攔河溢流壩水力計算實例

1、攔河溢流壩水力計算實例一、 一、 資料和任務(wù) 為了解決某區(qū)農(nóng)田灌溉問題。于某河建造攔河溢流壩一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。進行水力計算的有關(guān)資料有：1 1  設(shè)計洪水流量為550米3/秒；2 2  壩址處河底高程為43.50米；3 3  由灌區(qū)高程及灌溉要求確定壩頂高程為48.00米；4 4  為減小建壩后的壅水對上游的影響，根據(jù)壩址處河面寬度采用壩的溢流寬度b=60米；5 5  溢流壩為無閘墩及閘門的單孔堰，采用上游面鉛直的三圓弧段wes型實用堰剖面，并設(shè)有圓弧形翼墻；6 6  壩前水位與河道過水斷面面積關(guān)系曲線，見圖

2、1；7 7  壩下水位與河道流量關(guān)系曲線，見圖2；8 8  壩基土壤為中礫石；9 9  河道平均底坡=0.00127；圖1圖210.河道實測平均糙率=0.04。水力計算任務(wù)：1 1  確定壩前設(shè)計洪水位；2 2  確定壩身剖面尺寸；3 3  繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線；4 4  壩下消能計算；5 5  壩基滲流計算；6 6  壩上游壅水曲線計算。 二、 二、     確定壩前設(shè)計洪水位 壩前設(shè)計洪水位決定于壩頂高程及設(shè)計水頭，已知壩頂高程為48.

3、00米，求出后，即可確定壩前設(shè)計洪水位。溢洪壩設(shè)計水頭可用堰流基本方程計算。因式中，及均與有關(guān)，不能直接解出，故用試算法求解。設(shè)=2.53米，則壩前水位=48.00+2.53=50.53米，按壩前水位由圖1查得河道過水斷面面積a0=525米2，又知設(shè)計洪水流量q=550米3/秒，則1.03米/秒0.056米=+=2.53+0.056 = 2.586米按設(shè)計洪水流量q，圖2查得相應(yīng)壩下水位為48.17米。下游水位超過壩頂?shù)母叨?48.1748.00=0.17米=0.0660.15下游壩高=48.0043.50=4.50米=1.742.0因不能完全滿足實用堰自由出流條件: 0.15及2.0,故為實

4、用堰淹沒出流。根據(jù)及值由水力計算手冊曲線型實用堰的淹沒系數(shù)圖查得=0.999。因溢流壩為單孔堰，溢流孔數(shù)n=1；溢流寬度b=b=60米。按圓弧形翼墻由邊墩系數(shù)表查得邊墩系數(shù)k=0.7，則側(cè)收縮系數(shù) =10.2×0.7×=0.994對于wes型實用堰，當水頭為設(shè)計水頭時，流量系數(shù)=0.502，于是可得溢流壩流量 =0.999×0.994×0.502×60=550.6米3/秒計算結(jié)果與設(shè)計洪水流量基本相符，說明假設(shè)的值是正確的，故取設(shè)計水頭=2.53米。壩前設(shè)計洪水位=壩頂高程+=48.00+2.53=50.53米 三、 三、 

5、    確定壩身剖面尺寸 壩頂上游曲線的有關(guān)數(shù)據(jù)計算如下：=0.5=0.5×2.53=1.265米=0.2=0.2×2.53=0.506米=0.04=0.04×2.53=0.101米=0.175=0.175×2.53=0.443米=0.276=0.276×2.53=0.698米=0.2818=0.2818×2.53=0.713米壩頂下游曲線方程為=按上式計算的壩頂下游曲線坐標x，y值列于表1。因下游壩高=4.5米<10米，故取壩末端圓弧半徑為=0.5=0.5×4.5=2.25米按

6、上述數(shù)據(jù)繪制的壩身剖面圖見圖3。表1x（米）y（米）x（米）y（米）x（米）y（米）0.000.250.500.751.001.251.500.0000.0040.0630.1330.2270.3430.4811.752.002.252.502.753.003.250.6400.8191.0181.2371.4761.7342.0113.503.754.004.254.504.755.002.3062.6202.9523.3033.6714.0574.461 圖3 四、 四、   繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線 不同水頭的溢流壩流量仍按計算?，F(xiàn)以=

7、2.0米為例說明求流量的方法。因為未知，無法計算及，故先取=2.0米。又因下游水位與q有關(guān)，尚無法判別堰的出流情況，可先按自由出流算出q后，再行校核。對于自由出流，=1。根據(jù)=0.791，由水力計算手冊流量系數(shù)圖查得=0.485。則側(cè)收縮系數(shù) =10.2×0.7×=0.995則流量的第一次近似值 =1×0.995×0.485×60=362.6米3/秒按壩前水位=48.0+2.0=50.0米，由圖1查得=459米2，則=0.79米/秒0.031米=+=2.0+0.031=2.031米 =1-0.2×0.7×=0.995則流量的

8、第二次近似值q=1×0.995×0.485×60× =371/秒因流量的微小變化，對及影響甚小,故以上所求q值可認為正確。 校核出流情況，按q =371米3/秒由圖2查得相應(yīng)的壩下水位位47.20米。則=47.20-48.00= -0.80米= 0.3940.15=2.222.0滿足實用堰自由出流條件，為自由出流，原假設(shè)的出流情況是正確的。 再設(shè)幾個，按上法計算相應(yīng)的，計算成果列于表2。按表2的數(shù)據(jù)繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線于圖4。表 2(米)壩前水位(米) (米)    (米3/秒)備注2.532.01.51.00.550

9、.5350.0049.5049.0048.502.5862.0311.5101.0060.5010.5020.4850.4650.4420.4160.9940.9950.9970.9980.9990.9991.0001.0001.0001.000550.6371.6229.9118.139.1淹沒出流自由出流自由出流自由出流自由出流  圖4 五、壩下消能計算 (一)確定消能設(shè)計流量設(shè)一系列流量,求出一系列相應(yīng)的臨界水躍躍后水深 及(t為下游水深)。繪出（）關(guān)系曲線，由該曲線找出相應(yīng)于()為最大值時的流量即為消能設(shè)計流量.現(xiàn)以=229.9米3/秒為例求()

10、值。單寬流量=3.83/秒米臨界水深=1.144米由表2查得=1.516米，則=+=1.516+4.5=6.016米=5.26按及=0.90由矩形斷面底流式消能水力計算求解圖查得=2.2 ，則 =2.2=2.2×1.144=2.517米按q=229.9米3/秒由圖2查得相應(yīng)壩下水位為46.2米，則相應(yīng)下游水深=46.243.5=2.7米于是米設(shè)一系列q值，按上述方法求得一系列相應(yīng)的() 值,計算結(jié)果列于表3。由表3可知,相應(yīng)于() 最大值時的q=80米3/秒,故采用消能設(shè)計流量為80米3/秒。當q=80米3/秒時,下游發(fā)生遠離水躍,需做消能工，現(xiàn)擬做消力池。表 3(米3/秒) (米3

11、/秒/米)(米)(米)  (米) (米)(米)550.6371.0229.9118.180.039.120.09.1776.1833.8321.9681.3330.6520.3332.0481.5741.1440.7340.5660.3510.2257.0866.5316.0165.5065.2885.0014.8313.4604.1495.2597.5019.34314.2521.471.882.022.202.472.642.993.343.8503.1792.5171.8131.4941.0490.7524.673.702.701.641.250.820.5

12、70.8200.5210.1830.1730.2440.2290.182 (二)求消力池深度d已知=80米3/秒,由表3查得=1.333米3/秒/米, =0.566米，=5.288米, =1.25米，則=9.342=2.208按,及由矩形斷面底流式消能水力計算求解圖查得 =0.55,則池深= =0.55×0.566=0.311米采用d=0.4米。消力池池底高程=河底高程=43.50.4=43.1米(三)求消力池長度= =10.05按及=0.90由矩形斷面底流式消能水力計算求解圖查得=0.25, =2.70，則=0.25×0.566=0.142米=2.70×

13、;0.566=1.528米則水躍長度=6.9()=6.9(1.5280.142)=9.563米故池長l=+0.8=0+0.8×9.563=7.65米采用=8米。(四)求海漫長度式中為相應(yīng)于設(shè)計洪水流量時的單寬流量,由表3查得=9.177米3/秒/米;上下游水位差=50.5348.12=2.41米；河床土壤為中礫石,取系數(shù)k=8。故得米采用=30米。 六、壩基滲流計算 壩基滲流主要是計算滲徑長度和壩底滲流壓強。因本工程對控制滲流量要求不高,故不必計算滲流量。壩基滲流按上下游最大水位差的情況計算。最大水位差出現(xiàn)在壩前水位與壩頂齊平、壩下無水的情況,即最大水位差=4.5

14、米(一) (一) 計算滲徑長度為增加滲徑長度和減小壩底滲流壓力,于壩前增設(shè)一長5米厚0.5米的重粘土防滲鋪蓋層。初步擬定的壩底輪廓線如圖3所示。 折算滲徑長度l=+其中=+=1.0+1.0+0.2+1.7=5.73米=+ =5.0+1.0+3.0+7.5+3.0+0.5=20.64米則l=5.73+×20.64=12.61米壩基土壤為中礫石（有反濾層），由表查得滲徑系數(shù)2.5，則 =2.5×4.5=11.25米因l，壩底輪廓線長度滿足防滲要求。（二）計算壩底滲流強度按計算壩底滲流壓強的方法求得壩底各點的滲流壓強，列于表4。表4位置1234567(千牛/米2)(千牛/米2)

15、(千牛/米2)44.1 0.00 44.140.6 9.80 50.434.8 9.80 44.631.3 19.6 50.930.2 19.0 49.826.2 9.80 36.022.6 9.80 32.4位置891011121314 (千牛/米2) (千牛/米2) (千牛/米2)20.2 14.7 34.911.5 14.7 26.210.8 12.7 23.57.3 12.7&#

16、160;20.06.6 16.7 23.36.0 16.7 22.70.00 0.00 0.00 七、壩上游壅水曲線計算 根據(jù)設(shè)計洪水流量計算壩上游的壅水曲線。因缺乏河道的水文和斷面實測資料，故按簡易近似法計算壩上游的壅水曲線。筑壩前，河道水流近似當作均勻流。河道平均水面坡度近似等于河道平均底坡，即=0.00127。筑壩前相應(yīng)于設(shè)計洪水流量550米3/秒的壩址處洪水位（即壩下水位）由圖2查得為48.17米，則河道正常水深=48.1743.5=4.67米。已知壩的設(shè)計水頭=2.53米，則壅水曲線總長可按下式計算：=3980米壩前壅水曲線近似為一拋物線，線上各點坐標x，y可按下式計算： =