=0.101m

R=0.175Hd=0.1752.5A0.443m

b2=0.276Hd-0.2762.53=0.698m

bs-0.2818Hd=0.28182.5A0.713m

坝顶下游曲线方程为

JUZJUZ

按上式计算的坝顶下游曲线坐标x、y区列于表I5.3。

因下游坝高aA4.5m:

:

:

10m，故取坝末端圆弧半径为

R=0.5ai=0.54.5=2.25m

按上述数据绘制的坝身剖面图见图15.4

3、绘制坝前水位与流量矢系曲线

——2

不同水头H的溢流坝流量仍按Q・；「；mB：

2gHo3计算•现以H=2.0米为例说明求流量

的方法。

对于自由出流。

根据Hr2。

因A。

为未知，无法计算V。

及H。

，故先取H°H二2.0m•又因下游水位与Q有矢，尚无法判别堰的出流情况，可先按自由出流算出Q后，再行校核.

0.791，由图10.5查得m=0.485•侧

收缩系数

/Hd2.53

；/-0.2[（n）0k]

nb

=1-0.20.7

=0.995

2.0

160

则流量的第一次近似值

Q二二；mB2gHo2

=10.9950.48560.29.82吆

3

二362.6m/s

2查得A=459mf，则

按坝前水位二480+2.0二50.0m,由图15.

表15.3

X（米）

y（米）

X（米）

y（米）

X（米）

y（米丿

0.00

0.000

1.75

0.640

3.50

2.306

0.25

0.004

2.00

0.819

3.75

2.620

0.50

0.063

2.25

1.018

4.00

2.952

0.75

0.133

2.50

1.237

4.25

3.303

1.00

0.227

2.75

1.476

4.50

3.671

1.25

0.343

3.00

1.734

4.75

4.057

1.50

0.481

3.25

2.011

5.00

4.461

图15.4

:

vo1.00.97

0.031m

2g29.8

avo

Hi0=2.00.03仁2.031m

2g

2031

;=1-0.20.70.995

则流量的第二次近似值*''

Q=10.9950.48560、29.82.03俨

3

=371m/s

因流量的微小变化，对vo及Ho影响甚小，故以上所求Q值可认为正确.

校核出流情况。

按Q=371m/s由图153查得相应的坝下水位为47.20m。

则

hs=47.20-48.00--0.80m

—0.394:

:

:

0.15

4.50cCCCC

=2.222.0

2.031

满足实用堰自由出流条件・为自由出流，原假设的出流情况是正确的.

再设几个H,按上法计算相应的Q计算成果列于表15.4.按表15.4的数据绘制坝前水

位与流量矢系曲线于图15.5。

H

（m）

坝前水位

（m）

H）

（m）

m

£

（T

Q

（Q/s）

备注

2.53

50.53

2.586

0.502

0.994

0.999

550.6

淹没出流

2.0

50.00

2.031

0.485

0.995

1.000

371.0

自由出流

1.5

49.50

1.156

0.465

0.997

1.000

229.9

自由出流

1.0

49.00

1.006

0.442

0.998

1.000

118.1

自由出流

0.5

48.50

0.501

0.416

0.999

1.000

39.1

自由出流

表15.4

A5o・

二2

Q

A

R

4B.0<

1002OT300斗株）500W

lt*0（X7®）

、0

J

图15.5

4、坝下消能计算

（一）确定消能设计流量

设一系列流量Q,求出一系列相应的临界水跃跃后水深h：

J?

h；-1（t为下游水深）•绘

出（h；-1）〜Q尖系曲线•由该曲线找出相应于（h：

寸）为最大值时的流量即为消能设计

〃化里•

3H

现以Q=229.9m/s为例求（h；」t）值。

由表154查得Ho=1.516m‘则

To=Hoar=1.5164.5=6.016m

To二迹=5.26hk1.144

按丁吸=0.90由附录图w查得理=2.2，则hkhk

h；=2.2hk=2.21.144=2.517m

按Q=229.9rn3/s由图15.3查得相应坝下水位为46.2m，则相应下游水深

t=46.2-43.5=2.7m

于是

h；—t=2.517-2.7・・0.183m

设一系列Q值，按上述方法求得一系列相应的（h；・t）值，计算结果列于表15.5•由

表15.5可知，相应于（h；・t）最大值时的Q=80m3/s，故采用消能设计流量为80m/So

当Q=80m3/s时，下游发生远离水跃‘需做消能工‘现拟做消力池。

表15.5

3

Q（m/s

）

q（m3/sm）

hk（m）

T°（m）

「/hk

IIhe/hk

n

hc（m）

t（m）

（h；-1Im）

550.6

9.177

2.048

7.086

3.460

1.88

3.850

4.67

-0.820

371.0

6.183

1.574

6.531

4.149

2.02

3.179

3.70

-0.521

229.9

3.832

1.144

6.016

5.259

2.20

2.517

2.70

-0.183

118.1

1.968

0.734

5.506

7.501

2.47

1.813

1.64

0.173

80.0

1.333

0.566

5.288

9.343

2.64

1.494

1.25

0.244

39.1

0.652

0.351

5.001

14.25

2.99

1.049

0.82

0.229

20.0

0.333

0.225

4.831

21.47

3.34

0.752

0.57

0.182

（二）求消力池深度d

3

已知Q=80m/s,由表15.5查得

3

q=1.333msmhk=0.566m,To=5.288m,f=1.25m•则

二5288=9.342hkO.566

=2.208

按T。

一及

hkhk

hk0.566

=0.90由附录图w查得素一二o.55,则池深

hk

d=—hk=0.550.566=0.311mhk

采用d=0.4m

消力池池底高程二河底高程・d二43.5・0.4—43.1m

（三）求消力池长度I

hk

0.566

he

he・hk=0.250.566=0A42m

h

k

%

he・hk=2.700.566=1.528m

h

k

则水跃长度

h=6.9（h：

—he）=6.9（1.582—0.142）=9.563m

故池长

I=lo0.8lj=00.89.563=7.65m

米用I二8m。

（四）求海漫长度

lp*qH

式中q为相应于设计洪水流量时的单宽流量，由表15.5查得q=9.177m3/sm；上下游水

位差H=50.53—48.12=2.41m；

河床土壤为中砾石，取系数K=8o故得

lP=8.0.9.177^2.41=30.20m

采用Ip=30m。

5、坝基渗流计算

坝基渗流主要是计算渗径长度和坝底渗流压强.因本工程对控制渗流量要求不高，故不

必计算渗流量.

坝基渗流按上下游最大水位差的情况计算.最大水位差出现在坝前水位与坝顶齐平、坝

下无水的情况，即最大水位差

H=48.0・43.5=4.5m

（一）计算渗径长度

为增加渗径长度和减小坝底渗流压力，于坝前增设一长5m厚0.5m的重拈土防渗铺盖层.