水利工程施工截流课程设计说明书

1、共享知识分享快乐 大渡河截流 课程设计说明书 姓名：坏痞乖男 日期：2017年2月19日 页眉内容 共享知识 分享快乐 目录 1、课程设计目的 3 2 基本资料 3 3、截流的水力计算 5 3.1 计算步骤 5 H 3.1.1 计算下游水位 下 5 3.1.2 戗堤顶部高程的确定 6 3.1.3 戗堤高度、顶长与顶宽 6 3.2 截流过程分析与水力计算 7 3.3 合龙设计流量组成 9 3.4 图解法 10 4.流态判别 16 4.1 求水深 16 4.2 求断面平均流速 17 5 截流过程的水力参数及抛投料的计算 19 5.1 计算截流过程水力参数 19 5.2 抛投料的计算 20 5.2

2、抛投料尺寸的计算 20 5.3 抛投量计算 22 页眉内容 共享知识分享快乐 水利工程施工课程设计说明书 1、课程设计目的 课程设计的主要目的是巩固和掌握课堂所学知识，培养学生运用本课程的知 识解决实际问题的能力。本次课程设计的主要内容是水利水电工程施工截流设 计。 2基本资料 大渡河上某水电工程采用单戗立堵进占，河床的剖面图见图1。戗堤处水位 流量关系见表1和图2。戗堤端部边坡系数n=1.2，截流戗堤两侧的边坡为 1:1.5。截流材料采用当地的中粒黑云二长花岗岩，容重为26kN/m3。该工程坝址 处天然水位流量关系见表1,施工导流采用左、右岸各布置一条导流隧洞导流， 左、右导流隧洞联合泄流的

3、上游水位和泄流流量关系见表2和图3。 3 流量（m/s） 250 317 410 500 1000 水位（m） 952.15 952.71 953.48 954.00 955.87 956.5 956 955.5 955 954.5 954 m 953.5 953 952.5 952 951.5 200400 600 800 1000 1200 流量（m3/s） 图2 坝址处天然水位一流量关系曲线 表2上游水位一导流隧洞泄流量关系 泄流流量（m/s） 0 150 300 410 800 1400 上游水位（m 953.00 955.40 957.03 958.00 960.66 964.12

4、图3上游水位一导流隧洞泄流量关系曲线 3、截流的水力计算 截流设计是施工导流设计重要组成部分，目前我国水利水电工程截流多采用 立堵截流，本次设计按立堵截流设计。其设计内容分为：截流水力计算、截流水 力分区和备料量设计。 截流设计流量的确定，通常按频率法确定，也即根据已选定的截流时段，米 用该时段内一定频率的某种特征流量值作为设计流量。一般地，多采用截流时段 10% 20%的月平均或者旬平均流量作为设计标准。 截流的水力计算中龙口流速的确定一般采用图解法，截流水力计算如下。 3.1计算步骤 3.1.1计算下游水位 H下 截流设计流量Qo =(270 3*1 273m3/s，计算时不考虑戗堤渗透流

5、量和 上游槽蓄流量。根据坝址处天然水位与流量关系曲线，由内插法可 知,H下工952.34m 3.1.2戗堤顶部高程的确定 截流设计流量为273m3/s，对上游水位导流隧洞泄流量关系曲线使用内插 法，可得设计流量对应水位高程为 956.74m,故取戗基高程为957m 3.1.3戗堤高度、顶长与顶宽 截流戗堤处河床底部高程为951m可求得戗堤的设计高度为7m若取河谷 两侧坡比为1:1，由河谷在高程 957m处宽度为46.9m,可求得戗堤顶部长为 48.9m，计算时按约为49m进行计算，戗堤宽度取20m通过对表3进行表上作 业，可得分流流量与上游水位关系曲线与龙口泄水曲线如图4和图5所示。 表3水位

6、与下泄流量跟龙口流量的关系 上游水位（m 设计流量（m3/s） 下泄流量（m3/s）Qd 龙口流量Qg 953 273 0.00 273.00 953.5 273 31.25 241.75 954 273 62.50 210.50 954.5 273 93.75 179.25 955 273 125.00 148.00 955.4 273 150.00 123.00 955.5 273 159.20 113.80 956 273 205.21 67.79 956.5 273 251.23 21.77 956.74 273 273.00 0.00 QdZ 下泄谕量（m3/s ） 图4上游水位与下

7、泄流量关系曲线 953 952 951 0.0050.00100.00150.00 2CQ.DQ 250.00300.00 龙口流里 图5上游水位一龙口流量关系曲线 3.2截流过程分析与水力计算 随着戗堤进占，河床断面不断束窄，上下游落差亦逐渐增大，其断面及流态 变化过程如下：1）梯形淹没流2 ）梯形非淹没流3 ）三角形淹没流4 ）三角形 非淹没流 ，即当龙口 由龙口泄水 梯形断面与三角形断面的分界点的确定： Hb二958 - 951 = 7 宽度大于14m时为梯形断面，当龙口宽度小于14m时为三角形断面。 能力计算按照宽顶堰公式计算： Q =mB、2gH 0.5 式中 m流量系数 Z 1 当

8、，为淹没流, m z 1 当-1，为非淹没流，-0,385 B 龙口平均过水宽度 梯形断面：B = B - 2nHB nH0 三角形断面：B二nH0 Ho龙口上游水头 梯形断面: Ho - z上-Z底 三角形断面：H0 =Z上-Z底- nHB - 0.5B ；n 其中：Z 龙口上下游水位差 Hb戗堤高度 n 戗堤端部边坡系数，取n -1.0 Z上一一龙口上游水位 Z底一一河道底板高程 由连续方程可得龙口流速计算公式为 Bh 淹没流时：h =hs 式中：hs 龙口底板以上的下游水深 非淹没流时：h = hc 式中：hc龙口断面的临界水深 I即淹没出流时: 对于梯形断面：h =hs 对三角形断面：

9、 h=hsHB0.5B。 n II非淹没出流时: 对于梯形断面: h =hc 对三角形断面: 3.3合龙设计流量组成 一般情况下，截流设计流量 Q0由四部分组成： Q Q Qd Qs Qac 式中，Q龙口流量； Qd分流量（分流建筑物中通过的流量）； Q戗堤渗透流量； Qac上游河槽中的调蓄流量。 由于不考虑戗堤渗透流量和上游槽蓄流量，则有：Q。二Q Qd。 联立上述方程：即可得到龙口处水力参数变化规律。 3.4图解法 分别取定龙口宽度为 B=6.5m 11.5m，16.5m, 21.5m, 26.5m, 31.5m, 36.5m, 41.5m, 46.5m时不同上游水位下的龙口泄流量和隧洞分

10、流量。由截流设计流量 358nVs，坝址处天然水位一流量关系曲线内插得设计流量下的坝址处天然水位 为952.34m,设计中截流设计流量为定值，故认为下游水位不变。龙口泄流量计 算结果见附录（附表4到附表12）。 表4B=46.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 46.5 0 1.34 0.00 0.000 31.308 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 31.308 131.33 1 2.34 0.43 0.385 31.572 192.63 1.5 2.84 0.53 0.385 31.972 260.82 2 3.34 0.60 0.385 32.37

11、2 336.81 2.5 3.84 0.65 0.385 32.773 420.34 3 4.34 0.69 0.385 33.173 511.21 3.5 4.84 0.72 0.385 33.573 609.32 4 5.34 0.75 0.385 33.973 714.55 表5B=41.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 41.5 0 1.34 0 0.000 26.608 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 26.608 111.62 1 2.34 0.43 0.385 26.608 162.34 1.5 3.84 0.39 0.385 27.80

12、8 356.66 2 3.34 0.60 0.385 26.608 276.83 2.5 3.84 0.65 0.385 26.608 341.27 3 4.34 0.69 0.385 26.608 410.05 3.5 4.84 0.72 0.385 26.608 482.91 4 5.34 0.75 0.385 26.608 559.65 表6B=36.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 36.5 0 1.34 0.00 0 21.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.38 21.31 89.38 1 2.34 0.43 0.385 21.57 131.62

13、 1.5 2.84 0.53 0.385 21.97 179.24 2 3.34 0.60 0.385 22.37 232.77 2.5 4.84 0.52 0.385 23.57 427.82 3 4.34 0.69 0.385 23.17 357.11 3.5 4.84 0.72 0.385 23.57 427.82 4 5.34 0.75 0.385 23.97 504.22 表7 B=31.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/HO m B Qg 31.5 0 1.34 0.00 0.000 16.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 16.31 68.41 1 2.

14、34 0.43 0.385 16.57 101.11 1.5 2.84 0.53 0.385 16.97 138.46 2 3.34 0.60 0.385 17.37 180.75 2.5 3.84 0.65 0.385 17.77 227.95 3 4.34 0.69 0.385 18.17 280.05 3.5 4.84 0.72 0.385 18.57 337.08 4 5.34 0.75 0.385 18.97 399.05 表8B=26.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 26.5 0 1.34 0.00 0.000 11.31 0.00 0.5 1.84 0.

15、27 0.380 11.31 47.44 1 2.34 0.43 0.385 11.57 70.60 1.5 2.84 0.53 0.385 11.97 97.67 2 3.34 0.60 0.385 12.37 128.73 2.5 3.84 0.65 0.385 12.77 163.82 3 4.34 0.69 0.385 13.17 203.00 3.5 4.84 0.72 0.385 13.57 246.33 4 5.34 0.75 0.385 13.97 293.89 表9B=21.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 21.5 0 1.34 0.00 0.000

16、 6.31 0.00 0.5 1.84 0.27 0.380 6.31 26.46 1 2.34 0.43 0.385 6.57 40.10 1.5 2.84 0.53 0.385 6.97 56.88 2 3.34 0.60 0.385 7.37 76.70 2.5 3.84 0.65 0.385 7.77 99.69 3 4.34 0.69 0.385 8.17 125.95 3.5 4.84 0.72 0.385 8.57 155.59 4 5.34 0.75 0.385 8.97 188.72 表10B=16.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 16.5 0 1.

17、215 0.00 0.000 1.608 0.000 0.5 1.715 0.29 0.383 1.608 6.116 1 2.215 0.45 0.385 2.233 12.547 1.5 2.715 0.55 0.385 2.737 20.870 2 3.215 0.62 0.385 3.241 31.846 2.5 3.715 0.67 0.385 3.745 45.708 3 4.215 0.71 0.385 4.249 62.675 3.5 4.715 0.74 0.385 4.753 82.947 4 5.215 0.77 0.385 5.257 106.717 表11B=11.5

18、m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 11.5 1 0.132 7.595 0.385 0.133 0.011 1.5 0.632 2.375 0.385 0.637 0.545 2 1.132 1.767 0.385 1.141 2.341 2.5 1.632 1.532 0.385 1.645 5.844 3 2.132 1.407 0.385 2.149 11.400 3.5 2.632 1.330 0.385 2.653 19.305 4 3.132 1.277 0.385 3.157 29.822 4.5 3.632 1.239 0.385 3.661 43.188

19、 表12B=6.5m流量落差计算表 B Z H0 Z/H0 m B Qg 6.5 3 0.048 62.069 0.385 0.049 0.001 3.5 0.548 6.383 0.385 0.553 0.383 4 1.048 3.816 0.385 1.057 1.934 4.5 1.548 2.906 0.385 1.561 5.126 由计算结果绘制不同宽度时上游水位与龙口泄流量关系曲线和龙口泄流量 与上游水位关系曲线，曲线交点即为龙口在各宽度时的上游水位和泄流量， 如下: 20C00400.00600.00800,00 957 5 957 956.5 莎 K为综合稳定系数；其中混凝

20、土四方体取 0.68-0.72，混凝土立方体取0.76-0.80，块石取0.9 ； g为重力加速度，取 2 9.8m/s ; 1为石块的容重，取26kN/m3;为水的容重，取9.8kN/m3 ; D为石 块折算成球体的化引直径，m 01020304050 宽度B 根据伊兹巴公式求得各流速下的抛投料尺寸如下表: B V 粒径d 46.5 4.187 0.668 41.5 4.403 0.739 36.5 4.483 0.766 31.5 4.705 0.843 26.5 4.972 0.942 21.5 5.327 1.081 16.5 4.392 0.735 11.5 3.593 0.492 6.5 2.494 0.237 表20 各龙口宽度下抛投块粒径 心 1200 黛 1000 0.S00 0.500 0,400 0.200 0.000 图8戗堤顶部高程宽度与块体粒径的关系 5.3抛投量计算 由水利水电工程施工组织设计手册第一卷542页，由上表中求得的截流过程流速及 相应的抛投料粒径， 根据粒径进行将龙口分为龙口I区、 龙口n区和龙口川区， 材料备料系 数为1.1，龙口流速系数为1.3,立堵法截流材料数量计算如下： w =B 式中：W戗堤体积，m3; B :龙口平均宽度，m; ：戗堤断面积，m2; m2）H B2 bH B 2