水利工程施工截流課程設計說明書

1、大渡河截流課程設計說明書 姓名：壞痞乖男日期：2017年2月19日目錄1、課程設計目的32 基本資料33、截流的水力計算53.1計算步驟53.1.1計算下游水位53.1.2戧堤頂部高程的確定53.1.3戧堤高度、頂長與頂寬53.2截流過程分析與水力計算73.3合龍設計流量組成83.4 圖解法94.流態(tài)判別134.1求水深134.2求斷面平均流速145截流過程的水力參數及拋投料的計算155.1計算截流過程水力參數155.2拋投料的計算165.2拋投料尺寸的計算165.3拋投量計算1723水利工程施工課程設計說明書1、課程設計目的課程設計的主要目的是鞏固和掌握課堂所學知識，培養(yǎng)學生運用本課程的知識

2、解決實際問題的能力。本次課程設計的主要內容是水利水電工程施工截流設計。2 基本資料大渡河上某水電工程采用單戧立堵進占，河床的剖面圖見圖1。戧堤處水位流量關系見表1和圖2。戧堤端部邊坡系數n=1.2，截流戧堤兩側的邊坡為1:1.5。截流材料采用當地的中粒黑云二長花崗巖，容重為26kN/m3。該工程壩址處天然水位流量關系見表1，施工導流采用左、右岸各布置一條導流隧洞導流，左、右導流隧洞聯(lián)合泄流的上游水位和泄流流量關系見表2和圖3。 圖1 河床剖面圖表1 壩址處天然水位流量關系流 量（m3/s）2503174105001000水位（m）952.15952.71953.48954.00955.87圖2

3、 壩址處天然水位流量關系曲線表2 上游水位導流隧洞泄流量關系泄流流量（m3/s）01503004108001400上游水位（m）953.00955.40957.03958.00960.66964.12圖3 上游水位導流隧洞泄流量關系曲線3、截流的水力計算截流設計是施工導流設計重要組成部分，目前我國水利水電工程截流多采用立堵截流，本次設計按立堵截流設計。其設計內容分為：截流水力計算、截流水力分區(qū)和備料量設計。截流設計流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據已選定的截流時段，采用該時段內一定頻率的某種特征流量值作為設計流量。一般地，多采用截流時段10%20的月平均或者旬平均流量作為設計標準。截流的水

4、力計算中龍口流速的確定一般采用圖解法，截流水力計算如下。3.1計算步驟3.1.1計算下游水位 截流設計流量，計算時不考慮戧堤滲透流量和上游槽蓄流量。根據壩址處天然水位與流量關系曲線，由內插法可知,3.1.2戧堤頂部高程的確定截流設計流量為，對上游水位導流隧洞泄流量關系曲線使用內插法，可得設計流量對應水位高程為956.74m，故取戧基高程為957m。 3.1.3戧堤高度、頂長與頂寬截流戧堤處河床底部高程為951m，可求得戧堤的設計高度為7m。若取河谷兩側坡比為1:1，由河谷在高程957m處寬度為46.9m，可求得戧堤頂部長為48.9m，計算時按約為49m進行計算，戧堤寬度取20m。通過對表3進行

5、表上作業(yè)，可得分流流量與上游水位關系曲線與龍口泄水曲線如圖4和圖5所示。表3 水位與下泄流量跟龍口流量的關系上游水位（m）設計流量(m3/s)下泄流量（m3/s）Qd龍口流量Qg9532730.00273.00953.527331.25241.7595427362.50210.50954.527393.75179.25955273125.00148.00955.4273150.00123.00955.5273159.20113.80956273205.2167.79956.5273251.2321.77956.74273273.000.00圖4 上游水位與下泄流量關系曲線圖5 上游水位龍口流量

6、關系曲線3.2截流過程分析與水力計算隨著戧堤進占，河床斷面不斷束窄，上下游落差亦逐漸增大，其斷面及流態(tài)變化過程如下：1）梯形淹沒流 2）梯形非淹沒流 3）三角形淹沒流 4）三角形非淹沒流梯形斷面與三角形斷面的分界點的確定：，即當龍口寬度大于14m時為梯形斷面，當龍口寬度小于14m時為三角形斷面。由龍口泄水能力計算按照寬頂堰公式計算：式中 流量系數當，為淹沒流，當，為非淹沒流，龍口平均過水寬度梯形斷面：三角形斷面：龍口上游水頭梯形斷面：三角形斷面：其中：龍口上下游水位差戧堤高度戧堤端部邊坡系數，取龍口上游水位河道底板高程由連續(xù)方程可得龍口流速計算公式為 ： -淹沒流時：式中：龍口底板以上的下游水

7、深非淹沒流時：式中 ：龍口斷面的臨界水深I即淹沒出流時： 對于梯形斷面： 對三角形斷面：。II非淹沒出流時： 對于梯形斷面：對三角形斷面：；3.3合龍設計流量組成一般情況下，截流設計流量Q0由四部分組成：式中，Q龍口流量；Qd分流量（分流建筑物中通過的流量）；Qs戧堤滲透流量；Qac上游河槽中的調蓄流量。由于不考慮戧堤滲透流量和上游槽蓄流量，則有：。 聯(lián)立上述方程：即可得到龍口處水力參數變化規(guī)律。3.4 圖解法分別取定龍口寬度為B=6.5m，11.5m，16.5m，21.5m，26.5m，31.5m，36.5m，41.5m，46.5m時不同上游水位下的龍口泄流量和隧洞分流量。由截流設計流量35

8、8m3/s，壩址處天然水位流量關系曲線內插得設計流量下的壩址處天然水位為952.34m，設計中截流設計流量為定值，故認為下游水位不變。龍口泄流量計算結果見附錄（附表4到附表12）。表4 B=46.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg46.501.340.000.00031.3080.000.51.840.270.38031.308131.3312.340.430.38531.572192.631.52.840.530.38531.972260.8223.340.600.38532.372336.812.53.840.650.38532.773420.3434.340.690.38533.

9、173511.213.54.840.720.38533.573609.3245.340.750.38533.973714.55表5 B=41.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg41.501.3400.00026.6080.000.51.840.270.38026.608111.6212.340.430.38526.608162.341.53.840.390.38527.808356.6623.340.600.38526.608276.832.53.840.650.38526.608341.2734.340.690.38526.608410.053.54.840.720.38526.60

10、8482.9145.340.750.38526.608559.65表6 B=36.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg36.501.340.00021.310.000.51.840.270.3821.3189.3812.340.430.38521.57131.621.52.840.530.38521.97179.2423.340.600.38522.37232.772.54.840.520.38523.57427.8234.340.690.38523.17357.113.54.840.720.38523.57427.8245.340.750.38523.97504.22表7 B=31.5

11、m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg31.501.340.000.00016.310.000.51.840.270.38016.3168.4112.340.430.38516.57101.111.52.840.530.38516.97138.4623.340.600.38517.37180.752.53.840.650.38517.77227.9534.340.690.38518.17280.053.54.840.720.38518.57337.0845.340.750.38518.97399.05表8 B=26.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg26.501.340.000.00

12、011.310.000.51.840.270.38011.3147.4412.340.430.38511.5770.601.52.840.530.38511.9797.6723.340.600.38512.37128.732.53.840.650.38512.77163.8234.340.690.38513.17203.003.54.840.720.38513.57246.3345.340.750.38513.97293.89表9 B=21.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg21.501.340.000.0006.310.000.51.840.270.3806.3126.4612.34

13、0.430.3856.5740.101.52.840.530.3856.9756.8823.340.600.3857.3776.702.53.840.650.3857.7799.6934.340.690.3858.17125.953.54.840.720.3858.57155.5945.340.750.3858.97188.72表10 B=16.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg16.501.2150.000.0001.6080.0000.51.7150.290.3831.6086.11612.2150.450.3852.23312.5471.52.7150.550.3852.7372

14、0.87023.2150.620.3853.24131.8462.53.7150.670.3853.74545.70834.2150.710.3854.24962.6753.54.7150.740.3854.75382.94745.2150.770.3855.257106.717表11 B=11.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg11.510.1327.5950.3850.1330.0111.50.6322.3750.3850.6370.54521.1321.7670.3851.1412.3412.51.6321.5320.3851.6455.84432.1321.4070.3852.

15、14911.4003.52.6321.3300.3852.65319.30543.1321.2770.3853.15729.8224.53.6321.2390.3853.66143.188表12 B=6.5m流量落差計算表BZH0Z/H0mBQg6.530.04862.0690.3850.0490.0013.50.5486.3830.3850.5530.38341.0483.8160.3851.0571.9344.51.5482.9060.3851.5615.126由計算結果繪制不同寬度時上游水位與龍口泄流量關系曲線和龍口泄流量與上游水位關系曲線，曲線交點即為龍口在各寬度時的上游水位和泄流量，

16、如下：圖6:龍口流量與上游水位的關系從上圖可看出，當戧堤寬度較大時，上游水位較低，龍口泄流量較大。隨著龍口寬度減小，上游水位逐漸增高，龍口泄流量逐漸減小。當龍口寬度為0時，上游來流全部經由導流隧洞泄流。根據圖表數據求出各交點，結果見下表：龍口寬度B龍口泄流量Qd上游水位H46.5233.5953.6341.5222.3953.8136.5204.8954.0931.5185.8954.426.5160.5954.821.5126.4955.3516.582.7955.8411.531956.46.54.13956.69表13 不同龍口寬度下的上游水位和龍口泄流量由上表中可看出，當龍口寬度為46

17、.5m時，龍口泄流量小于設計流量，這是因為在截流水力計算中沒有考慮戧堤的滲流和上游河床的調蓄流量，實際情況應當是龍口寬度為0時導流隧洞泄流量小于設計流量358m3/s。4.流態(tài)判別4.1求水深由表13中計算結果，判斷不同寬度下水流流態(tài)及堰流類型，并求相應龍口斷面水深。計算表及結果見下表：表14 不同寬度下的流態(tài)及水深BZH0Z/H0液態(tài)斷面類型h46.51.292.630.49非淹沒流梯形1.75441.51.472.810.52非淹沒流梯形1.87436.51.753.090.57非淹沒流梯形2.06031.52.063.40.61非淹沒流梯形2.26726.52.463.80.65非淹沒流

18、梯形2.53421.53.014.350.69非淹沒流梯形2.90116.53.54.720.74非淹沒流三角形3.96111.54.063.191.27非淹沒流三角形2.6816.54.351.403.11非淹沒流三角形1.1754.2求斷面平均流速導截流工程中確定材料用料及用量時首先要計算戧堤龍口處的斷面流速，龍口流速計算公式為：式中，為龍口計算斷面水深，根據設計截流方法、斷面類型、出流類型根據規(guī)范求得。為過水斷面平均寬度，按如下方法計算。當斷面為梯形時，當斷面為三角形是，為戧堤高度（7m），為戧堤端部邊坡系數（取1.0）。 （1）梯形斷面淹沒流，由于進占過程中，龍口底部高程不變，為常數。

19、（2）梯形斷面非淹沒流，按下式計算，式中，戧堤端部邊坡系數；計算斷面動能修正系數，常取計算。按上式計算需要進行試算。有時為了簡化計算，常用矩形斷面臨界水深代替梯形斷面臨界水深，此時 （3）三角形斷面淹沒流， （4）三角形斷面非淹沒流， 表15 戧堤各寬度下龍口流速龍口寬度B龍口泄流量hV46.5233.51.75431.8044.18741.5222.31.87426.9484.40336.5204.82.06022.1724.48331.5185.82.26717.4204.70526.5160.52.53412.7414.97221.5126.42.9018.1815.32716.582.

20、73.9614.7534.39211.5312.6813.2183.5936.54.131.1751.4102.494由上表中數據可知，龍口合攏過程中龍口流速變化先增大后減小。最大流速約為5.327m/s。5截流過程的水力參數及拋投料的計算5.1計算截流過程水力參數根據表18中結果列表計算龍口流速、單寬流量變化過程如下表所示：表19 截流過程水力參數計算表B上下游落差ZV46.51.294.18741.51.474.40336.51.754.48331.52.064.70526.52.464.97221.53.015.32716.53.54.39211.54.063.5936.54.352.4

21、94由表19中數據可繪制龍口諸水力參數變化規(guī)律如下圖：圖7 龍口諸水力參數變化規(guī)律圖5.2拋投料的計算拋投料計算主要為拋投塊尺寸的計算以及拋投量的計算。5.2拋投料尺寸的計算拋投料尺寸計算采用伊茲巴公式，即式中， 為水流流速，m/s；為綜合穩(wěn)定系數；0.9為重力加速度，m/s2；為石塊容重，kN/m3；為水容重，kN/m3；為石塊折算成球體的化引直徑，m。其中v為水流流速，m/s; K為綜合穩(wěn)定系數；其中混凝土四方體取0.68-0.72，混凝土立方體取0.76-0.80，塊石取0.9；g為重力加速度，取;為石塊的容重，??；為水的容重，?。籇為石塊折算成球體的化引直徑，m。根據伊茲巴公式求得各流速下的拋投料尺寸如下表：表20 各龍口寬度下拋投塊粒徑BV粒徑d46.54.1870.66841.54.4030.73936.54.4830.76631.54.7050.84326.54.9720.94221.55.3271.08116.54.3920.73511.53.5930.4926.52.4940.237圖8 戧堤頂部高程寬度與塊體粒徑的關系5.3拋投量計算由