溢洪道水利计算书.docx
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溢洪道水利计算书
1溢洪道水力计算
溢洪道水力计算共分以下几段：
进口段、陡坡段、消能防冲段、海漫段水面线推求以及消力池段消能防冲计算等。
根据调洪演算结果，溢洪道20年一遇洪水流量Q=213.61m3/s，50年一遇设计洪水流量Q=249.08m3/s，500年一遇校核洪水流量Q=390.72m3/s。
溢洪道底流消能洪水设计标准按20年一遇。
1.1计算依据
（1）《溢洪道设计规范》SL253—20**。
1.2溢洪道水面线推求
1.2.1计算方法及计算公式
采用明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算方法，计算公式为：
式中：
△s——上、下断面间长度（m）;
i——渠底比降;
J——上、下断面间平均水力坡度;
Esd、Esu——上、下游断面的断面比能。
1.2.2水面线推求
溢洪道水面线推求采用新疆水利厅编制的《D-7明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算程序》进行计算。
本程序计算时需输入起算已知断面水位及各流段的基本数据。
由明渠水流分析知，溢洪道明渠段末端即陡坡段始端将发生临界水深，把该断面作为控制断面来推求上下游水面曲线。
1.2.2.1程序计算原理
采用人工渠槽断面单位能量沿程变化的微分方程进行推求，公式如下：
其差分格式为：
即：
式中：
其中：
h1为已知，h2为欲求之水深
为此，将差分方程改为下列函数表达式
为求h2设试算水深h下限与h上限，用二分法求解
若D、G同号，令h上限=h2；D=G
若D、G异号，令h上限=h下限；h上限=h2；D=G
继续二分，直到∣h1-h2∣≤允许误差为止
1.2.2.2临界水深计算
临界水深计算公式如下：
式中：
Q——计算流量（m3/s）；
Ak——临界水深时的过水断面面积（m2）；
Bk——临界水深时的水面宽度（m）；
G——重力加速度，g=9.8m/s2。
利用明渠均匀流公式计算临界坡降ik：
式中：
A——过水断面面积，A=b×hk；
C——谢才系数，C=1/n×R1/6；
R——水力半径；
N——糙率，n=0.015；
经计算，500年一遇陡坡顶临界水深hk=2.75m，50年一遇临界水深hk=3.04m，20年一遇临界水深hk=4.11m。
1.2.2.3程序原始数据输入
进口段水面线推求从陡坡段起点开始，由下游向上游推算，起始水深采用临界水深，临界水深计算公式同上。
20年
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*****恒定非均匀渐变流水面曲线计算书D-7X*****
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一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
213.61314.401.10
断面水力要素:
20.0250151.5
各分段之断面类型:
1111
各分段之长度:
0202030
各分段之纵坡:
0.0000-0.0010-0.0010-0.0010
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
04.4000.0002.5832.2480.0000.000bo
14.3730.0002.5832.26620.00020.000bo
24.3290.0002.5832.29520.00040.000bo
34.2720.0002.5832.33630.00070.000bo
50年
一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
249.08314.861.10
断面水力要素:
20.0250151.5
各分段之断面类型:
1111
各分段之长度:
0202030
各分段之纵坡:
0.0000-0.0010-0.0010-0.0010
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
04.8600.0002.8352.2990.0000.000bo
14.8010.0002.8352.33720.00020.000bo
24.7460.0002.8352.37320.00040.000bo
34.6850.0002.8352.41330.00070.000bo
500年
一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
390.72316.561.10
断面水力要素:
20.0250151.5
各分段之断面类型:
1111
各分段之长度:
0202030
各分段之纵坡:
0.0000-0.0010-0.0010-0.0010
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
06.5600.0003.7192.3980.0000.000bo
16.5100.0003.7192.42420.00020.000bo
26.4930.0003.7192.43320.00040.000bo
36.4400.0003.7192.46130.00070.000bo
1.3消能防冲计算
按照溢洪道设计规范要求，消能防冲设施按20年一遇防洪标准设计。
1.3.1池深计算
①跃后水深计算：
跃后水深h2为陡坡收缩水深的共轭水深。
陡坡h最小
跃后水深计算采用下式：
式中：
q——单宽流量；
②消力池池深d计算：
采用公式：
式中：
δj——消力池出口流速系数；δj=1.05；
ht——消力池下游水深;
φ——水跃淹没系数；φ=0.95；
其余符号同前。
1.3.2池长计算
自由水跃长度：
消力池长度Lk=0.7×Lj。
消力池
一、基本资料与计算假定
底流消能、消力池
坎上水头H:
4.4000（米）
坝高P:
0.0000（米）
上下游河床高程差D:
20.0000（米）
下游水深ht:
2.4000（米）
单宽流量q:
14.20**（立方米/秒）
泄流系数phi:
0.9500
（下游）水跃处流速系数phi1:
0.9000
二、计算简图
见附图1
三、算法与公式（底流消能、消力池）
1.收缩断面水深：
hc=q/Vc（连续性方程）
式中q---单宽流量（平方米/秒）
Vc---流速（米/秒）
2.共轭水深：
hc〃=hc/2*（SQR（1+8*Frc）-1）
式中费鲁德数Frc=Vc*Vc/g/hc
SQR---开方号
3.上游至收缩断面间的能量方程：
Eo=hc+Vc*Vc/2/g//ö
式中Eo包括上游水头加行进流速水头Vo*Vo/2/g。
---泄流流速系数
hc---出口水深（或射流口水深）
4.水跃顶点至下游间能量方程：
腪=V*V/（2*g*觥*觥）-V2*V2/2/g
式中'---（下游）水跃处流速系数
5.两个断面的连续性方程：
Vt=q/ht
式中ht---下游水深
V2=q/h〃
6.几何关系（跃后水深、应产生稍为淹没的水跃）:
h〃=ht+S+腪=6*hc〃=1.05
式中S---消力池深度
7.消力池长度：
Lk=0.7～0.8*Lj
式中Lj---水跃长度Lj=6.9*（hc〃-hc）
四、计算结果
上游行进流速Vo:
3.2273（米/秒）
收缩水深hc:
0.6857（米）
共轭水深hc2:
7.4117（米）>下游水深ht=2.40（米）
收缩水深hc:
0.6331（米）
共轭水深hc2:
7.7521（米）
跃后水深h2:
8.1398（米）
下游水位以上水头dz:
1.5944（米）
消力池深度s:
4.1454（米）
水跃长度Lj:
49.1217（米）
消力池长度Lk:
36.8413（米）
设计采用消力池池深为4.1m。
1.3.3消力池底板计算
消力池底板厚度计算采用下式：
式中：
k——为经验系数，采用0.17；
Q——单宽流量；
△H——上下游水位差。
计算得消力池底板厚t=1.36m，本次设计一级消力池底板厚度采用1.4m。
海曼段
20年
一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
213.61552.401.10
断面水力要素:
20.0250150
20.0250200
20.0250300
20.0250450
20.0250550
各分段之断面类型:
112345
各分段之长度:
02020202020
各分段之纵坡:
0.00000.01500.01500.01500.01500.0150
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
02.4000.0002.8355.9340.0000.000Co
12.2802.0972.8356.24520.00020.000b2
21.4751.6992.3407.24020.00040.000b2
30.9531.2911.7867.47220.00060.000b2
40.6761.0001.3597.02720.00080.000C2
50.6310.8831.1946.15320.000100.000C2
50年
一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
249.08552.651.10
断面水力要素:
20.0250150
20.0250200
20.0250300
20.0250450
20.0250550
各分段之断面类型:
112345
各分段之长度:
02020202020
各分段之纵坡:
0.00000.01500.01500.01500.01500.0150
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
02.6500.0003.1366.2660.0000.000Co
12.5222.3203.1366.58320.00020.000b2
21.6321.8742.5927.63120.00040.000b2
31.0451.4271.9807.94520.00060.000b2
40.7331.0971.5057.55620.00080.000C2
50.6790.9701.3206.67420.000100.000C2
500年
一.原始数据:
流量分段数断面类型数起始断面水深流速分布不均匀系数
390.72553.601.10
断面水力要素:
20.0250150
20.0250200
20.0250300
20.0250450
20.0250550
各分段之断面类型:
112345
各分段之长度:
02020202020
各分段之纵坡:
0.00000.01500.01500.01500.01500.0150
二.计算结果:
分段水深h正常水深ho临界水深hk流速v分段长dL累计长L曲线类型
03.6000.0004.2347.2360.0000.000Co
13.4813.1364.2347.48220.00020.000b2
22.2122.5053.4958.83220.00040.000b2
31.3971.8832.6709.32020.00060.000b2
40.9521.4462.0399.12120.00080.000C2
50.8491.2721.7868.36420.000100.000C2
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