溢流坝水力计算实例

1、.溢流坝水力计算一、基本资料： 为了解决某区农田灌溉问题。于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m 3s；坝址处河底高程为43.50m；由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m；为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度60m；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙； 坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15.3；坝基土壤为中砾石；河道平均底坡河道实测平均糙率。图15.2图15.3二、水力计算任务：1确定坝前

2、设计洪水位；2确定坝身剖面尺寸；3绘制坝前水位与流量关系曲线；4坝下消能计算；5坝基渗流计算；6坝上游壅水曲线计算。三、水力计算1、确定坝前设计洪水位 坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头，已知坝顶高程为4800m，求出后，即可确定坝前设计洪水位。 溢流坝设计水头可用堰流基本方程(10.4)计算因式中均与有关，不能直接解出，故用试算法求解。 设2.53m，则坝前水位48.00+2.5350.53m按坝前水位由图15.2查得河道过水断面面积A0535m2，又知设计洪水流量按设计洪水流量，由图15.3查得相应坝下水位为48.17m下游水面超过坝顶的高度 下游坝高 因不能完全满足实用堰自由出流条件

3、:为实用堰淹没出流。 根据值由图10.17查得实用堰淹没系数。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n1；溢流宽度m。按圆弧形翼墙由表10.4查得边墩系数.则侧收缩系数 对于WES型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数。于是可得溢流坝流量 计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的值是正确的，故取设计水头=2.53m。 坝前设计洪水位坝顶高程+ 48.00+2.5350.53m2、确定坝身剖面尺寸坝项上游曲线的有关数据计算如下: 坝顶下游曲线方程为 按上式计算的坝顶下游曲线坐标x、y区列于表l 5.3。因下游坝高，故取坝末端圆弧半径为 按上述数据绘制的坝身剖面图见图15.4 3、绘制坝前水位与流量关系曲线

4、 不同水头H的溢流坝流量仍按计算现以H2.0米为例说明求流量的方法。 因为未知，无法计算及，故先取又因下游水位与有关，尚无法判别堰的出流情况，可先按自由出流算出后，再行校核对于自由出流，。根据，由图10.5查得m0.485侧收缩系数 则流量的第一次近似值按坝前水位480+2.050.0m，由图152查得A0459m2，则 表15.3x(米)y(米)x(米)y(米)x(米)y(米)0.000.250.500.751.001.251.500.0000.0040.0630.1330.2270.3430.4811.752.002.252.502.753.003.250.6400.8191.0181.2

5、371.4761.7342.0113.503.754.004.254.504.755.002.3062.6202.9523.3033.6714.0574.461图15.4 则流量的第二次近似值 因流量的微小变化，对及影响甚小，故以上所求值可认为正确 校核出流情况。按由图15.3查得相应的坝下水位为47.20m。则 满足实用堰自由出流条件为自由出流，原假设的出流情况是正确的再设几个H，按上法计算相应的Q，计算成果列于表15.4.按表15.4的数据绘制坝前水位与流量关系曲线于图15.5。H（m）坝前水位（m）H0（m）mQ（Q3/s）备注2.532.01.51.00.550.5350.0049.5

6、049.0048.502.5862.0311.1561.0060.5010.5020.4850.4650.4420.4160.9940.9950.9970.9980.9990.9991.0001.0001.0001.000550.6371.0229.9118.139.1淹没出流自由出流自由出流自由出流自由出流表15.4图15.54、坝下消能计算(一)确定消能设计流量设一系列流量，求出一系列相应的临界水跃跃后水深及(为下游水深)绘出关系曲线由该曲线找出相应于为最大值时的流量即为消能设计流量现以Q229.9m3s为例求值。单宽流量 临界水深 由表15.4查得 按由附录图查得，则 按由图15.3查得

7、相应坝下水位为46.2m，则相应下游水深 于是 设一系列值，按上述方法求得一系列相应的值，计算结果列于表15.5 由表15.5可知，相应于最大值时的，故采用消能设计流量为80m3s。当s时，下游发生远离水跃，需做消能工，现拟做消力池。表15.5Q(m3/s)550.6371.0229.9118.180.039.120.09.1776.1833.8321.9681.3330.6520.3332.0481.5741.1440.7340.5660.3510.2257.0866.5316.0165.5065.2885.0014.8313.4604.1495.2597.5019.34314.2521.4

8、71.882.022.202.472.642.993.343.8503.1792.5171.8131.4941.0490.7524.673.702.701.641.250.820.57-0.820-0.521-0.1830.1730.2440.2290.182 (二)求消力池深度 已知/s，由表15.5查得q=1.333m3则 按及由附录图查得素，则池深 采用m 消力池池底高程河底高程 (三)求消力池长度 则 则水跃长度 故池长 采用8m。(四)求海漫长度式中为相应于设计洪水流量时的单宽流量，由表15.5查得上下游水位差m；河床土壤为中砾石，取系数8。故得 采用5、坝基渗流计算 坝基渗流主要是

9、计算渗径长度和坝底渗流压强因本工程对控制渗流量要求不高，故不必计算渗流量 坝基渗流按上下游最大水位差的情况计算最大水位差出现在坝前水位与坝顶齐平、坝下无水的情况，即最大水位差 (一)计算渗径长度 为增加渗径长度和减小坝底渗流压力，于坝前增设一长5m厚0.5m的重拈土防渗铺盖层.初步拟定的坝底轮廓线如图l 5.4所示折算渗径长度其中 则 坝基土壤为中砾石(有反滤层)，由表查得渗径系数，则 因，坝底轮廓线长度满足防渗要求。 (二)计算坝底渗流压强按计算闸底渗流压强的方法求得坝底各点的渗流压强于表15.6。表15.6位置123456744.10.0044.140.69.8050.434.89.804

10、4.631.319.650.930.219.649.826.29.8036.022.69.8032.4位置123456720.214.734.911.514.726.210.812.723.57.312.720.06.616.723.36.016.722.70.000.000.00 6、坝上游壅水曲线计算根据设计洪水流量计算坝上游的雍水曲线。因缺乏河道的水文和断面实测资料，故按简易近似法计算坝上游的壅水曲线。筑坝前，河道水流近似当作均匀流。河道平均水面坡度近似等于河道平均底坡，即。筑坝前相应于设计洪水流量550m3s的坝址处洪水位(即坝下水位)由图15.3查得为48.17m，则河道正常水深已知坝的设计水头m，则壅水曲线总长可按下式计算：图15.6 坝前壅水曲线近似为一抛物线，线上各点坐标可按下式计算： 设一系列值，求得一系列相应值及水位值，列于表15.7。按表15.7的数据绘制坝上游壅水曲线