溢洪道設計實例

1、溢洪道設計實例黑龍江農墾林業(yè)職業(yè)技術學院1、進水渠進水渠是將水流平順引至溢流堰前。采用梯形斷面，底坡為平坡，邊坡采用1：1.5。為提高泄洪能力，渠內流速<3.0m/s，渠底寬度大于堰寬，渠底高程是360.52m。進水渠斷面擬定尺寸，具體計算見表1。表1水位（mm）泄量（m3/s）H(m)B(m)計算公式（假設=2m/s）設計校核363.62364.815408003.14.2982.486.7Q=A, A=(B+mh)hA過水斷面積；B渠底寬度由計算可以擬定引渠底寬B=90米（為了安全）進水渠與控制堰之間設20米漸變段，采用圓弧連接，半徑R=20m，引渠長L=150米。2、控制段其作用是

2、控制泄流能力。本工程是以灌溉為主的小型工程，采用無閘控制，溢洪道軸線處地形較好，巖石堅硬，堰型選用無坎寬頂堰，斷面為矩形。頂部高程與正常蓄水位齊平，為360.52m。堰厚擬為30米（2.5H<<10H）。坎寬由流量方程求得，具體計算見表2。表2(忽略行近水頭2/2g)水 位(m)泄 量（m3/s）H0(m)計算公式及符號意義b(m)設計洪水位363.625403.1 式中m流量系數，等于0.364；H0堰上水頭，不包括行進水頭；Q泄量；b控制堰寬。61.56校核洪水位364.818004.2956.02由計算知，控制堰寬取b=65m為宜。3、泄槽泄槽是渲泄過堰洪水的，槽底布置在基巖

3、上，斷面必須為挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。為適應地形、地質條件，泄槽分收縮段、泄槽一段和泄槽二段布置。據已建工程擬收縮段收縮角=12°，首端底寬與控制堰同寬，b1=65m,末端底寬b2擬為40m，斷面取為矩形，則漸變段長，取整則L1為60m，底坡。泄槽一段上接收縮段，下接泄槽二段，擬斷面為矩形，寬b=40m，長L2為540m，底坡。泄槽二段斷面為寬40m的矩形，長L3為80m，底坡。4、出口消能溢洪道出口段為沖溝，巖石比較堅硬，離大壩較遠，采用挑流消能，水流沖刷不會危及大壩安全。5、尾水渠其作用是將消能后的水流，較平穩(wěn)地泄入原河道。為了防止小流量產生貼流，淘刷鼻坎，鼻坎下游設

4、置長L=10m護坦。1、溢流堰泄流能力校核：當引渠很長時，水頭損失不容忽視。（1）基本公式如下：； ； ； 。式中，hj局部水頭損失，米； hf沿程水頭損失，米； 局部水頭損失系數； 引渠流速，m/s；g重力加速度（m/s2）; L引渠長度，米；動能系數，一般為1.0； C謝才系數；R水力半徑，米； A過水斷面面積，米2；x濕周，米； n引渠糙率；式中，淹沒系數，取1.0； 無坎寬頂坎的流量系數；b 堰寬，m； H0包括行近流速水頭的坎上水頭，m；Q流量，m3/s。求堰前水深和堰前引水渠流速采用試算法，聯(lián)立公式可求得，具體計算見表1。表1計算情況泄量QH0h假設試算設計水位校核水位363.62

5、364.815408002.993.892.783.622.02.32.062.32由計算表中流速可知，均小于3m/s，滿足要求。求引渠總水頭損失。， ， ；式中）。具體計算成果見表2。表2計算情況hhjAxRnLhf設計校核2.783.622.02.30.200.270.020.027261.79345.46100.02103.052.623.353.615.010.0160.0161501500.0370.0350.0570.062作出庫水位流量關系。 庫水位=堰頂高程+堰上水頭+水頭損失，具體計算見表3。表3Q(m3/s)H0(m)(m)堰頂高程（m）庫水位(m)5406508002.9

6、93.143.890.0570.0620.062360.52360.52360.52363.567363.722364.4722、溢洪道水面曲線計算（1）基本公式如下：；式中 hk臨界水深，m； b泄槽首端寬度，m；Q槽內泄量，m3/s； g重力加速度，m/s2;q單寬流量，m3/s.m; ik臨界坡降； BK相應臨界水深的水面寬，m；AK,XK,RK,CK臨界水深時對應的過水斷面積（m2）、濕周（m）、水力半徑（m2）、謝才系數。E1+iL=E2+hf; ；式中 E11-1斷面的比能，m；E22-2斷面的比能，m；h1，h21-1及2-2斷面水深，m；1-1及2-2斷面平均流速，m/s；hf

7、沿程水頭損失，m；iL1-1及2-2斷面的底部高程差，m；L斷面間長度，m；n泄槽糙率；兩斷面間平均流速，m/s；兩斷面間平均水力半徑，m。（2）漸變段水面線計算臨界水深hk及臨界底坡ik漸變段首端寬b1=65米，尾端寬b=40米，斷面為矩形。具體計算見表4表4計算情況QBKqKhKAkxkRKCK設計水位校核水位54080065658.3113.311.922.49124.8161.8568.8469.981.812.3169.0071.860.002180.00204漸變段，故屬陡坡急流， 槽內形成b型降水曲線。屬明渠非均勻流計算。漸變段水面線計算首端斷面水深為臨界水深hk，具體計算見表5

8、。表5計算情況Qh1q1A1x1R1V1E1i1設h2q2A2設計水位校核水位5408001.922.498.3113.31124.8161.8568.8469.981.812.314.334.942.883.740.020.022.753.513.520110140X2R2V2E2I2LnhfE1+ilE2+hf45.5472.422.994.915.713.985.160.020.022.050.584.605.3060600.0160.0160.120.124.084.944.105.28由計算得漸變段末端水深分別為h設=2.75米，h校=3.5米(3) 泄槽一段水面線計算匯槽一段斷面為

9、矩形，寬40m，長540m，臨界水深hk和臨界坡降ik具體計算見表6。表6計算情況QBKqKhKAkxkRKCK設計水位校核水位540800404013.5202.653.44106137.645.346.882.342.9472.0174.810.002140.00205，故泄槽一段屬急流，按陡槽計算。泄槽一段末端水深（正常水深h0）采用試算法。具體計算見表7表7計算情況Qbi設hoA0X0R0C0設計水位校核水位54080040402.032.681.210444.0645.21.842.369.4971.817619.8311326.15539800.88經試算，設計水位時，h0=2.0

10、3米 ; 校核水位時，h0=2.6米。泄槽一段水面線計算采用分段求和法，按水深進行分段，具體計算見表8。(4)泄槽二段水面線計算泄槽二段斷面為矩形，寬40m，長80m，底坡。表8計算情況斷面h0(m)A(m2)V(m/s)V2/2g(m)Es(m)Es(m)X(m)R(m)L(m)設計水位1-12.651065.091.323.970.0145.32.3472.010.0022030.0027973.583.582-22.601045.191.373.9845.22.371.810.020.00250.0025811.583-32.45985.511.554.0044.92.1871.170.

11、060.0030440.00145630.6742.254-42.30925.871.764.0644.62.0670.50.010.0037500.0012580122.255-52.15866.282.014.1644.31.9469.80.130.0045670.000433300.23422.286-62.0381.26.652.264.2944.061.8469.19校核水位1-13.51405.711.675.1660.003472.9874.970.0020880.0029121.031.032-23.351345.971.825.16946.72.8774.500.0240.0

12、024050.0025959.2510.283-33.201286.251.995.19346.42.7674.020.0750.0028630.00213735.1045.384-43.001206.672.275.268462.6173.330.1350.0035320.00146891.96137.345-52.81127.142.605.40345.62.4672.600.2160.0044310.000569379.61516.956-62.61047.693.025.61945.22.3071.81求臨界底坡ik，控制斷面水深ho(正常水深)。因泄槽二段同泄槽一段流量、形狀、斷面尺

13、寸相同，故臨界底坡和臨界水深不變。設計水位時，ik=0.00214；校核水位時，ik=0.00205。，屬陡坡急流，按陡槽非均勻流計算?？刂茢嗝嫠頷0用試算法，具體計算列于表9。表9計算情況Qbi設hoA0X0R0C0設計水位校核水位54080040400.760.9630.438.441.5241.920.730.9259.3461.591541.172268.59545802經試算，設計水位時，h0=0.76米 ; 校核水位時，h0=0.96米。泄槽二段水面線計算泄槽二段首端控制水深，設計水位時h=2.03米；校核水位時，h=2.6米。采用分段求和法計算水面曲線，具體計算見表10。 表中

14、僅推到泄槽二段末端，若推到正常水深時，陡槽長已超過設計長度，這是不切實際的。故泄槽二段內不產生正常水深。由計算知末端水深在設計水位時為h=0.93米 ;在校核水位時為h=1.29米。表10計算情況斷面h(m)A(m2)V(m/s)Es(m)Es(m)X(m)R(m)L(m)設計水位1-12.0381.26.654.2860.28144.061.8469.200.0058380.1191622.362.362-21.85747.304.56743.71.6968.230.360.0077500.117252.995.353-31.70687.944.91743.41.5767.360.760.0

15、108540.1141466.2711.624-41.50609.05.63343.01.4066.071.1690.0167890.10821110.8022.425-51.305210.386.80242.61.2264.611.9830.0279060.09709420.4242.846-61.104412.278.78542.21.0462.942.8960.481990.07680137.7180.557-70.9337.214.5211.68141.860.8961.28校核水位1-12.61047.695.6190.32445.22.3071.810.0056720.119328

16、2.722.722-22.4968.335.94344.82.1470.960.4740.0074080.1175924.036.753-32.2889.096.41744.41.9870.050.6850.0099130.1150875.9512.704-42.08010.07.10244.01.8269.050.9970.0136850.1113158.9621.665-51.87211.118.09943.61.6567.951.4730.0196370.10536313.9835.646-61.66412.509.57243.21.4866.732.2400.0294870.09551

17、323.4559.097-71.45614.2911.81242.81.3165.361.7420.0417460.08325420.9280.018-81.2951.615.5013.55442.581.2164.53（5）溢洪道水面曲線成果及護砌高度計算溢洪道水面線是為確定邊墻高度、邊墻及襯砌底板的結構設計和下游消能計算提供依據。溢洪道邊墻高度計算公式為：式中 h不摻氣時水深，m；hb當流速大于78m/s時摻氣增加水深，m；安全超高，設計時取1.0，校核時取0.7, m；H邊墻高度，m。邊墻高度計算引水渠邊墻高見表11表11(v<78m/s) 參 數情 況h(m)(m)H=h+(m)

18、設計水位校核水位2.783.621.00.73.784.12控制堰邊墻高度與引渠等高。設計水位時，邊墻高度H=3.78米；校核水位時，邊墻高度H=4.12米。收縮段邊墻高度具體計算見表12。收縮段最大流速v=5.71米/秒<78米/秒，不考慮摻氣所增加水深，故H=h+。泄槽一段邊墻高度具體計算見表13。泄槽二段邊墻高度具體計算見表14。表12計算情況斷面斷面距漸變斷首端距離（m）計算水深h(m)超全超高（m）邊墻高度H（m）設計水位首端尾端0601.922.751.01.02.923.75校核水位首端尾端0602.493.50.70.73.194.20表13計算情況斷面斷面距離槽首端距離

19、（m）計算水深h(m)流速v(m/s)(m)(m)H(m)設計水位1-12-23-34-45-56-603.5811.5842.25122.25422.282.752.602.452.302.152.031.01.01.01.01.01.03.753.63.453.33.153.03校核水位1-12-23-34-45-56-601.0310.2845.38137.34516.953.53.353.203.02.82.66.677.147.690.200.200.70.70.70.70.70.74.24.053.93.73.73.5表14計算情況斷面斷面距離槽首端距離（m）計算水深h（m）流速v

20、(m/s)(m)(m)H(m)設計水位1-12-23-34-45-56-67-702.365.3511.6222.4242.8480.552.031.851.701.501.301.100.936.657.307.949.010.3812.2714.520.1350.1350.1350.1350.1350.1351.01.01.01.01.01.01.03.032.992.842.642.442.242.07校核水位1-12-23-34-45-56-67-78-802.726.7512.7021.6635.6459.0980.012.62.42.22.01.81.61.41.297.698.339.091011.1112.514.2915.500.200.200.200.200.200.200.200.200.70.70.70.70.70.70.70.73.53.33.12.92.72.52.32.19(6)出口消能計算溢洪道出口消能計算的任務是：估算下泄水流的挑射距離；選擇挑