圍堰設(shè)計計算書

一、導(dǎo)流水力學(xué)計算1.一期導(dǎo)流水力學(xué)計算1.1一期圍堰堰前最高設(shè)計擋水位的計算本要素按束窄河床水力學(xué)進行計算確定已知，設(shè)計擋水流量Q=16000m3/s，設(shè)計過水流量17100m3/s。查天然河床水位流量關(guān)系曲線表Q=16000截流堰前水位壅高位按下列公式試算求得：式中：φ——流速系數(shù)，其值與圍堰的布置形式有關(guān)Q——泄流量（m3/s）g——重力加速度B1——堰址上游4~5倍水深處河床水面寬度A0——原過流面積（m2），A1——圍堰占壓面積（m2）h——下游水深（m）Z——水位壅高值（m）(1)一期圍堰的布置型式為梯形加翼堰，取流速系數(shù)φ=0.85~0.90。(2)天然狀態(tài)下，Q=16000m3/s時，壩址水位42.66，相應(yīng)過流面積A0=11155.8087m2A0-A1=4363.5519m2(3)查圍堰布置知B1=985m，水深h=14.1m附圖取φ=0.85時，試算得Z=0.95φ=0.90時，試算得Z=0.847m，(4)對比壩址與壩軸線下游405m處的水位-流量關(guān)系曲線，知壩址段的水面坡降約為1‰，天然來水量Q=16000m3故圍堰堰前靜水位=42.66+0.90+0.53=44.09m。1.2一期圍堰堰頂過流面高程計算堰頂過流按日本車間臺形堰公式計算。計算式如下：Q=φp×B×hsQ=MP×B×φp——淹沒出流的流量系數(shù)B——溢流寬度（m）Mp=0.28+0.37H/P1假定堰前水位上升到44.20m時，右汊河床過流能力為16000m3/s（偏安全考慮），則一期圍堰堰頂過流能力按17100-16000=1100按選定的流量Q=1100m3/s的過流能力求取所需的堰頂過流面頂高程。具體步驟是：擬定幾個不同的堰頂過流頂高程，得到一組過流參數(shù)φp、hs、H、P1由此計算出相應(yīng)的過堰流量Q，若Q＞1100m3/s則說明堰上具備設(shè)計過流能力。但是，對于設(shè)計流量1100m根據(jù)上述原則計算得一期上游圍堰頂高程為42.80是合適的。具體計算參數(shù)如下：該狀態(tài)下為自由出流。H=1.4m，P1=14m、B=514Mp=0.28+0.37H/P1=0.28+0.37×1.4/14附圖2：計算簡圖=0.317Q=MP×B×=0.317×514×=1194m3稍大于設(shè)計過流能力，故可行。1.3一期充水計算要解決的問題：①根據(jù)所擬定的充水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及尺寸，計算洪水翻堰前是否有足夠的時間完成基坑充水；②從開始充水的堰前水位起算，當(dāng)天然來水流量達到17100m3/s，上游水位是否超過給定的上游限制水位一期圍堰充水系統(tǒng)由堰頂充水和下游坡面泄水槽組成。一期圍堰充水口設(shè)在上游圍堰中部，充水口水流方向避開廠房，朝向11孔閘壩。擬定底板高程為42.0m，低于過流頂面80cm，寬100圍堰基坑充水為一個變水頭臺型堰泄流量計算問題，計算式較為復(fù)雜，涉及到多個函數(shù)變量。基本計算式如下：W(t)=Q(t)=Mp(t)·B·Mp(t)=0.28+0.37·H(t)/P1H(t)=α·t式中α為水位上漲函數(shù)，隨時間t發(fā)生變化。為簡化計算，選取最不利情況進行計算：當(dāng)壩址來水流量為16000m3/s，堰前水位達到不考慮短時間內(nèi)水位升高使泄流量增加的影響，則充水泄流量按下式計算：H=2.12m，B=Mp=0.28+0.37×2.12/14=0.336Q=0.336×100×=459.17m3相當(dāng)于每小時充水能為165.3萬m3。基坑35m以下充水量約179.2萬m3，約需1.1h完成充水，基坑41.20m（下游圍堰堰頂高程）以下充水量約362.5萬m3，約需2.2h完成充水。查1994年、1968年典型洪水過程知：洪峰流量由16000m3/s增加到17100m3/s所需的歷時為12h，期間水位上漲約60cm，水位上漲過程按線性變化計算，則水位上漲速率α=cm/s所以充水過程水位上漲△h=1.39×10-3×2.2×3600=11.01cm因此，偏安全假定堰前水位為43.50m開始充水，不考慮水位升高對泄流量增加的影響(堰頂過流的按臺形堰計算，采用日本車間試驗公式，流態(tài)為自由出流。Q=MPB×Mp——自流出流流量系數(shù)B——溢流寬度（m）H——堰前水頭（m）P1——堰前水深（m）Mp=0.28+0.37H/P1=0.28+0.37×1.5/14=0.319附圖3：計算簡圖B=100m，H=1.5mQ=0.319×100×=259.45m3相當(dāng)于每小時充水能為93.4萬m3，約需2h完