側(cè)槽溢洪道設(shè)計(jì)03

1、側(cè)槽溢洪道課程設(shè)計(jì)學(xué)校：廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院班級(jí)：12水工3班姓名：羅茂賢學(xué)號(hào)：120310328指導(dǎo)老師：李存目錄一設(shè)計(jì)基本資料：2二側(cè)槽的設(shè)計(jì)（尺寸及參數(shù)擬定）21. 計(jì)算側(cè)槽堰長(zhǎng)l2(1) 工況一：3(2) 工況二：32. 側(cè)槽底縱坡i0 擬定43. 側(cè)槽的橫斷面形式與尺寸44. 側(cè)槽各斷面槽底高程計(jì)算5(1) 計(jì)算控制斷面臨界水深 hk5(2) 計(jì)算側(cè)槽末端水深 hl55. 側(cè)槽水力計(jì)算（推算各斷面水深及槽底高程）6(1) 確定控制斷面坎高 d6(2) 計(jì)算側(cè)槽各斷面流量qi6(3) 側(cè)槽水面曲線推算8(4) 側(cè)槽各斷面槽底高程的確定10三泄槽的設(shè)計(jì)111. 泄槽的形式及參數(shù)擬定1

2、12. 泄槽水面曲線的推算11(1) 判斷水面曲線的類(lèi)型11(2) 用分段求和法計(jì)算水深，推算水面曲線12（3）泄槽陡坡段邊墻高h(yuǎn)墻 的確定13四消能防沖設(shè)計(jì)151. 挑坎尺寸及參數(shù)擬定15（1）鼻坎高程：15（2）反弧半徑r:15（3）挑射角度：152. 挑距離計(jì)算153. 最大沖刷坑深度 t計(jì)算17（1）最大沖坑水墊厚度tk17五、附圖- 側(cè)槽溢洪道的各種剖面圖18側(cè)槽溢洪道設(shè)計(jì)計(jì)算一設(shè)計(jì)基本資料：某大（2）型水庫(kù)，正常蓄水位為30m， 設(shè)計(jì)洪水位為32m， （相應(yīng)泄流量為150 m3/s ），校核洪水位33.43m，（相應(yīng)下泄流量為210m3/s）。 該地區(qū)最大風(fēng)速的多年平均值為16.9

3、m/s。壩肩山頭較高，岸坡較陡。布置溢洪道泄槽處山坡坡度約為1:4，泄槽水平投影約65m，泄槽寬8m。該地區(qū)地震基本烈度為 度。地表全為風(fēng)化粉砂巖，基巖為寒武系八村組粉砂泥巖強(qiáng)風(fēng)化層。強(qiáng)風(fēng)化層地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可取500 kpa。二側(cè)槽的設(shè)計(jì)（尺寸及參數(shù)擬定）1. 計(jì)算側(cè)槽堰長(zhǎng)l用堰流公式 l=qm2g h32 側(cè)堰采用wes型實(shí)用堰，如圖1所示，流量系數(shù)m=0.502 (查水力學(xué)p206頁(yè))堰頂高程p與正常蓄水位等高，即p=30 m ，(1) 工況一：設(shè)計(jì)洪水位h設(shè)=32 m ,相應(yīng)下泄流量qmax=150 m3/s 堰頂水頭 h設(shè)-p=32-30=2 (m)所以堰長(zhǎng) l=qmaxm2g h3

4、2= 1500.502×2×9.81×21.5=23.85 (m)(2) 工況二：校核洪水位h校 = 33.43 m ,相應(yīng)下泄流量qmax =150 m3/s 堰頂水頭 h校-p=33.43-30=3.43 (m)所以堰長(zhǎng) l=qmaxm2g h32= 2100.502×2×9.81×21.5=14.867 (m)經(jīng)比較，堰長(zhǎng)采用工況一 設(shè)計(jì)洪水位的，故堰寬l=23.85 m2. 側(cè)槽底縱坡i0 擬定側(cè)槽槽底縱坡擬定 i0=0.1 （參考 課本p106 頁(yè)）。3. 側(cè)槽的橫斷面形式與尺寸泄槽寬為8 m ,所以側(cè)槽末端斷面底寬bl 取

5、8m ,側(cè)槽起始斷面底寬 b0=bl2=4 (m) 。側(cè)槽靠岸一側(cè)邊坡采用m1=0.5 , 靠溢流堰一側(cè)取 m2=0.4 （形式見(jiàn) 圖2）。4. 側(cè)槽各斷面槽底高程計(jì)算為使水流平順進(jìn)入泄槽，需在側(cè)槽末端設(shè)置水平調(diào)整段與泄槽連接，并在調(diào)整段末端設(shè)置控制斷面。(1) 計(jì)算控制斷面臨界水深 hk 調(diào)整段為梯形斷面到矩形斷面的漸變段，末端與泄槽斷面一樣為底寬為8m的矩形斷面。臨界水深 hk =3q2g (查水力學(xué)p154頁(yè))（ 為動(dòng)能修正系數(shù)，取=1.0 ，單寬流量 q=qmaxbl =1508 =18.75 m3(sm) ）， 故 hk=3q2g=31×18.7529.81=3.297 m

6、(2) 計(jì)算側(cè)槽末端水深 hl用控制斷面的臨界水深 hk = 3.297 m 計(jì)算側(cè)槽末端水深 hl hl =(1.21.5)hk ,用內(nèi)插法計(jì)算， 1.2+1.5-1.25×blb0 =1.2+1.5-1.25×84 =1.32 , 故 hl = 1.32 hk =1.32×3.297 = 4.352 (m)調(diào)整段長(zhǎng)度為 3hk = 3×3.297 = 9.891 (m)（參考課本p107頁(yè)）。5. 側(cè)槽水力計(jì)算（推算各斷面水深及槽底高程）采用設(shè)計(jì)洪水位 h設(shè) =32 m ，相應(yīng)下泄流量 qmax = 150 m3s ,側(cè)堰寬 l =23.85 m 。

7、(1) 確定控制斷面坎高 dd=(hl-hk)+(1+ )vl2-vk22g vl=qmaxal , (m1+m2)hl22+8hl=(0.5+0.4)×4.35222+8×4.352=44.554 m2 , 故 vl=15044.554=3.367ms ;vk=qmaxak=qmaxhkbl=1503.297×8=5.687 ms , 取0.2 。故 （4.352-3.297）+（1+0.2）×（ 3.3672×5.68722×9.81）=-0.23< 0 ，所以控制斷面不設(shè)升坎。 (2) 計(jì)算側(cè)槽各斷面流量qi以側(cè)槽末端斷面

8、為1-1斷面往上游將側(cè)槽等分為四段，即等分為5個(gè)斷面，推求各斷面流量qi ，如 圖3所示：各斷面的流量 qi=q xi ( 單寬流量 q=qmaxl= 15023.85=6.29 , xi 為計(jì)算斷面到側(cè)槽始端（即5-5斷面）的水平距離，xi 為相鄰兩個(gè)計(jì)算斷面的水平距離) 。計(jì)算結(jié)果列于 表1 中:表 1 -計(jì)算側(cè)槽各斷面的流量qi斷面序號(hào)側(cè)堰寬l（m)qmax單寬流量q與側(cè)槽始端水平距離 xi（m)xi（m)斷面的流量qi123.851506.289 23.855.9625150223.851506.289 17.88755.9625112.5323.851506.289 11.9255.

9、962575423.851506.289 5.96255.962537.5523.851506.289 05.96250(3) 側(cè)槽水面曲線推算側(cè)槽水面曲線推算是從側(cè)槽末端斷面（即1-1斷面）的水深hl 向上游推算的，相鄰兩個(gè)斷面的水深關(guān)系如下式： hi+1=hi+y-xii0 (公式在課本p108頁(yè)，y 為相鄰兩計(jì)算斷面的水面差)見(jiàn) 圖3 -相鄰兩斷面水力計(jì)算示意圖：根據(jù)： hi+1=hi+y-xii0 yi=vi+vi+12gvi+1+vi+qi+1-qiqi+1+qi-vi+vi+1-jxi 用試算的方法，先假設(shè)一個(gè)要推算的斷面的水深 hi+1 ，由假設(shè)的水深y 計(jì)算該斷面的面積 ai

10、和斷面流速 vi ，算出后代入式計(jì)算得出一個(gè) y 。（注： ri=ai /xi , ri+1=ai+1 /xi+1 ,相鄰兩斷面間流段的平均水力半徑 r=ri+ri+12 ; 流段的平均流速 v=vi+vi+12 , 槽底糙率取 n=0.015 , 流段平均水力坡降 j = n2v2r43 ）將計(jì)算等到的y 代入式右邊計(jì)算，若等式 左邊=右邊，則本次假設(shè)的水深 hi+1 即為該斷面的水深；若等式兩邊不等，則重新假設(shè)一個(gè)hi+1 ，重復(fù)上述試算過(guò)程，直到等式兩邊相等為止。下面以計(jì)算斷面1-1與2-2斷面為例，用上述的計(jì)算方法試算2-2斷面的水深 h2 。已知1-1斷面的水深 h1= hl =4.

11、532 m ，假設(shè)2-2斷面的水深 h2 = 4.1015 m , 經(jīng)計(jì)算，式中y=0.3457 m ,將y=0.3457 m 代入式右邊計(jì)算，得出 hihi+y-xii0=4.352+0.3457-5.9625×0.1=4.1015 （m），結(jié)果與假設(shè)的水深 h2相等，故2-2斷面的水深h2 =4.1015 m 。其他相鄰兩斷面的斷面水深同樣用、式以假設(shè)上游斷面水深hi+1 來(lái)試算，所有斷面的水深 hi 試算結(jié)果列于“表2”的第2列中 :表2 - 側(cè)槽計(jì)算斷面水深 試算結(jié)果匯總斷面序號(hào)左邊 假設(shè)水深h(i+1)斷面流量qi底寬bi斷面面積ai濕周x水力半徑ri謝才系數(shù)c14.352

12、0 150843.339 18.479 2.345 76.843 24.1015 112.5632.179 15.876 2.027 74.997 34.0790 75423.803 13.822 1.722 72.988 44.2309 37.5216.517 12.188 1.355 70.131 54.1617 007.794 10.021 0.778 63.931 續(xù)： 表2 - 側(cè)槽計(jì)算斷面水深 試算結(jié)果匯總流速vi v (m/s)r (m)jxi（m)xii0計(jì)算 y（m)右邊 hi+ y -xii03.4611 3.4786 2.1861 0.000960 23.850.5963

13、 0.3457 4.1015 3.4961 3.3235 1.8745 0.001075 17.88750.5963 0.5737 4.0790 3.1508 2.7106 1.5387 0.000931 11.9250.5963 0.7481 4.2309 2.2704 1.1352 1.0665 0.000266 5.96250.5963 0.5270 4.1617 0.0000 0(4) 側(cè)槽各斷面槽底高程的確定側(cè)槽起始斷面為5-5斷面，由“表2”的試算結(jié)果知其水深 h5 =4.1617 m ;堰頂水頭 h0=h設(shè)-p=32-30=2 (m) ,故側(cè)堰始端最高點(diǎn)水位定為 h1=0.5h0

14、 + p =0.5×2+30=31（m） 。所以側(cè)槽始端（5-5斷面）的槽底高程 h始 = h1h5 = 31-4.1617=26.8383（m）。其他斷面的槽底高程按槽底縱坡 i0 =0.1 確定，結(jié)果列于“表3”中,表3 - 側(cè)槽底面高程計(jì)算斷面序號(hào)槽底縱坡 i0斷面水深 hi（m)xi (m)槽底高程 hi底（m)50.14.16175.962526.838340.14.23095.962526.2421 30.14.0795.962525.6458 20.14.10155.962525.0496 10.14.3525.962524.4533 三泄槽的設(shè)計(jì)1. 泄槽的形式及參數(shù)

15、擬定泄槽采用底寬為8m 的矩形斷面，坡降為1:4 (泄槽的斷面形式及尺寸見(jiàn)圖 5 和圖 6 )。泄槽的水平投影長(zhǎng)d=65 m ；泄槽斜長(zhǎng) l泄 ，由 4 12+42 =65l泄 ，l泄=65174=67 （m) ；泄槽豎直高度 h泄=654=16.25 （m) 。2. 泄槽水面曲線的推算(1) 判斷水面曲線的類(lèi)型試算正常水深 h0 ,試算結(jié)果見(jiàn) “表4” ;表4 - 泄槽陡坡段 正常水深ho 試算斷面序號(hào)ho （m）底寬b(m)a（m2)x (m)r (m)謝才系數(shù)cq (m3/s)單寬流量q臨界水深hk10.785.69.40.5957 61.153 132.162 18.750 3.296

16、9 20.75869.50.6316 61.751 147.225 18.750 3.2969 30.75986.0729.5180.6379 61.855 149.992 18.750 3.2969 根據(jù) 表4 的試算結(jié)果可知，當(dāng)h0 =0.759 m 時(shí)，流量 q150m3s , 單寬流量 q=qmaxb=1508=18.75 , 臨界水深 hk =3.297 m , 所以h0 hk ,判定水面為陡坡 b2 降水型曲線。(2) 用分段求和法計(jì)算水深，推算水面曲線取起始斷面水深 h=hk =3.297m 開(kāi)始向泄槽下游推算，l泄=67m , 分為10個(gè)斷面，用這些斷面的水深推算相鄰兩斷面間的

17、流長(zhǎng) li ，最后的總流長(zhǎng) i=110li 需等于l泄=67m 。根據(jù)公式計(jì)算下列參數(shù)：斷面面積 a=bh , 斷面流速 v=qmaxa , 斷面比能 es=v22g , es=es2-es1 , 濕周 x=b+2h , 水力半徑 r=ax , 謝才系數(shù) c=1nr16 , 水力比降 j=v2c2r , j=0.5×( j1+j2) , 流段長(zhǎng)度 li=es(i-j) , 其中 b=8 m , qmax=150 m3s , 坡度 i = 0.25 。假設(shè)不同的水深進(jìn)行試算，得其斷面水深及兩斷面間的流長(zhǎng) li ，試算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn) “表5”。注意：當(dāng)斷面平均流速 v>7 ms 時(shí)，

18、需考慮摻氣水深 ha , 在摻氣水深的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)邊墻高。（3）泄槽陡坡段邊墻高h(yuǎn)墻 的確定h墻 =ha +a ( a為安全加高，取a=1m )所以墻高度計(jì)算按 h墻 =ha +1.5 計(jì)算計(jì)算結(jié)果見(jiàn)“表5” ；表5 - 泄槽水面曲線及邊墻高度 推算斷面序號(hào)假設(shè)h（m)流段編號(hào)底寬 ba (m2)x (m)r (m)cv (m/s)v22g13.2969 12826.376 14.594 1.807 73.578 5.6871 1.6485 23.223825.600 14.400 1.778 73.376 5.8594 1.7499 33.134824.800 14.200 1.746 73.

19、159 6.0484 1.8646 42.9545823.600 13.900 1.698 72.816 6.3559 2.0590 52.756821.600 13.400 1.612 72.188 6.9444 2.4580 62.467819.200 12.800 1.500 71.328 7.8125 3.1109 72.0578816.400 12.100 1.355 70.132 9.1463 4.2638 81.689812.800 11.200 1.143 68.167 11.7188 6.9994 91.02191088.168 10.042 0.813 64.411 18.

20、3643 17.1891 101.020788.166 10.041 0.813 64.408 18.3697 17.1992 續(xù)：表5 - 泄槽水面曲線及邊墻高度 推算斷面比能es水力坡降j 平均 ji -jeslili摻氣水深 ha（m）邊墻加高(m)邊墻高 (m)4.9454 0.003306 0.003446 0.246554 0.0044 0.0180 0.0180 3.2969 1.54.797 4.9499 0.003587 0.003750 0.246250 0.0147 0.0598 0.0778 3.2000 4.700 4.9646 0.003914 0.004201 0

21、.245799 0.0444 0.1808 0.2586 3.1000 4.600 5.0090 0.004488 0.005114 0.244886 0.1490 0.6083 0.8668 2.9500 4.450 5.1580 0.005741 0.006869 0.243131 0.3529 1.4515 2.3183 2.7000 4.200 5.5109 0.007998 0.010273 0.239727 0.8029 3.3493 5.6677 2.5875 4.088 6.3138 0.012549 0.019204 0.230796 2.2857 9.9034 15.571

22、0 2.2375 3.738 8.5994 0.025860 0.062900 0.187100 9.6106 51.3661 66.9372 1.7875 3.288 18.2101 0.099940 0.099985 0.150015 0.0098 0.0654 67.0025 1.2085 2.709 18.2199 0.100030 1.2082 2.708 由 表5 計(jì)算的結(jié)果，泄槽邊墻高度均做為距槽底4.8 m高。泄槽的橫斷面形式：如“圖 5 泄槽6-6橫斷面”所示：四消能防沖設(shè)計(jì)本溢洪道所處地質(zhì)條件一般，為節(jié)省消能防沖設(shè)施的工程投資，在泄槽末端采用挑流式消能。溢洪道挑流鼻坎的形式

23、采用連續(xù)式 （參考水力學(xué)p233頁(yè)），挑流坎由連續(xù)面板與齒墻組成，挑流坎齒墻的結(jié)構(gòu)形式用重力式（參考課本p101頁(yè)）。1. 挑坎尺寸及參數(shù)擬定（1）鼻坎高程：下游河床高程為0 m , 挑坎頂部距下游河床4m ，即h坎 =4 m。（2）反弧半徑r: r一般?。?10）hc , 故取r=9hc ( hc 為反弧段最低點(diǎn)水深 )。（3）挑射角度：挑射角 =30°（較適當(dāng)?shù)奶羯浣菫?15°30°，當(dāng)45° 時(shí)，越大，空中挑距越大）2. 挑距離計(jì)算水舌挑距l(xiāng) 按下式計(jì)算：l=1g v12 sincos+v1cosv12 sin2 +2gh1+h2坎頂水面流速v1

24、按鼻坎處平均流速v 的1.1倍計(jì)，即 v1=1.1v=1.12gh0 （ h0 為水庫(kù)水位至坎頂?shù)穆洳睿﹉1 - 坎頂垂直方向水深， h1=hcos ( h 為坎頂平均水深 )；h2 - 坎頂至河床面高差， 如沖坑已經(jīng)形成，可算至坑底； - 堰面流速系數(shù)，可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 =31-0.055k0.5 ； 【注： k為流能比，k=qgh01.5 , q為單寬流量，式用于k=0.0040.15范圍內(nèi)，當(dāng)k0.15時(shí)，取=0.95 ；（參考水力學(xué)p232頁(yè)）】 。( q=qmaxb=1508=18.75 m3/(ms) , h0=h設(shè)-h坎 =32-4=28 m , 所以k=18.759.81

25、15;281.5=0.0404045 ， =31-0.0550.04040450.5=0.89892052,故 v1=1.1×0.89892052×2×9.81×28=23.1762 m/s ; 取坎頂平均水深h 近似等于泄槽末端斷面（10-10斷面）的水深h10 =1.0207m 計(jì)算,所以h=h10=1.0207m ，故 h1=hcos30°=1.0207×32=0.884 m 坎頂至河床面高差h2 =4 m 。)所以水舌挑距 :l=19.81×23.17622×sin30°cos30°+2

26、3.1762×cos30°×23.1762×sin30°+2×9.81×0.884+4=54.745 m3. 最大沖刷坑深度 t計(jì)算（1）最大沖坑水墊厚度tk 按下式估算：tk=kq0.5h0.25式中 tk - 水墊厚度，自水面算至坑底； q - 單寬流量，m3/sm h - 上下游水位差 ； k - 沖坑系數(shù)，取k=1.6 。（ 單寬流量 q =18.75 m3/sm，下游水位取為河床高程0 m , 所以 h=h設(shè)-0=32-0=32 m ； k=1.6 。） tk=1.6×18.750.5×320.25 = 16.478 m ；最大沖坑水墊厚度tk求得后，根據(jù)河床水深可求得最大沖刷坑深度 t ，t= tk =16.478 m 。計(jì)算過(guò)