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u<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（mr）i泄量（m/s）H(m)B(m)计算公式（假设u=2m/s）设计校核363.62364.815408003.14.2982.486.7Q=uAA=（B+mh）hA过水断面积；B渠底宽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米。2、控制段其作用是控制

2、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S拟为30米（2.5H<S<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u2/2g）水位（m）泄量（m/s）(m)计算公式及符号意义b(m)设计洪水位363.625403.1b=Q_式中m流量系m.亦H61.56校核洪水位364.818004.29数，等于0.364;堰上水头，不包括行进水头；C泄量；b控制堰宽。56.02由计算知，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

3、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B=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L,=b1_?2=58.81m，取整则L112tg日为60m底坡i=丄。50泄槽二段断面为宽40m的矩形，长L3为80m底坡io84、出口消能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=l0m护坦。1、溢流堰泄流能力

4、校核：当引渠很长时，水头损失不容忽视。(1)基本公式如下：hj二hf22.nIC二丄R162gR3式中，hj局部水头损失，米;hf沿程水头损失，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；3Q=；sm'b.2gH0；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；3Q=；sm'b.2gH0；:引渠流速，m/s；L引渠长度，米；C谢才系数；A过水断面面积，米n引渠糙率；式中，匚s淹没系数，取1.0；式中，匚s淹没系数，取1.0；m无坎宽顶坎的流量系数;b堰宽，m水头，mQ流量，

5、m/so 求堰前水深和堰前引水渠流速b堰宽，m水头，mQ流量，m/so 求堰前水深和堰前引水渠流速H0包括行近流速水头的坎上2采用试算法，联立公式h二H°,H2g2采用试算法，联立公式h二H°,H2g=(2Q)3可求得，具体计算见表1o匚smb.2g表1由计算表中流速可知，均小于3m/s，满足要求计算情况泄量QH)h假设u试算V设计水位363.62540P2.992.782.02.06校核水位364.818003.893.622.32.32 求引渠总水头损失hohhjhf，hhjhf，2八hj2ghfR3具体计算成果见表2表2作出库水位流量关系。库水位=堰顶高程+堰上水头+

6、水头损失，具体计计算情况hhjaxrnLhf2.70.20.020.027261.7100.02.63.60.0110.030.05设计82.009221615077校核3.62.30.2345.4103.03.35.00.011500.030.06276551652算见表3表32、溢洪道水面曲线计算Q(m3/s)H0(m)(m)堰顶咼程（m库水位（m）5402.990.057360.52363.5676503.140.062360.52363.7228003.890.062360.52364.472hk=3_q2/g；q=Q；bgxKik_Ck2Bk；RkAk11；Ak二bg;ckrk6n式

7、中hk临界水深，mq槽内泄量，m/s；q单宽流量，nVs.m;ik临界坡降；b泄槽首端宽度，m2g重力加速度，m/s;氐一一相应临界水深的水面宽，（1）基本公式如下：mE2一h2；2gA,Xk,Rk,Ck临界水深时对应的过水断面积（、湿周（m水力半径（谢才系数。E+iL=E2+hf;E11h1,2g式中E11-1断面的比能，mE22-2断面的比能，mh1，h21-1及2-2断面水深，m1,21-1及2-2断面平均流速，m/s；hf沿程水头损失，miL1-1及2-2断面的底部高程差，ml断面间长度，mn泄槽糙率；:两断面间平均流速，m/s；(2)渐变段水面线计算临界水深hk及临界底坡ik渐变段首

8、端宽bi=65米，尾端宽b=40米，断面为矩形。具体计算见表4表4渐变段i=50儿，故属陡坡急流'槽内形成3型降水曲线。属明渠非均匀计算情况QqKhKAXkFKL设计水位540658.311.92124.8161.8568.841.8169.000.00218校核水位8006513.312.4969.982.3171.860.00204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计算情况Qh1q1AX1RV1E1i1设h2q2A设计1.968.81.84.32.80.08.31124.813.水位5402413822.75110校核8002.413.3161.

9、869.92.34.93.70.03.551401520水位981442V2I2LnhfE+iiE?+hf0.0145.52.424.913.980.022.054.606060.124.084.10472.995.715.160.020.585.30600.0160.124.945.28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丄200临界水深hk和临界坡降ik具体计算见表6。表6i喘ik，故泄槽一段属急流，按陡槽计算计算情况QqKhKAkXkFKG设计水位5404013.52.6510645.32.3472.0

10、10.00214校核水80040203.44137.646.882.9474.810.00205位泄槽一段末端水深(正常水深ho)采用试算法具体计算见表7表7计算情况Qbi设hoAX0F0C0设计水位540402.0381.210444.0645.21.842.369.497619.83539校核水位800402.671.8111326.15800.88经试算，设计水位时，h°=2.03米;校核水位时，ho=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1o8计算情况断面ho(m)A（m）V

11、(m/s)V/2g(m)Es(m)Es(m)X(m)R(m)L(m)设计水位1-12.651065.091.323.970.0145.32.3472.010.0022030.0027973.583.582-22.601045.191.373.9845.22.371.810.020.00250.0025811.583-32.45985.511.554.0044.92.1871.170.060.0030440.00145630.6742.254-42.30925.871.764.0644.62.0670.50.010.0037500.0012580122.255-52.15866.282.014.

12、1644.31.9469.80.130.0045670.000433300.23422.286-62.0381.26.652.264.2944.061.8469.19校核水位1-13.51405.711.675.1660.003472.9874.970.0020880.0029121.031.032-23.351345.971.825.16946.72.8774.500.0240.0024050.0025959.2510.283-33.201286.251.995.19346.42.7674.020.0750.0028630.00213735.1045.384-43.001206.672.27

13、5.268462.6173.330.1350.0035320.00146891.96137.345-52.81127.142.605.40345.62.4672.600.2160.0044310.000569379.61516.956-62.61047.693.025.61945.22.3071.81 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。设计水位时，ik=0.00214;校核水位时，ik=0.00205。i.1ik，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。控制断面水深he用试算法，具体计算列于表9表9计算情况Qbi设ho

14、AX)R)G设计水30.41.50.759.3位540400.7642341541.17545校核水800400.9638.41.90.961.52268.59802位4229经试算，设计水位时，ho=0.76米;校核水位时，ho=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计算情况断面h(m)A（m）

15、V(m/s)Es(m)Es(m)X(m)R(m)L(m)1-12.0381.26.654.2860.28144.061.8469.200.0058380.1191622.362.362-21.85747.304.56743.71.6968.230.360.0077500.117252.995.353-31.70687.944.91743.41.5767.360.760.0108540.1141466.2711.624-41.50609.05.63343.01.4066.071.1690.0167890.10821110.8022.425-51.305210.386.80242.61.2264.

16、611.9830.0279060.09709420.4242.846-61.104412.278.78542.21.0462.942.8960.481990.07680137.7180.557-70.9337.214.5211.68141.860.8961.281-12.61047.695.6190.32445.22.3071.810.0056720.1193282.722.722-22.4968.335.94344.82.1470.960.4740.0074080.1175924.036.75校核13-32.2889.096.41744.41.9870.050.6850.0099130.11

17、50875.9512.70核水位4-42.08010.07.10244.01.8269.050.9970.0136850.1113158.9621.665-51.87211.118.09943.61.6567.951.4730.0196370.10536313.9835.646-61.66412.509.57243.21.4866.732.2400.0294870.09551323.4559.097-71.45614.2911.81242.81.3165.361.7420.0417460.08325420.9280.018-81.2951.615.5013.55442.581.2164.53(

18、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。 溢洪道边墙高度计算公式为：式中h不掺气时水深，mhb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)参情况h(m)(m)H=h+A(m)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<7

19、8米/秒，不考虑掺气所增加水深，故H=h+A。泄槽一段边墙高度具体计算见表13。泄槽二段边墙高度具体计算见表14。表12表13计算情况断面断面距渐变断首端距离(m计算水深h(m)超全超咼(m边墙咼度h(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计算情况断面断面距离槽首端距离(m计算水深h(m)流速v(m/s)(m)(m)H(m)1-102.751.03.752-23.582.601.03.63-311.582.451.03.454-442.252.301.03.35-5122.252.151.03.156

20、-6422.282.031.03.03(6)出口消能计算1-103.50.74.2校2-21.033.356.677.147.690.74.05核3-310.283.200.200.73.9水4-445.383.00.200.73.7位5-5137.342.80.73.76-6516.952.60.73.5表14计算情况断面断面距离槽首计算水流速v(m)H端距离深h(m(m/s)(m)(m)(m1-102.036.650.1350.1350.1350.1350.1350.1351.0r3.03设计水位2-22.361.857.301.02.993-35.351.707.941.02.844-4

21、11.621.509.01.02.645-522.421.3010.381.02.446-642.841.1012.271.02.247-780.550.9314.521.02.071-102.67.690.200.73.52-22.722.48.330.200.73.3校3-36.752.29.090.200.73.1核4-412.702.0100.200.72.9水5-521.661.811.110.200.72.7位6-635.641.612.50.200.72.57-759.091.414.290.200.72.38-880.011.2915.500.200.72.19 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、挑射角等尺寸，以保证达到最优消能效果；估算下游冲刷坑的深度和范围。 计算公式为L=Li+L2；匚=wcos(v