水利计算公式.docx

1、水利计算公式水利计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 11.河床稳定计算及河相分析1.1.河床稳定计算河床稳定指标可釆用横向稳定指标、纵向稳定指标及综合稳定指标3种形 式分析，以确定河道特性。口丄河道横向稳定分析河道横向稳定系数按下式计算：ell匕_严B式中：b横向稳定系数；Q造床流量，m3/s；J河床比降；B相当于造床流量的平摊河宽，mo1.1.2.河道纵向稳定分析水流对河床泥沙的拖曳力与床面泥沙抵抗运动的摩阻力之间的相互作用， 决定河床的纵向稳定性。根据黄河水利出版社出版治河及泥沙工程中河道 纵向稳定系数釆用爱因斯坦水流强度函数按下式计算：dh = h

2、J式中：h纵向稳定系数；D床沙平均粒径，mm；J河床纵比降；H河流平摊水深，mo1.1.3.综合稳定指标综合稳定指标是综合考虑河床的纵、横向稳定性。建议采用的公式为0 =（妙*必1.2.河床演变分析与河相关系调查工程区河道历史主流及河道变迁，分析工程区河道形态。共分为蜿蜒 型河道、游荡型河道两种形式。蜿蜒型河段一般凹岸崩退，凸岸淤长，凹岸深槽和过渡段浅滩在年内发生 互相交替的冲淤变化。游荡型河道的河岸及河床抗冲性较差，从长距离来看河道往往呈藕节状， 其中窄段水流归顺，有控制河势的作用，宽段则河床宽浅，洲滩密布，汉道交 织，水流散乱，主流迁徙不定。河道的平面状态可用“宽、浅、散、乱”四个 字概括

3、。在水流长期作用下形成的河床，其形态有一定的规律，大量资料表明，表 征河床形态的水深、河宽、比降等，与來水來沙条件及河床地质条件之间，有 一定函数关系，这种关系便称为河相关系。根据俄罗斯国立水文所提出公式，河道横断面河相关系公式为：式中：E河相相关系数；B造床流量下的水面宽(m)；H造床流量下的平均水深(m)；(蜿蜒型河道(约为24,较为顺直的过渡性河段约为8-12,游荡型河道( 约为2030)2护岸结构设计2.1.护岸顶高程确定根据堤防工程设计规范(GB50286-2013)(以下简称堤防规范) 要求，堤顶高程为设计洪水位加超高值确定。堤顶超高按下式计算：Y = R + e + A式中：Y堤

4、顶超高(m)；R设计波浪爬高(m)；e设计风壅水面高度(m)；A安全加高(m)。a)当斜坡坡率加方/0.025时，设计波浪爬高r可按下式计算: 砺竿全丽7J1 +厂m = cota式中：Rp 为累积频率为P的波浪爬高(m)；K为斜坡的糙率及渗透性系数，mWLO时，砌石护面取；心一一为经验系数，可根据风速V （m/s）、堤前水深d（m）.重力加速度g（m/s2）组成的无维量W屈确定；KP为爬高累积频率换算系数，对不允许越浪的堤防，爬高累积频率取2%；m一一斜坡坡率；H 堤前波浪的平均波高（m）；L堤前波浪的平均波长（m）；o 斜坡坡脚。有关风浪的要素按堤防工程设计规范中的有关规定计算；b） 设计

5、风雍增水高度e按下式计算：KV2F 门e= cos p2gd 式中：e一一计算点的风壅水面高度（m）；K一一综合摩阻系数，取K=xl0-6；V 一设计风速，按计算波浪的风速确定；F由计算点逆风向量到对岸的距离（m）；D一一水域的平均水深（m）；6一一风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（。）。c） 安全加高的选取安全加高人查堤防工程设计规范（GB50286-2013）表，5级堤防按不允 许越浪考虑安全加高为。22护坡厚度的确定C20混凝土护面的防护厚度釆用下面公式计算：t = iHQrbr Bm式中：t 混凝土护面厚度（m）n系数，对开缝混凝土板可取0. 075,（现浇混凝土板每10m设一道 伸缩缝

6、）；对上部为开缝板、下部为闭缝板可取。H 计算波浪高（m）,取Hi%。查表并计算得Hi%=；rb 混凝土板的重度（kN/m3）,取24kN/m3；r一一水的重度，取lOkN/m3；L一一波长（m） , L平均巳B沿斜坡方向的护面板长度（m）；m 斜坡坡率，m=o经计算，t=O工程区治理河段护岸考虑了磨损年限、冻融循环、抗腐蚀耐久性等综合因 素，并参考当地己建护岸工程经验，釆用C20瞪预制較接式生态护坡厚度采 用。2.3.坡脚确定通过计算局部冲刷深度來确定具体的防冲护砌范围，除河床基岩出露的河 段外，其它河段护岸的护脚局部冲刷深度计算采用堤防工程设计规范 （GB50286-2013）中平顺护岸冲

7、刷深度计算公式，按设计洪水位进行局部冲刷 深度计算。23.1.冲刷深度式中：hs一一局部冲刷深度（m）；Ho一一冲刷处的水深（m）；UCp一一近岸垂线平均流速（m/s）:Uc一一泥沙的启动流速（m/s）；粘性与沙质河床采用张瑞瑾公式计算，卵 石河床釆用长江科学院公式计算；n与防护岸坡在平面上的形状有关，本次取n=l/4o张瑞瑾公式：d5?长江科学院公式:长江科学院的起动公式计算式中:dso一一河床的中值粒径（m）；Ho一一行进水流水深（m）；rs, r一一分别为泥沙与水的重度（KN/rr?） , g为重力加速度（m/s?）, Ucp一一的计算应符合下列规定：式中:211+)1U一一行近流速（m

8、/s ）；n水流流速分配不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角a角查表。 表 水流流速不均匀系数表a,满足规范要 求，当mv时，经试算，则坡式护岸稳定安全系数Kv不满足规范要求，因此护 岸坡比不陡于满足设计要求。图固滨笼挡土墙受力简图经分析，在建成未运行条件下，挡土墙处于最不利状况，据此分析挡土墙 的抗滑稳定、抗倾稳定及地基承载力。计算成果见下表。表 挡墙稳定计算成果（完建情况）挡墙类别抗滑稳定安全系数Kc抗倾覆稳定安全系数Ko地基承裁力（Mpa）设计值允许值畸值允许值PmaxPmin重力式从上表可知，挡墙抗滑和抗倾覆稳定安全系数均大于规范规定值，满足设计 要求。由地质提供资料，粉砂岩承载力标准值

9、，满足设计要求。3.闸坝3.1.抗滑稳定计算根据水闸设计规范SL265-2001,抗滑稳定计算公式如下:式中：kc 沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f闸室基底面与地基之间的摩擦系数，f=;2g一一作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）；2h一一作用在闸室上全部水平向荷载（kN）。32闸室基底应力计算根据水闸设计规范SL265-2001,闸室基底应力计算公式如下:式中：pmax闸室基底应力的最大值或最小值（kPa）；一作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）；加一一作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向 的形心轴的力矩（）；A闸室基底面的面积（m2）；W闸室基底面对于该底面垂直水流方向

10、的形心轴的截面矩（n?） o 各闸坝在各工况下抗滑稳定均满足规范要求，坝基应力小于地基承载力， 应力不均匀系数满足规范要求。4橡胶坝4.1.泄洪流量依据橡胶坝设计规范附录A橡胶坝泄洪能力计算，Q = 6迪厢尺彳式中：Q过坝流量，m3/s；B溢流断面的平均宽度，加；九一计入行进流速水头的宽堰顶水头，川；加一流量系数；淹没系数，可取宽顶堰的实验数据，取7=1：堰流侧收缩系数，与边界条件无关，取按照规范规定，坝袋冲胀时，可视为曲线型实用堰，流量系数，。4.2.坝下游河道水深计算坝下游河道水深按下式推算:式中：Q一坝泄流能力，m3/s； n河槽糙率系数，选用n=； A一一河槽过水断面面积A：R一水力半

11、径；J河道洪水比降。4.3.底流消能计算底流消能采用矩形断面等宽消力池，采用SL 265-2001水闸设计规范和 水工计算手册中有关底流消能的公式进行计算。4.3.1.消力池深度计算d =玉力；hs AZ込 2 g（Phs 2ghc- 式中：d消力池深度（m）；oO水跃淹没系数，可釆用；he跃后水深（m）；he收缩水深（m）；a水流动能校正系数，可采用；q消力池单宽流量（m2/s）TO由消力池底板顶面算起的总势能（m）； Z出池落差（m）； hs一出池河床水深（m）。43.2.消力池长度计算Lsj =厶 + 0 L j5 = 6. 9（h； - hj 式中：1_习一消力池长度（m）；Ls消力池斜坡段水平投影长度（m）；B水跃长度校正系数，可釆用；Lj水跃长度（m）。43.3.海漫长度计算Lp = & JAzT式中：Lp海漫长度，m；qs消力池末端单宽流量，m3/（）:ks海漫长度计算系数，取ks=12； H闸孔泄水时上下游水位差，（m）。消能计算釆用中国水利水电科学研究院研发的远胜水工软件进行计算