溢流坝段设计学习资料.docx
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溢流坝段设计学习资料
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》（SL253-2002）
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
605.00
179.30
572.83:
设计
609.45
1248.39
576.29
校核
610.97
1831.76
577.54
有上述资料可得出Hmax=5.97m。
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=42m>1.33Hd=6.35m,所以本设计为高堰流量系数md=0.502。
1）、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：
0.282Hd=1.348m
R1=0.50Hd=2.39m
0.276Hd=1.319m
R2=0.20Hd=0.956m
0.175Hd=0.837m
R3=0.04Hd=0.191m
曲线参数计算表
-F2=3
R3=0.04Hd
2）、下游曲线段
下游曲线段计算公式为:
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/Hd>1.0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=8.8>1.0,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：
0.5
1.85
x
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
y
0.037
0.132
0.280
0.477
0.721
1.010
1.343
1.719
2.137
x
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
y
1.719
2.137
2.597
3.098
3.639
4.220
4.840
5.499
6.197
H
d
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：
dy1.85x0.851
0.85
dx2Hd0.7
代入数据计算可得：
xt7.97myt6.154m
4）、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=（4~10）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：
v2gH°
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:
（10.055/kE0.5）1/3（10.055/0.2778）1/30.93
则v,.2gH00.93...29.81（610.97579）23.29m/s
水深h
1836.76
1.55m
vB23.2951
反弧段半径R=（4~1O）ho，本设计反弧段流速为23.29m/s>16m/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563m
4、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（4~10）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1~2m，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：
L[v1sincos
v1cos
g
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=25.62m/s；
h1=1.55cos9=1.34m；h2=579-563=16m；把这些数值代入挑射距离的计算
公式有:
L=68.79m
2）、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=11.54m
L/tk=5.96>5，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。
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：
①减小局部水头损失，提高泄流能力；②控制负压防止空蚀。
进口曲线常采用1/4椭圆，其方程为：
22
xy__1
A2（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1/3~1/4；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:
22
xy
90.5625
2）、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1.5~2倍，边壁收缩率在1:
5~1:
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:
10~1:
5的斜坡，面积
收缩率为0.85~0.90b
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,i
sin
坝顶头部水面线坐标X/Hd和Y/Hd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/Hd
Y/Hd
X
Y
H/Hd=1.00
H/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
-1.218
-0.2
-1.167
-0.956:
-5.577
-0.925
-1.244
0
-1.024
0.000
-4.897
-0.779
-1.103
0.2
-0.878
0.956:
-4.195
-0.651
-0.950
0.4
-0.754
1.912
-3.605
-0.545
-0.821
0.6
-0.625
2.868「
-2.988
-0.425
-0.689
0.8
-0.485
3.824
-2.318
-0.285
-0.549
1
-0.324
4.780「
-1.549
-0.121
-0.389
1.2
-0.147
5.736
-0.701
0.067
-0.215
1.4
0.061
6.692「
0.292
0.286
-0.011
1.6
0.284
7.648
1.357
0.521
0.208
18
0293
8604
1402
0779
0138
坝头部水面线计算表
2）、直线部分的不掺气水面线求解
1切点坐标（Xt，Yt）已经确定为（7.97,-6.154）。
2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。
3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：
YY
式中:
sin=0.82。
4从堰顶曲线起点到点（Xi,yi）的距离L=Lc,t+Ls,i。
5
列表计算如下所示：
计算边界层厚度。
公式为：
Yi
Yt
sina
Ls,i
Lc,t
L
6.15
6.15
0.82
0.00
；9.94
r9.941
0.15
7.00
6.15
0.82
1.03
9.94
10.97
0.16
8.00
6.15
0.82
2.25
：
9.94
M2.19「
0.18
9.00
6.15
0.82
3.47
9.94
13.41'
0.19
10.00
6.15
0.82
4.69
：
9.94
：
14.63「
0.21
11.00
6.15
0.82
5.91
9.94
15.85
0.22
12.00
6.15
0.82
7.13
9.94
17.07
0.24
13.00
6.15
0.82
8.35
19.94
18.29
0.25
14.00
6.15
0.82
9.57
9.94
19.51
0.27
15.00
6.15
0.82
10.79
：
9.94
[20.73
0.28
16.00
6.15
0.82
12.01
9.94
21.95
0.30
17.00
6.15
0.82
13.23
：
9.94
[23.17:
0.31
18.00
6.15
0.82
14.45
9.94
24.39
0.33
19.00
6.15
0.82
15.67
p.94
[25.611
0.34
20.00
6.15
0.82
16.89
9.94
26.83
0.36
21.001
6.15
0.82
18.10
[9.9
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