河岸溢洪道水力計(jì)算實(shí)例

1、河岸溢洪道水力計(jì)算實(shí)例 一 資料及任務(wù) 某水庫(kù)的帶胸墻的寬頂堰式河岸溢洪道，用弧形閘門控制泄流量，如圖15.7所示。溢洪道共三孔，每孔凈寬10米。閘墩墩頭為尖圓形(半圓形)，墩厚2米。翼墻為八字形（折線形），閘底板高程為33.00米。胸墻底部為圓弧形，圓弧半徑為0.53米，墻底高程為38.00米。閘門圓弧半徑為7.5米，門軸高程為38.00米。閘后接第一斜坡段，底坡 =0.01，長(zhǎng)度為100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i =1:6，水平長(zhǎng)度為60米。第二斜坡段末端設(shè)連續(xù)式挑流坎，挑射角 25°（30）。上述兩斜坡段的斷面均為具有鉛直邊墻（矩形斷面），底寬B =34米的矩形斷面，

2、其余尺寸見(jiàn)圖15.7。溢洪道用混凝土澆筑，糙率n=0.014。溢洪道地基為巖石，在閘底板前端設(shè)帷幕灌漿以防滲。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位42.07米，校核洪水位為42.40米，溢洪道下游水位與流量關(guān)系曲線見(jiàn)圖15.8。當(dāng)溢洪道閘門全開(kāi)，要求：1.1.繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線；2.2.繪制庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的溢洪道水面曲線；3.3.計(jì)算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)的挑距。圖7 圖8 二 繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線（一）確定堰流和孔流的分界水位 寬頂堰上堰流和孔流的界限為 0.65。閘門全開(kāi)時(shí)，閘孔高度 =38.033.0=5.0 米，則堰流和孔流分界時(shí)的相應(yīng)水頭為 = 米  堰流和孔

3、流的分界水位=33.0+7.7=40.7米。庫(kù)水位在40.7米以下按堰流計(jì)算；庫(kù)水位在40.7米以上按孔流計(jì)算。（二）堰流流量計(jì)算 堰流流量按下式計(jì)算： 式中溢流寬度B=nb=3×10=30米。因溢洪道上游為水庫(kù)， 0則 。溢洪道進(jìn)口上游面傾斜的寬頂堰，上游堰高a=33.032.5=0.5米，斜面坡度為1：5，則 =5（ 為斜面與水平面的夾角），寬頂堰流量系數(shù)m可按 及ctg 由表11.7查得；側(cè)收縮系數(shù) 按下式計(jì)算： 10.2(n1) 其中孔數(shù)n=3；對(duì)尖圓形閘墩墩頭， 0.25；對(duì)八字形翼墻， 0.7。因閘后為陡坡段，下游水位較低，不致影響堰的過(guò)水能力，為寬頂堰自由出入流，取 1

4、。 設(shè)一系列庫(kù)水位，計(jì)算相應(yīng)的H，m， 和 ，計(jì)算成果列于表1表1庫(kù)水位（米）（米） m (米 /秒)35.037.039.040.72.04.06.07.72.838.0014.7021.360.250.1250.0830.0650.3820.3830.3830.3840.9840.9650.9520.9381423947131024（三）孔流流量計(jì)算 因胸墻底緣為圓弧形，閘孔流量可按具有圓弧底緣的平面閘門下自由孔流流量公式計(jì)算 Q= eB 已知 =5.0米，B=30米，H H自由孔流流量系數(shù) ，由表11.12取閘孔流速系數(shù) 0.95，垂向收縮系數(shù) 按式計(jì)算： 

5、其中系數(shù)k= ，而門底（即胸墻底）圓弧半徑r=0.53 米， ，則 = = 0.073 設(shè)一系列庫(kù)水位，計(jì)算一系列相應(yīng)的H， , 及 Q，計(jì)算成果列于表2庫(kù)水位（米）H（米）(米 /秒)備注40.7041.5042.0742.407.70.8.509.079.400.6500.588.0.5510.5320.8300.8210.8150.8130.7880.7800.7740.772988108611501186  為設(shè)計(jì)洪水位為校核洪水位圖9按表1及表2的數(shù)據(jù)繪制庫(kù)水位與溢洪道流量曲線于圖三繪制庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的溢洪道水面曲線水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為42.07米，由

6、表2知相應(yīng)閘上水頭為9.07米及相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為1150米 秒。溢洪道水面曲線由閘門后水平段、第一斜坡段及第二斜坡段上的水面曲線所組成?，F(xiàn)分別計(jì)算各段的水面曲線。（一）   （一）   門后水平段由圖15.7閘門后水平段長(zhǎng)度為14.1米。當(dāng)庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，由表2知垂向收縮系數(shù) =0.815，故閘門后收縮斷面水深 = e=0.815×5.0=4.08米閘孔單寬流量 米3/秒/米臨界水深 = =5.31米因 ，閘后水平段水面曲線為 型壅水曲線。收縮斷面至閘門的水平距離為2.5e=2.5×5.0=12.5 米，已接近水平段末端， 曲線長(zhǎng)

7、僅1.6米，不必計(jì)算。參照 值，取水平段末端水深為4.1米。（二）   （二）   第一斜坡段1、判別底坡類型。 先求正常水深 ：底坡 0.01，底寬 34米，矩形斷面邊坡系數(shù) 0 ，糙率n0.014，均勻流流量模數(shù) K 11500米 /秒  =76.7由附錄圖解查得 0.0785，則 0.0785B =0.0785×34=2.67米 再求臨界水深 ：     表15.10h(米)A(米 )(米)R(米)R (米 )C(米 秒)v(米/秒)(米)E (米)4.104.003.903.803.70

8、3.603.50139.4136.0132.6129.2125.8122.4119.042.242.041.841.641.441.241.03.3033.2383.1723.1063.0392.9712.9021.2201.2161.2121.2081.2041.1991.19487.1786.8886.5886.2885.9685.6485.318.2508.4568.6738.9019.1419.3959.6643.4733.6483.8384.0424.2644.5044.7657.5737.6487.7387.8427.9648.1048.265(米)(米/秒)(米)(米 秒) &#

9、160;  (米)(米)0.0750.0900.1040.1220.1400.1618.3538.5658.7879.0219.2689.5303.2713.2053.1393.0733.0052.93787.0386.7386.4386.1285.8085.480.002820.003040.003290.003560.003880.004230.007180.006960.006710.006440.006120.0057710.4512.9315.5018.9422.8827.9010.4523.3838.8857.8280.70108.60  表15.11h(米)A

10、(米 )(米)R(米)R (米 )C(米 秒)v(米/秒)(米)E (米)3.533.202.802.402.001.90120.0108.895.281.668.164.641.0640.439.638.838.037.82.9232.6932.4122.1031.7891.6931.1961.1791.1581.1321.1021.09285.4184.2582.7280.8578.7077.989.58310.5712.0814.0916.9117.804.6865.7007.44510.13314.59216.1698.1268.90010.24512.53316.59218.069&

11、#160; (米)(米/秒)(米)(米 秒)    (米)(米)0.6841.3452.2884.0591.47710.07711.32513.08515.50017.3552.8082.5532.2581.9461.74184.8383.4981.7979.7878.340.005030.007210.011340.019400.028190.1620.1590.1550.1470.1384.228.4614.7627.6110.704.2212.6827.4455.0565.75  = =33.8米 /秒/米求得 5.04米。因 < ，底坡為陡

12、坡。 2、水面曲線計(jì)算。 用分段法計(jì)算水面曲線。應(yīng)用的公式為：  因?yàn)槭嵌钙?，以第一斜坡段起始斷面為控制斷面，以該斷面水深（即閘后水平段末端水深） 4.1米為控制水深，然后假設(shè)下游斷面水深 ，計(jì)算相應(yīng)的距離 。這樣逐段進(jìn)行計(jì)算，即可求得水面曲線。計(jì)算結(jié)果列于表15.10。第一斜坡段長(zhǎng)度為100米，根據(jù)15.10中的數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得其末端水深為3.53米。（三）   （三）   第二斜坡段 因底坡 0.01，故為陡坡。 第二斜坡水平長(zhǎng)度為60米，始末高程差=32.022.0=10.0米，則第二斜坡段長(zhǎng)度= 米 以第一斜坡段末端水深h=3.53米作

13、為第二斜坡段的控制斷面水深，再用分段法計(jì)算該段的水面曲線。其計(jì)算結(jié)果列于表15.11。用內(nèi)插法求得第二斜坡段水深為1.954米。 根據(jù)表15.10和表15.11的水面曲線計(jì)算結(jié)果即可確定溢洪道邊墻高度。由于第二斜坡段上水流流速較大，水中可能摻氣，在確定邊墻高度時(shí)應(yīng)考慮由于摻氣增加的水深，一般可增加純水水深的20%。 四、計(jì)算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)挑距，并核算沖刷坑對(duì)建筑物安全的影響（一）計(jì)算最大沖刷坑的深度T先計(jì)算沖刷坑最低高程計(jì)算高程=下游水位沖刷坑水深 ，而 可按下式計(jì)算： =1.25 式中q為單寬流量；Z為上下游水位差，而上、下游水位可根據(jù)流量分別由圖15.9及圖15.8查得。

14、設(shè)一系列流量值，求出一系列相應(yīng)的沖刷坑高程，繪制沖刷坑高程與流量關(guān)系曲線，即可找出沖刷坑最低高程及相應(yīng)流量。計(jì)算結(jié)果列于表15.12。按表15.12的數(shù)據(jù)繪制沖刷坑高程及流量關(guān)系曲線于圖15.10。由圖查得沖刷坑最低高程為6.3米，相應(yīng)的流量為940米 /秒。 表15.12(米 /秒)q（米 /秒/米） 庫(kù)水位(米)下游水位(米)Z(米)(米)沖刷坑高程(米)1150100090080070050030033.829.426.523.520.614.78.85.615.425.15. 4.854.543.832.9742.0740.5540.0339.5038.9337.7036.3

15、622.020.720.019.519.018.016.920.0719.8520.0320.0019.9319.7019.462.122.112.1152.1152.112.1052.1015.4014.3213.6212.8311.9810.087.806.606.386.386.677.027.929.10  由圖15.7知挑流坎末端地面高程為18.0米，則沖刷坑最大深度為T=地面高程沖刷坑最低高程=18.06.3=11.7米（二）   （二）   計(jì)算最大沖刷坑深度相應(yīng)挑距L 根據(jù)式12.15，挑距L （挑流坎末端至沖刷坑最低點(diǎn)的水平距離）=L ，而挑流坎末端至水股入水點(diǎn)的距離L 按式（12.14）計(jì)算：  已知挑射角 25°；相應(yīng)于最大沖刷坑深度的流量 940米 /秒，相應(yīng)于此流量的庫(kù)水位和下游水位分別由圖15.9和15.8查得為4