完整版溢流壩段設計1

1、溢流壩段設計一、孔口設計1、孔口形式本設計溢流壩段采用開敞式溢流壩, 孔口形式采用壩頂溢流式,堰頂不設 閘門,所以溢流堰堰頂高程即為正常蓄水位 605m.2、孔口尺寸本設計溢流堰凈寬51m每孔凈寬17m二、溢流壩剖面設計溢流壩曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三局部組成, 溢流面 曲線采用WES曲線.1、設計依據(jù)?溢洪道設計標準?(SL 253-2002)2、根本資料調(diào)洪演算成果匯總表工況上游水位(m>下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常605.00179.30572.83設計609.451248.39576.29校核610.971831.76577.54有上述資料可得出Hmax

2、=5.97m.3、溢流曲線設計溢流曲線具體尺寸要求如以下列圖一所示,其中Hd為堰面曲線定型設計水頭設計水頭,標準要求按最大作用水頭Hmax的75%到95%計算,本設計采用 80%倍的 Hmax,所以 Hd=4.78m.上游堰高 P=42m>1.33Hd=6.35m,所以 本設計為高堰流量系數(shù)md=0.502o 1)、曲線上游圓弧段參數(shù)計算如下表所示：0.282Hd=1.348mR1=0.50Hd=2.39m0.276Hd=1.319mR2=0.20Hd=0.956m0.175Hd=0.837mR3=0.04Hd=0.191m曲線參數(shù)計算表0.282Hd二0.276Hd.0.175Hd 1

3、壇.匾,R3=0.04Hd2)、下游曲線段下游曲線段計算公式為：xn kH；1y式中：Hd為堰面曲線定型設計水頭；x, y為原點卜游堰面曲線橫縱坐標；n與上游堰坡肩關；k當P1/Hd>1.0時,k值由標準查取,當P1/Hd三1.0時,k取2.0到2.2. 上游堰坡垂直,所以由標準查的 n=1.85; P1/Hd-8.8>1.0,所以由標準查的 k=2.0o綜上所述,本設計溢流堰堰面曲線段公式為：V1.85京 0.5注 HdH d經(jīng)excel計算可得堰面曲線計算表如卜表所不：x0.501.001.502.002.503.003.504.004.50y0.0370.1320.2800.

4、4770.7211.0101.3431.7192.137x4.004.505.005.506.006.507.007.508.00y1.7192.1372.5973.0983.6394.2204.8405.4996.1973)、中間宜線段直線段與曲線段的切點計算如下所示：dy1.85x0.8510.85dx2Hd0.7代入數(shù)據(jù)計算可得：X 7.97myt 6.154m4)、下游反弧段本設計采用挑流消能,由標準查的反弧段半徑R=(410)h0,式中h0為校核水位閘門全開時挑流鼻坎反弧段最低點處的水深.挑流鼻坎高程取 579.00m (下游最高水位577.54m).反弧段最低點流速：v ,2gH0

5、式中：小為堰面流速系數(shù),由長江流域規(guī)劃辦公室提供的公式初步確定為：(1 0.055/kE0.5)1/3 (1 0.055/ 0.2778)1/3 0.93貝Uv.2gH0 0.93,2-9.81-(610.97579) 23.29m/s水深hc qm vB1836.7623.29 511.55m反弧段半徑R=(410)h0,本設計反弧段流速為23.29m/s>16m/s,但流速也不是很大,同時考慮反弧段要與中間直線段相切, 所以取R=6.42h0=9.95m 綜上所述,溢流面初步擬定的剖面如以下列圖所示：堰頂高程605m4、消能防沖設計本設計采用挑流消能,挑流鼻坎采用連續(xù)式鼻坎；挑射角標

6、準要求在20? 到35處間,本設計取挑射角9 =30?反弧段半徑R標準要求取(410) h., h0為校核水位閘門全開時挑流鼻坎反弧段最低點處的水深；鼻坎高程標準 要求高于下游最高水位12m,本設計下游最高水位577.54m,鼻坎高程取 為 579.00m.1)、挑射距離計算由于沖坑最深點大致落在水舌外緣的延長線上,故跳射距離可按下式 估算：L 1v2 sin cosv1cos . v2sin22g(h1 h2)g式中：L為水舌挑射距離；V1為坎頂水面流速,按鼻坎處平均流速 v的1.1倍計,即：v11.1. 2 gH 0式中：H0為庫水位至坎頂?shù)穆洳?小為堰面流速系數(shù)； h1為坎頂平均水深在鉛

7、直方向的投影,即 h1=hcos8 ; h2為坎頂至河床面高差.由上面計算可得 v=23.29m/s,所以 v1=1.1 >23.29=25.62m/s ;h1=1.55cos 8=1.34m； h2=579-563=16m；把這些數(shù)值代入挑射距離的計算公式有:L=68.79m2、沖坑深度計算最大沖坑深度的數(shù)值與很多因素有關,特別是河床的地質(zhì)條件,目前 估算公式很多,設計標準推薦按下式計算：tk q0,5"5式中:tk為沖坑深度；q為單寬流量；H為上下游水位差；q為沖刷系數(shù)根據(jù) 標準本設計取為0.8.代入數(shù)值計算得：tk=11.54mL/tk=5.96>5,不會對壩體平安

8、造成威脅所以滿足挑流設計要求.5、底孔設計底孔主要作為排沙孔,也有宣泄洪水、防空水庫的功能.底孔設在非溢 流壩段,進口中央線高程580.00m,空口尺寸3X3m.本設計底孔為有泄進 水孔,包含進口段、空身段和出口段.工作閘門布置在出口,閘門采用平 板閘門.事故檢修閘門設在進口段之后,檢修閘門也采用平板閘門.1、進口段進口段曲線應滿足以下要求：減小局部水頭損失,提升泄流水平；限制負壓預防空蝕.進口曲線常采用 1/4橢圓,其方程為：A2(A)2橢圓長軸x軸多與孔軸平行.對于矩形斷面的泄水孔的頂面曲線, A為 孔高,Q采用1/31/4;空口兩側壁曲線也用橢圓曲線,A為孔寬,q采用1/4; 進口段底部

9、邊界線采用圓弧.進口段的中央線,一般布置成水平.根據(jù)上述要求,進口段頂面Q取1/3,其曲線方程為：兩邊側壁的曲線方程為:241 0.56252、空身段空身段采用圓形斷面,直徑為 3m.3、漸變段本設計有壓泄水孔斷面為圓形,所以在進口閘門后需設漸變段,以便 水流平順過渡,預防負壓和空時產(chǎn)生.漸變段可采用在矩形的四個角上加 圓弧的方法過渡,本設計工作閘門不知在出口,所以在出口段也需要設置 漸變段.漸變段工作復雜,不宜太長,一般采用洞身直徑的1.52倍,邊壁收縮 率在1:51:8之間.在壩身有壓泄水孔末端,水流從壓力流突然變成無壓流,引起出口附 近壓力降低,容易產(chǎn)生頂部負壓,所以在出口常設1:101

10、:5的斜坡,面積收縮率為0.850.90根據(jù)上述要求,漸變段長度取洞身長度直徑的1.5倍,L=4.5m；邊壁收縮率1:8;出口段頂部設1:10的斜坡,面積收縮率為0.85.6、水面線計算1、堰頂局部壩頂頭部水面線坐標X/Hd和Y/Hd可查?水工設計手冊第六卷.泄水與 過壩建筑物?P6-181表27-2-5進行插值計算.Hd=4.78m, H/Hd=1.25,具體 計算過程如下表所示：X/HdY/HdXYH/Hd=1.00H/Hd=1.33-1-1.166-4.7801-5.573-0.950-1.235 1-0.8-1.153-3.824-5.511-0.940-1.221-0.6-1.141

11、-2.868 1-5.455-0.929-1.209-0.4-1.148-1.912-5.488-0.930-1.218-0.2-1.167-0.956 1-5.577-0.925-1.2440-1.0240.000-4.897-0.779-1.1030.2-0.8780.9561-4.195-0.651-0.9500.4-0.7541.912-3.605-0.545-0.8210.6-0.6252.8681-2.988-0.425-0.6890.8-0.4853.824-2.318-0.285-0.5491-0.3244.7801-1.549-0.121-0.3891.2-0.1475.73

12、6-0.7010.067-0.2151.40.0616.69210.2920.286-0.0111.60.2847.6481.3570.5210.2081.80.2938.6041.4020.7790.138壩頭部水面線計算表2、直線局部的不摻氣水面線求解切點坐標Xt, Yt已經(jīng)確定為7.97,-6.154.求曲線長度Lc,t,查?水工設計手冊?第六卷泄水與過壩建筑物圖27-2-5,得 Lc,t/Hd=2.08,所以 Lc,t=9.94m.求直線段長度Ls,從切點到直線上任意一點xi, yi的距離計算公 式為：Ls,i二sin式中:sin=0.82.從堰頂曲線起點到點(Xi, yi)的距離L=

13、Lc,t+Ls,i.列表計算如下所示：計算邊界層厚度.公式為：H Y h d cosp2q2ghpYiYtsin qLs,iLc,tL66.156.150.820.0019.94r 9.9410.157.006.150.821.039.9410.970.168.006.150.822.259.94；12.1910.189.006.150.823.479.9413.41 -0.1910.006.150.824.699.94M4.6310.2111.006.150.825.919.9415.850.2212.006.150.827.139.9417.070.2413.006.150.828.359

14、.9418.290.2514.006.150.829.579.9419.510.2715.006.150.8210.799.9420.730.2816.006.150.8212.019.9421.950.3017.006.150.8213.239.94123.17 :0.3118.006.150.8214.459.9424.390.3319.006.150.8215.679.94125.61 ：0.3420.006.150.8216.899.9426.830.3621.0016.150.8218.109.94128.04：0.3722.006.150.8219.329.9429.260.392

15、2.836.150.8220.349.9430.280.400.02() 0,式中 K取0.45 mm.L K邊界層厚度計算表勢流水深hp試算,試算公式為：失算過程如下：對于每一個 Yi,假定一個hp,通過計算得到另一個hp值, 再將得到的數(shù)值代入,依次進行下去,直到獲得兩個相等的數(shù)值為止.現(xiàn) 以Yi=6.154為例,試算如下表所示：YihphpA2*cos d(H+Yi)qA2/2ghp(H+Yi)hp差值6.1543.0000.4261.8082.2340.7666.1542.234 0.2362.4282.664 1-0.4306.1542.6640.3362.0362.3720.292

16、6.1542.372 10.2662.2872.553 1-0.1816.1542.5530.3092.1252.4330.1206.1542.4330.2802.2292.510：-0.0766.1542.5100.2982.1612.4600.0506.1542.4600.2862.2052.492-0.0326.1542.492 10.2942.1772.471 10.0216.1542.4710.2892.1952.484-0.0146.1542.484 10.2922.1832.47610.0096.1542.4760.2902.1912.481-0.0066.1542.4810.2

17、912.1862.4780.0046.1542.478 0.2912.1892.480 1-0.0026.1542.4800.2912.1872.4780.0026.1542.478 10.2912.1892.479 1-0.0016.1542.4790.2912.1882.4790.0016.1542.4790.2912.1882.4790.000勢流損失hp試算表由上表可以看出,Yi=6.154時,hp的試算結果為2.479.根據(jù)這樣的方法, 最終的試算結果如下表所示：YihphpA2*cos c/(H+Yi)qA222ghp(H+Yi)hp6.152.4790.2912.1882.479

18、7.002.3810.2512.1302.3808.002.2790.2132.0662.2799.002.1900.1842.0062.19010.002.1110.1601.9512.11111.002.0400.1411.90012.04012.001.9760.1251.8521.97713.001.9180.11111.807M.91914.001.8660.1001.7651.86515.001.8170.0901.7261.81616.001.7710.0821.6901.77217.001.7300.0751.6551.73018.001.6910.0681.6221.6911

19、9.001.6550.0631.5911.654 120.001.6210.0581.5621.62021.001.5890.0541.5351.58822 001 5580 0501 5091 55922.831.5350.0471.4881.535勢流損失hp試算匯總表正交于壩面的壩面水深h=hp+0.18 6,所以將上述計算綜合得出正交于壩面 的壩面水深h如下表所示：Yihp60.186h6.1542.479r 0.1460.0262.5057.0002.3800.1590.0292.4098.0002.279:0.1750.0322.3119.0002.1900.1910.0342.22410.0002.111 1:0.2070.037:2.148 ：11.0002.040F 0.2220.040；2.080112.0001.9770.2370.0432.01913.0001.91910.2530.0451.964 -114.0001.865；0.2680.0481 1.91315.0001.8161:0.2830.0511.867 116.0001.77