溢洪道设计实例

1、溢洪道设计实例黑龙江农垦林业职业技术学院1、进水渠进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。 采用梯形断面， 底坡为平坡， 边坡采用1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速 <3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是360.52m。进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1。表 1水位（ mm）泄量HB计算公式（假设 =2m/s）（m3/s）(m)(m)设计363.625403.182.4Q= A,A=(B+mh)hA过水断面积； B渠底宽校核364.818004.2986.7度由计算可以拟定引渠底宽B=90 米（为了安全）进水渠与控制堰之间设20 米渐变段，采用圆弧连接，半径R=20m，引渠长L=150

2、米。2、控制段其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为360.52m。堰厚 拟为 30 米（ 2.5H< <10H）。坎宽由流量方程求得，具体计算见表2。表 2( 忽略行近水头 2/2g)水位泄 量H0计算公式及符号意义b(m)（m3 ）(m)(m)/s设计Q式中 m流量系洪水363.625403.1b361.56m' 2g H 02位校核数，等于0.364； H0堰上水头，洪水364.818004.29不包括行进水头； Q泄量；b控 56.02位制堰宽。由

3、计算知，控制堰宽取b= 65m 为宜。3、泄槽泄槽是渲泄过堰洪水的， 槽底布置在基岩上， 断面必须为挖方， 且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段、泄槽一段和泄槽二段布置。据已建工程拟收缩段收缩角 =12°，首端底宽与控制堰同宽，b1=65m,末端底宽 b2 拟为 40m，断面取为矩形，则渐变段长 Lb1 b258.81m ，取整则 L112tg为 60m，底坡 i1 。50泄槽一段上接收缩段，下接泄槽二段，拟断面为矩形，宽b=40m，长 L2 为540m，底坡 i1 。200泄槽二段断面为宽40m 的矩形，长 L3 为 80m，底坡 i1 。84、出口消能

4、溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。5、尾水渠其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L=10m 护坦。1、溢流堰泄流能力校核：当引渠很长时，水头损失不容忽视。（1）基本公式如下：h j222 n2 l； R2g； hf24c rR3式中， hj局部水头损失，米；局部水头损失系数；g重力加速度（ m/s2） ;动能系数，一般为 1.0；R水力半径，米；x湿周，米；A ； C11 R 6。xnhf沿程水头损失，米；引渠流速， m/s；L引渠长度，米；C谢才系数；2n引渠糙率；3QS m'

5、 b2g H 02 ；式中，S 淹没系数，取1.0；m 无坎宽顶坎的流量系数；b 堰宽， m；H0包括行近流速水头的坎上水头， m；Q流量， m3/s。求堰前水深和堰前引水渠流速2Q2采用试算法，联立公式 h H 0,H0 () 3 可求得，具体计算见表 1。2 gS m'b 2g表 1计算情况泄量 QH0h假设试算设计水位363.625402.992.782.02.06校核水位364.818003.893.622.32.32由计算表中流速可知，均小于3m/s，满足要求。求引渠总水头损失 h 。22 n 2 Lhh jh f ，h j，h f；42gR 3式中0.1(渠道匀缓进口，局部

6、水头损失系数采用 0.1）。具体计算成果见表2。表 2计算情hhjAxRnLhf况设计2.782.00.200.02261.79100.022.623.610.0161500.0370.057校核3.622.30.270.027345.46103.053.355.010.0161500.0350.062作出库水位 流量关系。 库水位 =堰顶高程 +堰上水头 +水头损失，具体计算见表 3。表 3QH0堰顶高库水位(m)程(m3/s)(m)(m)（m）5402.990.057360.52363.5676503.140.062360.52363.7228003.890.062360.52364.47

7、22、溢洪道水面曲线计算（1）基本公式如下：h3q2/ g； qQgx KAK11； AKbhk； C K； i k2； RKRK 6kbCKB KX Kn式中hk临界水深， m；b泄槽首端宽度， m；Q槽内泄量， m3/s；g重力加速度， m/s2;q单宽流量， m3/s.m;BK相应临界水深的水面宽，ik临界坡降；m；AK,XK ,RK,CK临界水深时对应的过水断面积（ m2）、湿周（ m）、水力半径（ m2）、谢才系数。22E1+i L=E2 +hf;E11h1,E22h2；2g2g式中E1 1-1 断面的比能， m；E2 2-2 断面的比能， m；h1，h2 1-1 及 2-2 断面水

8、深， m；1，2 1-1 及 2-2 断面平均流速， m/s；hf沿程水头损失， m；iL 1-1 及 2-2 断面的底部高程差， m；L断面间长度， m；n泄槽糙率；两断面间平均流速，m/s；R 两断面间平均水力半径，m 。计算情况设计水位校核水位（2）渐变段水面线计算临界水深 hk 及临界底坡 ik米，断面为矩形。具体计算见表渐变段首端宽 b1米，尾端宽b=404=65表 4QBKqKhKAkxkRKCK540658.311.92124.868.841.8169.000.002188006513.312.49161.8569.982.3171.860.002041渐变段 ii k ，故属陡

9、坡急流，槽内形成 b 型降水曲线。属明渠非均匀50流计算。渐变段水面线计算首端断面水深为临界水深hk，具体计算见表5。表 5计算Qh1q1A1x1R1V1E1i1设 h2q2A2情况设计水位5401.928.31124.868.841.814.332.880.022.7513.5110校核8002.4913.31161.8569.982.314.943.740.023.520140水位X2R2V2E2I2LnhfE1+i lE2+h f45.52.424.913.980.022.054.60600.0160.124.084.10472.995.715.160.020.585.30600.016

10、0.124.945.28由计算得渐变段末端水深分别为h 设 =2.75 米， h 校=3.5 米(3) 泄槽一段水面线计算汇槽一段断面为矩形，宽40m，长 540m， i临界水深 hk 和临界坡降 i k具体计算见表 6。表 6计算情QBKqKhKAk况设计水位5404013.52.65106校核水80040203.44137.6位1i k ，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。i2001200xkRKCK45.32.3472.010.0021446.882.9474.810.00205泄槽一段末端水深（正常水深h0）采用试算法。具体计算见表 7表 7计算情Qbi设 hoA0X0R0C0况设计水位校

11、核水位540402.0381.244.061.8469.497619.83539800402.610445.22.371.8111326.15800.88经试算，设计水位时， h0=2.03 米 ;校核水位时， h0=2.6 米。泄槽一段水面线计算采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算见表8。(4)泄槽二段水面线计算泄槽二段断面为矩形，宽40m，长 80m，底坡 i1。8表 8计算断2h0(m)A(m2)V(m/s)V /2gX(m)R(m)情面Es(m)L(m)(m)Es(m)况1-12.651065.091.323.9745.32.3472.010.0027973.583.580.010

12、.0022032-22.601045.191.373.9845.22.371.810.020.00250.0025811.58设3-32.45985.511.554.0044.92.1871.170.060.0030440.00145630.6742.25计4-42.30925.871.7644.62.06水4.0670.5位0.010.0037500.0012580122.255-52.15866.282.014.1644.31.9469.86-62.0381.26.652.260.1344.061.840.0045670.000433300.23422.284.2969.191-13.51

13、405.711.675.166472.9874.970.0029121.031.030.0030.0020882-23.351345.971.825.16946.72.8774.50校0.0240.0024050.0025959.2510.283-33.201286.251.995.19346.42.7674.02核0.0750.0028630.00213735.1045.38水4-43.001206.672.275.268462.6173.33位0.1350.0035320.00146891.96137.345-52.81127.142.605.40345.62.4672.606-62.61

14、047.693.020.21645.22.300.0044310.000569379.61516.955.61971.81求临界底坡 ik，控制断面水深 ho正常水深。()因泄槽二段同泄槽一段流量、 形状、断面尺寸相同， 故临界底坡和临界水深不变。；校核水位时，。设计水位时， ikk=0.00214i =0.00205i1ik ，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。8控制断面水深 h0 用试算法，具体计算列于表9。表 9计算情Q b i 设 hoA0X0R0C0况设计水位540400.7630.441.520.7359.341541.17545校核水800400.9638.441.920.9261

15、.592268.59802位经试算，设计水位时， h0=0.76 米 ;校核水位时， h0=0.96 米。泄槽二段水面线计算泄槽二段首端控制水深，设计水位时h=2.03 米；校核水位时， h=2.6 米。采用分段求和法计算水面曲线，具体计算见表10。表中仅推到泄槽二段末端，若推到正常水深时，陡槽长已超过设计长度，这是不切实际的。故泄槽二段内不产生正常水深。由计算知末端水深在设计水位时为h=0.93 米 ;在校核水位时为 h=1.29 米。表 10计算情况设计水位校核水位断面h(m)A(m2)V(m/s)Es(m) Es(m)X(m)R(m)L(m)1-12.0381.26.654.28644.

16、061.8469.200.1191622.362.360.2810.0058382-21.85747.304.56743.71.6968.230.360.0077500.117252.995.353-31.70687.944.91743.41.5767.360.760.0108540.1141466.2711.624-41.50609.05.63343.01.4066.071.1690.0167890.10821110.8022.425-51.305210.386.80242.61.2264.611.9830.0279060.09709420.4242.846-61.104412.278.78

17、542.21.0462.942.8960.481990.07680137.7180.557-70.9337.214.5211.68141.860.8961.281-12.61047.695.61945.22.3071.810.1193282.722.720.3240.0056722-22.4968.335.94344.82.1470.960.4740.0074080.1175924.036.753-32.2889.096.41744.41.9870.050.6850.0099130.1150875.9512.704-42.08010.07.10244.01.8269.050.9970.0136

18、850.1113158.9621.665-51.87211.118.09943.61.6567.951.4730.0196370.10536313.9835.646-61.66412.509.57243.21.4866.730.09551323.4559.092.2400.0294877-71.45614.2911.81242.81.3165.361.7420.0417460.08325420.9280.018-81.2951.615.5013.55442.581.2164.53（5）溢洪道水面曲线成果及护砌高度计算溢洪道水面线是为确定边墙高度、边墙及衬砌底板的结构设计和下游消能计算提供依据。

19、溢洪道边墙高度计算公式为：式中h不掺气时水深， m；hb当流速大于 78m/s 时掺气增加水深， m；安全超高，设计时取 1.0，校核时取 0.7, m；H边墙高度， m。边墙高度计算引水渠边墙高见表11表 11(v<78m/s)参数h(m) (m)H=h+ (m)情 况设计水位2.781.03.78校核水位3.620.74.12控制堰边墙高度与引渠等高。设计水位时，边墙高度H=3.78 米；校核水位时，边墙高度H=4.12 米。收缩段边墙高度具体计算见表 12。收缩段最大流速v=5.71 米 /秒<78 米 /秒，不考虑掺气所增加水深，故H=h+。泄槽一段边墙高度具体计算见表 1

20、3。泄槽二段边墙高度具体计算见表14。表 12断面距渐变计算水深超全超高边墙高度计算情况断面断首端距离h(m) （m）H（m）（ m）设计水位首端01.921.02.92尾端602.751.03.75校核水位首端02.490.73.19尾端603.50.74.20表 13断面距计算情况断面离槽首计算水流速 v(m)H端距离深 h(m)(m/s)(m)(m)（ m）1-102.751.03.75设2-23.582.601.03.6计3-311.582.451.03.45水4-442.252.301.03.3位5-5122.252.151.03.156-6422.282.031.03.03校核水位

21、表 14计算情况设计水位校核水位1-103.50.74.22-21.033.356.670.74.053-310.283.200.200.73.97.144-445.383.00.200.73.77.695-5137.342.80.73.76-6516.952.60.73.5断面距断面离槽首计算水流速 v(m)H端距离深 h（ m）(m/s)(m)(m)（ m）1-102.036.650.1351.03.032-22.361.857.301.02.990.1353-35.351.707.941.02.840.1354-411.621.509.01.02.640.1355-522.421.301

22、0.381.02.440.1356-642.841.1012.271.02.240.1357-780.550.9314.521.02.071-102.67.690.200.73.52-22.722.48.330.200.73.33-36.752.29.090.200.73.14-412.702.0100.200.72.95-521.661.811.110.200.72.76-635.641.612.50.200.72.57-759.091.414.290.200.72.38-880.011.2915.500.200.72.19(6)出口消能计算溢洪道出口消能计算的任务是：估算下泄水流的挑射距离；选择挑流鼻坎形式，确定挑流鼻坎方式、反弧半径、挑射角等