水利工程施工——导流

1、施工水力学施工水力学 干地工程施工程序、施工期间不同时段的导流方式以及与之相应的各种挡水或泄水建筑物（围堰、引渠、隧洞、底孔等）的设计。 束窄河床导流水力学计算束窄河床导流水力学计算 坝体缺口、过水围堰水力学计算坝体缺口、过水围堰水力学计算 导流明渠水力学计算导流明渠水力学计算 导流隧洞水力学计算导流隧洞水力学计算当采用分当采用分期导流方期导流方案时，河案时，河床被束窄床被束窄造成上游造成上游水位的壅水位的壅高。高。1 1、束窄河床导流水力学计算、束窄河床导流水力学计算表（表（1）分期导流的流态界限）分期导流的流态界限宽 顶 堰明 渠 流H0上游水头 h0正常水深hk临界水深L/H=2.520

2、L/H20自由出流淹没出流缓流急流HS1.25HKHS1.25HKIIKHSHKk0hk分期导流的流态随纵向围堰的长度L及上游水深H而不同，可以分别按宽顶堰或明渠流处理。一般宽顶堰的极限长度为10倍水深H，对于临时水工建筑物可以放宽至20倍水深H。或写成：gvgvZc222022对于矩形河槽，式 (1) 可写成：)(20sshHgbhQAc过流断面面积; v0、vc分别为行近流速和收缩断面流速; H0上游水头; H上游水深; hs下游水深; b矩形河槽宽度; Z上下游水位差。 gvHH2200(1) (1)对于淹没堰流，通过束窄河床的泄水流量Q近似按下式计算：)(20schHgAQ (2) 对

3、于非淹没堰流，计算公式为：kkkkkhABBgmQHHgBmQ21232220022m流量系数H0计及行近流速的上游水头; Bk临界水深下的平均过水宽度; hk临界水深; Ak临界水深下的过水面积。表（表（2）流速系数）流速系数和流量系数和流量系数M值值布置型式 流速系数流量系数M 备 注 矩矩 形形0.800.30梯形布置加挑流丁坝，其系数相同梯梯 形形 0.800.85 0.300.32 梯形布置加顺流丁坝，其系数相同 梯形加翼堰梯形加翼堰 0.850.95 0.320.35 当纵向围堰的长度L与上游水深H之比大于20时，束窄河床泄流能力可按明渠泄流计算方法计算。束窄河床泄流水流流态一般为

4、非均匀流，而底坡又较平缓，可用分段累计法推算水面线。束窄河床的局部冲刷计算 分期导流的束窄河床，从围堰转角处起流速急剧增加，可能淘刷堰脚。沿纵向围堰各点的最大流速vi可由下式计算：0001viihZavvv0上游行近流速; hv0行近流速水头; Z0计入行近流速的水头差; ai沿纵向围堰不同部位的相对压力差，根据试验列表1。河槽最大底流速一般产生在上游围堰转角处，可由下式计算：0000max1vhZavv当vmax超过河槽抗冲流速时，应加以保护，表（3）、（4）为松散体河床和岩石及加固工程的平均抗冲流速。采用块石保护时，护脚块石尺寸由下估算：0ii16. 00002016. 1maxZb-Hh

5、222. 0hZagvdh0上游围堰转角处(x/L=0) 水深; bi沿纵向围堰不同部位的相对自由水面降差，见下表; H上游水深。 表（表（3）ai与与bi试验试验值值表（表（3 3）松散体河床平均允许抗冲流速）松散体河床平均允许抗冲流速 m/s m/s项 目粒 径 (mm)平 均 水 深1.0M3.0M10.0M细 砂0.050.250.300.30中 砂0.250.300.500.70粗 砂1.00.600.801.00细砾石2.50.801.001.20中砾石5.01.001.301.60粗砾石101.201.501.80细卵石151.501.802.20中卵石251.702.002.5

6、0粗卵石402.102.503.00细顽石752.402.803.50中顽石1002.803.304.00粗顽石1503.003.704.50细漂石2003.504.005.00中漂石3003.804.505.50粗漂石4004.005.006.00表（表（4 4）岩石及加固工程的平均抗冲流速）岩石及加固工程的平均抗冲流速 m/s m/s项 目平均水深 0.41.02.0岩石砾岩、泥灰岩、泥质板岩、页岩2.12.53.03.5多孔石灰岩、紧密砾岩、石灰质砂岩、白云石灰岩3.03.54.04.5白云砂岩、紧密的非成层石灰岩、硅质石英岩、大理石4.05.06.06.5花岗岩、正长岩、辉长岩、斑岩、

7、安山岩、辉绿岩、玄武岩、石英岩16202325梢 笼梢捆褥垫，厚度2.02.5柴排护底，厚度2.53.03.5石笼，尺寸不小于4.25.05.76.2浆砌石低强度石料，强度3.03.54.04.5高强度石料，强度6.58.010.012.0混凝土1009.011.012.014.015012.015.017.019.020014.018.021.023.0指新鲜未风化的岩石。指新鲜未风化的岩石。2 、坝体缺口、过水围堰水力学计算 坝体缺口泄流见图 当堰顶长度L和水头H的关系在2.5HL20H时，按宽顶堰公式计算，如自由出流时 (堰顶的下游水深hs1.25hk或hs 0.8H0)，泄水流量按下式

8、 计算：2302 HgmBQB堰孔过水宽度；H0缺口底槛以上的上游水头；侧收缩系数；m流量系数。 对于锐缘进口、缺口下游面垂直时，m由下式计算：HPHPm/75. 046. 0/301. 032. 011适用范围为03时，m=0.32。对于锐缘进口、缺口下游面为斜坡 (坡比约1：0.7) 时，原陕西机械学院水科所通过试验求得以下流量系数计算式：HPHPm/24. 289. 0/401. 034. 011适用范围为04时，m=0.34。 当淹没出流时 (hs1.25hk或hs0.8H)，按淹没流公式计算： 淹没系数2302 HgmBQ（5 5）宽顶堰淹没系数）宽顶堰淹没系数值值HS/H00.81

9、0.820.830.840.850.860.870.880.891.000.9950.990.980.970.960.950.930.900.87HS/H00.900.910.920.930.940.950.960.970.980.840.820.780.740.700.650.590.500.40缺口、梳齿泄流侧收缩系数曲线 据日本车间试验，提出三种流态 (自由出流、过渡流态、淹没出流) 的出流公式为：台形堰台形堰（土石过水围堰通常属于这种类型。）（土石过水围堰通常属于这种类型。）232 HgBmQp232 HgBmQpp)(2ssphHgBhQHhspmp台形堰流量系数，见表（6）p过渡流

10、淹没系数，见表（6）p淹没出流的流量系数，见表（6）台形堰有关系数台形堰有关系数上游面坡度上游面坡度 m m1 1下游面坡度下游面坡度 m m2 2自由出流流量自由出流流量系数系数p p分界点分界点 h hs s/H/H过渡流过渡流分界点分界点 h hs s/H/H淹没出流淹没出流 p p/m/mp p0.60.60 00.31+0.23H/P10.31+0.23H/P10.600.601.0181.0180.0300.0300.70.72.62.60 00.29+0.32H/P10.29+0.32H/P10.450.451.0901.0900.2000.2000.80.82.62.60 00

11、.28+0.37H/P10.28+0.37H/P10.250.251.0321.0320.1240.1240.80.82.62.6 分期围堰的纵向围堰缺口过水属于此种类型，直角分水的侧堰泄水流量公式为：侧堰侧堰（侧堰的轴线与水流方向平行）（侧堰的轴线与水流方向平行）232 HgcbQ 侧堰的分流量又可为： 21QQQP-h = HP-h = H2221121HHHc侧堰流量系数，可取0.95m，m为正堰流量系数; H侧堰平均水头; h1、h2分别为侧堰进口首端和末端的水深。 如果变量流的断面单位能量Es沿程不变，而且底坡为水平，则公式为：gvhgvhEs22222211v1、v2分别为变量流首

12、端和末端断面的流速; P、b分别为侧堰高度和宽度。 其泄水流量按下式计算：弧形堰弧形堰（拱坝或拱围堰过水时为弧形堰）（拱坝或拱围堰过水时为弧形堰）232 HgmbkQrm正堰的流量系数b沿弧长度kr修正系数PHkr1H、P分别为堰上水头和堰坎高度形状系数，见下表弧形堰形状系数弧形堰形状系数河槽形状河槽形状151530304545606075759090宽河槽宽河槽0.710.710.350.350.200.200.110.110.040.040 0窄河槽窄河槽0.830.830.480.480.280.280.130.130.040.040 0水流衔接与消能水流衔接与消能 河床上修建水工建筑物，将改变天然的水流特性。为了消减集中下泄水流造成的严重冲刷，应处理好水流衔接和消能。底流消能底流消能其收缩水深hc 的计算式为：22202cchgqhEE0以下游河床为基准面的总能头q收缩断面处的单宽流量; 流速系数平底闸孔出流的hc为