河溢洪道水力計(jì)算（44頁(yè)清楚明了）

1、3 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(mén)控制泄流量，如圖17.7所示，溢洪道共三孔，每孔凈寬10米。閘墩墩頭為尖圓形，墩厚2米，翼墻為八字形.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38.0米。閘門(mén)圓弧半徑為7.5米，門(mén)軸高程為38.00米。閘后接第一斜坡段，底坡i1=0.01，長(zhǎng)度為100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i2=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。上述兩斜坡段的斷面均為具有鉛直邊墻，底寬的矩形斷面。其余尺寸見(jiàn)圖7。溢洪道用混凝土澆筑，糙率n=0.014 。溢洪道地

2、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)洪水位為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(xiàn)見(jiàn)圖17.8。當(dāng)溢洪道閘門(mén)全開(kāi)，要求：1.繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線(xiàn)；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(xiàn)；3.計(jì)算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)的挑距。圖17.7二、繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線(xiàn)（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：閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，閘孔高度：則堰流和孔流分界時(shí)的相應(yīng)水頭為：所以，堰流和孔流的分界水位即：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 因閘后為陡坡段，下游水位較低，不致

3、影響堰的過(guò)水能力，其流量可按寬頂堰自由出流流量公式（8.11）計(jì)算：式中溢流寬度因溢洪道上游為水庫(kù)， ，則溢洪道進(jìn)口為上游面傾斜的寬頂堰，上游堰高斜面坡度為1：5，則 （為斜面與水平面的夾角）寬頂堰流量系數(shù)m可按 及由表9.4查得側(cè)收縮系數(shù)按式（9.12）計(jì)算：其中孔數(shù)n=3 ；對(duì)尖圓形閘墩墩頭，；對(duì)八字形翼墻， 設(shè)一系列庫(kù)水位，計(jì)算相應(yīng)的H,m ,和 Q,計(jì)算成果列于表8。表8 35.02.02.832.50.3820.98414237.04.08.001.250.3830.96539439.06.014.700.830.3830.95271340.77.721.360.650.3840.9

4、381024 （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(mén)下自由孔流流量公式計(jì)算：已知 ； ；自由孔流流量系數(shù) ， 由表9.14取閘孔流速系數(shù) ，垂向收縮系數(shù) 按式計(jì)算： 其中系數(shù)而門(mén)底（即胸墻底）圓弧半徑則: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17.9.表17.9備 注40.707.700.6500.8300.78898841.508.500.5880.8210.780108642.079.070.5510.8150.7741150為設(shè)計(jì)洪水位42.409.400.5320.8130.7721186為校核洪水位 按表17.8及表17.9的數(shù)

5、據(jù)繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線(xiàn)于圖17.9.三、繪制庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的溢洪道水面曲線(xiàn) 水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為42.07，由表17.9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3/秒。溢洪道水面曲線(xiàn)：閘門(mén)后水平段第一斜坡段第二斜坡段現(xiàn)分別計(jì)算各段的水面曲線(xiàn)十二條水面曲線(xiàn)十二條水面曲線(xiàn)十二條水面曲線(xiàn)十二條水面曲線(xiàn)十二條水面曲線(xiàn)水面曲線(xiàn)計(jì)算方法分段求和法水力指數(shù)法數(shù)值積分法（一）閘門(mén)后水平段1、判斷水面曲線(xiàn)形式由圖17.7知閘門(mén)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17.9知垂向收縮系數(shù) =0.815故閘門(mén)后收縮斷面水深閘孔單寬流量臨界水深 因 ，閘后水平段水面曲線(xiàn)為 型

6、壅水曲線(xiàn)。（一）閘門(mén)后水平段收縮斷面至閘門(mén)的水平距離約為已接近水平段末端， 曲線(xiàn)長(zhǎng)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）第一斜坡段1.判別底坡類(lèi)型底坡的類(lèi)型：正坡（i0） 平坡（i=0） 負(fù)坡（i0）正坡的類(lèi)型：陡坡（iik）-h0hk，N-N在K-K線(xiàn)之下 臨界坡（i=ik）- h0=hk，N-N與K-K線(xiàn)重合 緩坡（iik）- h0hk，N-N在K-K線(xiàn)之上先求正常水深 h0 :底坡i1=0.01 ，底寬B1=34米 ，矩形斷面邊坡系數(shù)m=0，糙率n=0.014，均勻流流量模數(shù)由附錄圖解查得 ，則H0=0.0785B=0.078534=2.67(米)再求臨界水

7、深hk :求得hk=5.04(米) 。因h0hk ，故底坡為陡坡（iik）。2.用水力指數(shù)法計(jì)算水面曲線(xiàn) 因第一斜坡段控制斷面水深(即閘后水平段末端水深)，則水力指數(shù)水面曲線(xiàn)按下式計(jì)算：式中 ； 按 及 值由附錄表查得。設(shè)一系列 h值，計(jì)算相應(yīng)的 及 值。 計(jì)算成果列于表17.10.第一斜坡段長(zhǎng)100米，用內(nèi)插法求得其末端水深為3.85米。如：h1=4.1m, h2=4.0m1=h1/h0=4.1/2.67=1.5362=h2/h0=4.0/2.67=1.498(1)=0.240(2)=0.255=1.498-1.536=-0.038()=0.255-0.240=0.0155.15()=5.1

8、50.015=0.0773+5.15()=-0.038+0.0773=0.0393l=267+5.15()=2670.0393=10.49(m)表17.10 4.104.003.903.804.003.903.803.701.5361.5001.4611.4251.5001.4611.4251.3860.2400.2550.2720.2900.2550.2720.2900.313-0.036-0.075-0.111-0.1500.0140.0310.0490.0720.07210.15970.25200.37100.03610.08470.14100.22109.6022.637.659.09

9、.6032.269.8128.8（三）第二斜坡段因底坡i2=1/6，i2i1，故第二斜坡段為陡坡。第二斜坡段水平長(zhǎng)度為60米，始末高程差= 32-22=10（米），則第二斜坡段長(zhǎng)度=（602+102）1/2=60.8(米)以第一斜坡段末端水深h=3.85m作為第二斜坡段的控制斷面水深，用水力指數(shù)法計(jì)算該段的水面曲線(xiàn)。省略計(jì)算過(guò)程，其計(jì)算成果列于表17.11.用內(nèi)插法求得第二斜坡段末端水深為1.98米。表17.113.853.403.002.602.202.003.403.002.602.202.001.904.105.0012.420.316.212.14.109.1021.541.858.0

10、70.1 根據(jù)表17.10和17.11的水面曲線(xiàn)計(jì)算成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，并核算沖坑對(duì)建筑物安全的影響（一）計(jì)算最大沖刷坑深度T1、先計(jì)算沖刷坑最低高程沖坑高程=下游水位-沖坑水深tp而tp可按下式計(jì)算：式中 q為單寬流量；Z為上下游水位差，可根據(jù)流量分別由圖17.9及圖17.8查得。 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(xiàn)，即可找出沖刷坑最低高程及相應(yīng)流量。計(jì)算成果列于表17.12.按表17.12

11、的數(shù)據(jù)繪制沖刷坑高程與流量關(guān)系曲線(xiàn)于圖17.10.由圖查得沖刷坑最低高程為6.3米，相應(yīng)的流量為 .表17.12115033.85.6142.0722.020.072.1215.406.60100029.45.4240.5520.719.852.1114.326.3890026.55.1540.0320.020.032.11513.626.3880023.54.8539.5019.520.002.11512.836.6770020.64.5438.9319.019.932.1111.987.0250014.73.8337.7018.019.702.10510.087.923008.82.9736.3616.919.462.107.809.10 由圖17.7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-沖坑最低高程 =18.0-6.3=11.7米（二）計(jì)算最大沖刷坑深度的相應(yīng)挑距L2 挑流坎末端至沖坑最低點(diǎn)的水平距離=L1+l1、計(jì)算L1 已知挑射角=25；相應(yīng)于最大沖刷坑深度的流量Q=940m3/s ；相應(yīng)于此流量的庫(kù)水位和下游水位分別由圖17.9和17.8查得為40.25米和20.35米；則上下游水位差Z=40.25-20.35=19.90(m);庫(kù)水位與挑流坎坎頂高差s=