溢流坝段设计

1、溢流坝段设计一、孔口设计1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用wes曲线。1、设计依据溢洪道设计规范（sl253-2002）2、基本资料调洪演算成果汇总表工况上游水位（m）下泄流量（m3/s）下游水位(m)正常605.00179.30572.83设计609.451248.39576.29校核610.971831.76577.540.2r2=0hd1=r3=0.04hd0

2、.hd有上述资料可得出hmax=5.97m。3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中hd为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头hmax的75%到95%计算，本设计采用80%倍的hmax，所以hd=4.78m。上游堰高p1=42m1.33hd=6.35m，所以本设计为高堰流量系数md=0.502。1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：0.282hd=1.348mr1=0.50hd=2.39m0.276hd=1.319mr2=0.20hd=0.956m0.175hd=0.837mr3=0.04hd=0.191m曲线参数计算表0.282hd0.276hd0.175hd

3、xr50y()=0.5()y2)、下游曲线段下游曲线段计算公式为：xn=khn-1yd式中：hd为堰面曲线定型设计水头；x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标；n与上游堰坡有关；kkk当p1/hd1.0时，值由规范查取，当p1/hd1.0时，取2.0到2.2。上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；p1/hd=8.81.0，所以由规范查的k=2.0。综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：1.85xhdhd经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示：xyxy0.500.0374.001.7191.000.1324.502.1371.500.2805.002.5972.000.4775.503.0

4、982.500.7216.003.6393.001.0106.504.2203.501.3437.004.8404.001.7197.505.4994.502.1378.006.1973）、中间直线段直线段与曲线段的切点计算如下所示：ddyx1.85x0.851=-=-2h0.850.7d代入数据计算可得：4x=7.97my=6.15mtt4）、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径r=(410)h0，式中h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。反弧段最低点流速：v=j2gh0式中：为堰面流速系数，由长江流域

5、规划办公室提供的公式初步确定为：j=(1-0.055/ke0.5)1/3=(1-0.055/0.2778)1/3=0.93则v=j2gh=0.9329.81(610.97-579)=23.29m/s0水深h=cq1836.765m=1.5m9vb23.251反弧段半径r=(410)h0，本设计反弧段流速为23.29m/s16m/s，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取r=6.42h0=9.95m。综上所述，溢流面初步拟定的剖面如下图所示:堰顶高程605m0.70:g11:鼻坎高程579m.11地基高程563m4、消能防冲设计本设计采用挑流消能，挑流鼻坎采用连续式鼻坎；挑射

6、角规范要求在到之间，本设计取挑射角；反弧段半径r规范要求取（410）h0，h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深；鼻坎高程规范要求高于下游最高水位12m，本设计下游最高水位577.54m，鼻坎高程取为579.00m。1）、挑射距离计算由于冲坑最深点大致落在水舌外缘的延长线上，故跳射距离可按下式估算：l=1v2sinqcosq+vcosqv2sin2q+2g(h+h)1112式中：l为水舌挑射距离；v1为坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即：v=1.1j2gh10式中：h0为库水位至坎顶的落差，为堰面流速系数；h1为坎顶平均水深在铅直方向的投影，即h1=hcos；h2为

7、坎顶至河床面高差。由上面计算可得v=23.29m/s，所以v1=1.123.29=25.62m/s；h1=1.55cos=1.34m；h2=579-563=16m；把这些数值代入挑射距离的计算公式有：l=68.79m2）、冲坑深度计算最大冲坑深度的数值与很多因素有关，特别是河床的地质条件，目前估算公式很多，设计规范推荐按下式计算：t=aq0.5h0.25k式中:tk为冲坑深度；q为单宽流量；h为上下游水位差；为冲刷系数根据规范本设计取为0.8。代入数值计算得：tk=11.54ml/tk=5.965，不会对坝体安全造成威胁所以满足挑流设计要求。5、底孔设计底孔主要作为排沙孔，也有宣泄洪水、防空水

8、库的功能。底孔设在非溢流坝段，进口中心线高程580.00m，空口尺寸33m。本设计底孔为有泄进水孔，包含进口段、空身段和出口段。工作闸门布置在出口，闸门采用平板闸门。事故检修闸门设在进口段之后，检修闸门也采用平板闸门。1）、进口段进口段曲线应满足下列要求：减小局部水头损失，提高泄流能力；控制负压防止空蚀。进口曲线常采用1/4椭圆，其方程为：x2y2+=1a2(aa)2椭圆长轴（x轴）多与孔轴平行。对于矩形断面的泄水孔的顶面曲线，a为孔高，采用1/31/4；空口两侧壁曲线也用椭圆曲线，a为孔宽，采用1/4；进口段底部边界线采用圆弧。进口段的中心线，一般布置成水平。根据上述要求，进口段顶面取1/3

9、，其曲线方程为：x29+y2=1两边侧壁的曲线方程为：x2y2+=190.56252）、空身段空身段采用圆形断面，直径为3m。3）、渐变段本设计有压泄水孔断面为圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便水流平顺过渡，防止负压和空时产生。渐变段可采用在矩形的四个角上加圆弧的办法过渡，本设计工作闸门不知在出口，所以在出口段也需要设置渐变段。渐变段工作复杂，不宜太长，一般采用洞身直径的1.52倍，边壁收缩率在1:51:8之间。在坝身有压泄水孔末端，水流从压力流突然变成无压流，引起出口附近压力降低，容易产生顶部负压，所以在出口常设1:101:5的斜坡，面积收缩率为0.850.90。根据上述要求，渐变段长度

10、取洞身长度直径的1.5倍，l=4.5m；边壁收缩率1:8；出口段顶部设1:10的斜坡，面积收缩率为0.85。6、水面线计算1）、堰顶部分坝顶头部水面线坐标x/hd和y/hd可查水工设计手册第六卷.泄水与过坝建筑物p6-181表27-2-5进行插值计算。hd=4.78m，h/hd=1.25，具体计算过程如下表所示：x/hd-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.21.41.61.8y/hd-1.166-1.153-1.141-1.148-1.167-1.024-0.878-0.754-0.625-0.485-0.324-0.1470.0610.2840.293x-4.

11、780-3.824-2.868-1.912-0.9560.0000.9561.9122.8683.8244.7805.7366.6927.6488.604yh/hd=1.00h/hd=1.33-5.573-0.950-1.235-5.511-0.940-1.221-5.455-0.929-1.209-5.488-0.930-1.218-5.577-0.925-1.244-4.897-0.779-1.103-4.195-0.651-0.950-3.605-0.545-0.821-2.988-0.425-0.689-2.318-0.285-0.549-1.549-0.121-0.389-0.701

12、0.067-0.2150.2920.286-0.0111.3570.5210.2081.4020.7790.138sina坝头部水面线计算表2）、直线部分的不掺气水面线求解切点坐标（xt，yt）已经确定为（7.97，-6.154）。求曲线长度lc,t，查水工设计手册第六卷泄水与过坝建筑物图27-2-5，得lc,t/hd=2.08，所以lc,t=9.94m。求直线段长度ls，从切点到直线上任意一点（xi，yi）的距离计算公式为：y-yl=its,i=0.02()-0.1，式中k取0.45mm。式中:sin=0.82。从堰顶曲线起点到点（xi，yi）的距离l=lc,t+ls,i。计算边界层厚度。公

13、式为：dllk列表计算如下所示:yi6.157.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0022.83yt6.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.156.15sin0.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.820.82ls,i0.001.032.253.474.695.917.138.359.5710.7912

14、.0113.2314.4515.6716.8918.1019.3220.34lc,t9.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.949.94l9.9410.9712.1913.4114.6315.8517.0718.2919.5120.7321.9523.1724.3925.6126.8328.0429.2630.280.150.160.180.190.210.220.240.250.270.280.300.310.330.340.360.370.390.40边界层厚度计算表势流水深hp试算，试算公式为：h

15、+y=hcosa+ipq22gh2p失算过程如下：对于每一个yi，假定一个hp，通过计算得到另一个hp值，再将得到的数值代入，依次进行下去，直到获得两个相等的数值为止。现以yi=6.154为例，试算如下表所示：yi6.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.1546.154hphp2*cos/(h+yi)3.0000.4262.2340.2362.6640.3362.3720.2662.5530.3092.4330.2802.5100.2982.4600.2862.4920.

16、2942.4710.2892.4840.2922.4760.2902.4810.2912.4780.2912.4800.2912.4780.2912.4790.2912.4790.291q2/2ghp(h+yi)1.8082.4282.0362.2872.1252.2292.1612.2052.1772.1952.1832.1912.1862.1892.1872.1892.1882.188hp2.2342.6642.3722.5532.4332.5102.4602.4922.4712.4842.4762.4812.4782.4802.4782.4792.4792.479差值0.766-0.43

17、00.292-0.1810.120-0.0760.050-0.0320.021-0.0140.009-0.0060.004-0.0020.002-0.0010.0010.000势流损失hp试算表由上表可以看出，yi=6.154时，hp的试算结果为2.479。按照这样的方法，最终的试算结果如下表所示：yi6.157.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0022.83hphp2*cos/(h+yi)2.4790.2912.3810.2512.2790.2132.1900.1842.1110

18、.1602.0400.1411.9760.1251.9180.1111.8660.1001.8170.0901.7710.0821.7300.0751.6910.0681.6550.0631.6210.0581.5890.0541.5580.0501.5350.047q2/2ghp(h+yi)2.1882.1302.0662.0061.9511.9001.8521.8071.7651.7261.6901.6551.6221.5911.5621.5351.5091.488hp2.4792.3802.2792.1902.1112.0401.9771.9191.8651.8161.7721.7301.6911.6541.6201.5881.5591.535势流损失hp试算汇总表正交于坝面的坝面水深h=hp+0.18所以将上述计算综合得出正交于坝面，的坝面水深h如下表所示：yi6.1547.0008.0009.00010.00011.00012.0001