溢流壩水力計算實例

1、.溢流壩水力計算一、基本資料： 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：設(shè)計洪水流量為550m 3s；壩址處河底高程為43.50m；由灌區(qū)高程及灌溉要求確定壩頂高程為48.00m；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60m；溢流壩為無閘墩及閘門的單孔堰，采用上游面鉛直的三弧段WES型實用堰剖面，并設(shè)有圓弧形翼墻； 壩前水位與河道過水?dāng)嗝婷娣e關(guān)系曲線，見圖15.2；壩下水位與河道流量關(guān)系曲線，見圖15.3；壩基土壤為中礫石；河道平均底坡河道實測平均糙率。圖15.2圖15.3二、水力計算任務(wù)：1確定壩前

2、設(shè)計洪水位；2確定壩身剖面尺寸；3繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線；4壩下消能計算；5壩基滲流計算；6壩上游壅水曲線計算。三、水力計算1、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4800m，求出后，即可確定壩前設(shè)計洪水位。 溢流壩設(shè)計水頭可用堰流基本方程(10.4)計算因式中均與有關(guān)，不能直接解出，故用試算法求解。 設(shè)2.53m，則壩前水位48.00+2.5350.53m按壩前水位由圖15.2查得河道過水?dāng)嗝婷娣eA0535m2，又知設(shè)計洪水流量按設(shè)計洪水流量，由圖15.3查得相應(yīng)壩下水位為48.17m下游水面超過壩頂?shù)母叨?下游壩高 因不能完全滿足實用堰自由出流條件

3、:為實用堰淹沒出流。 根據(jù)值由圖10.17查得實用堰淹沒系數(shù)。因溢流壩為單孔堰，溢流孔數(shù)n1；溢流寬度m。按圓弧形翼墻由表10.4查得邊墩系數(shù).則側(cè)收縮系數(shù) 對于WES型實用堰，當(dāng)水頭為設(shè)計水頭時，流量系數(shù)。于是可得溢流壩流量 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=2.53m。 壩前設(shè)計洪水位壩頂高程+ 48.00+2.5350.53m2、確定壩身剖面尺寸壩項上游曲線的有關(guān)數(shù)據(jù)計算如下: 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區(qū)列于表l 5.3。因下游壩高，故取壩末端圓弧半徑為 按上述數(shù)據(jù)繪制的壩身剖面圖見圖15.4 3、繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線

4、 不同水頭H的溢流壩流量仍按計算現(xiàn)以H2.0米為例說明求流量的方法。 因為未知，無法計算及，故先取又因下游水位與有關(guān)，尚無法判別堰的出流情況，可先按自由出流算出后，再行校核對于自由出流，。根據(jù)，由圖10.5查得m0.485側(cè)收縮系數(shù) 則流量的第一次近似值按壩前水位480+2.050.0m，由圖152查得A0459m2，則 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圖15.4 則流量的第二次近似值 因流量的微小變化，對及影響甚小，故以上所求值可認為正確 校核出流情況。按由圖15.3查得相應(yīng)的壩下水位為47.20m。則 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H，按上法計算相應(yīng)的Q，計算成果列于表15.4.按表15.4的數(shù)據(jù)繪制壩前水位與流量關(guān)系曲線于圖15.5。H（m）壩前水位（m）H0（m）mQ（Q3/s）備注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淹沒出流自由出流自由出流自由出流自由出流表15.4圖15.54、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(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Q229.9m3s為例求值。單寬流量 臨界水深 由表15.4查得 按由附錄圖查得，則 按由圖15.3查得

7、相應(yīng)壩下水位為46.2m，則相應(yīng)下游水深 于是 設(shè)一系列值，按上述方法求得一系列相應(yīng)的值，計算結(jié)果列于表15.5 由表15.5可知，相應(yīng)于最大值時的，故采用消能設(shè)計流量為80m3s。當(dāng)s時，下游發(fā)生遠離水躍，需做消能工，現(xiàn)擬做消力池。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則 按及由附錄圖查得素，則池深 采用m 消力池池底高程河底高程 (三)求消力池長度 則 則水躍長度 故池長 采用8m。(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15.5查得上下游水位差m；河床土壤為中礫石，取系數(shù)8。故得 采用5、壩基滲流計算 壩基滲流主要是

9、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 (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5m厚0.5m的重拈土防滲鋪蓋層.初步擬定的壩底輪廓線如圖l 5.4所示折算滲徑長度其中 則 壩基土壤為中礫石(有反濾層)，由表查得滲徑系數(shù)，則 因，壩底輪廓線長度滿足防滲要求。 (二)計算壩底滲流壓強按計算閘底滲流壓強的方法求得壩底各點的滲流壓強于表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、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雍水曲線。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(dāng)作均勻流。河道平均水面坡度近似等于河道平均底坡，即。筑壩前相應(yīng)于設(shè)計洪水流量550m3s的壩址處洪水位(即壩下水位)由圖15.3查得為48.17m，則河道正常水深已知壩的設(shè)計水頭m，則壅水曲線總長可按下式計算：圖15.6 壩前壅水曲線近似為一拋物線，線上各點坐標可按下式計算： 設(shè)一系列值，求得一系列相應(yīng)值及水位值，列于表15.7。按表15.7的數(shù)據(jù)繪制壩上游壅水曲線