水利工程施工——導流

1、施工水力學施工水力學 干地工程施工程序、施工期間不同時段的導流方式以及與之相應的各種擋水或泄水建筑物（圍堰、引渠、隧洞、底孔等）的設計。 束窄河床導流水力學計算束窄河床導流水力學計算 壩體缺口、過水圍堰水力學計算壩體缺口、過水圍堰水力學計算 導流明渠水力學計算導流明渠水力學計算 導流隧洞水力學計算導流隧洞水力學計算當采用分當采用分期導流方期導流方案時，河案時，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、束窄河床導流水力學計算、束窄河床導流水力學計算表（表（1）分期導流的流態(tài)界限）分期導流的流態(tài)界限寬 頂 堰明 渠 流H0上游水頭 h0正常水深hk臨界水深L/H=2.520

2、L/H20自由出流淹沒出流緩流急流HS1.25HKHS1.25HKIIKHSHKk0hk分期導流的流態(tài)隨縱向圍堰的長度L及上游水深H而不同，可以分別按寬頂堰或明渠流處理。一般寬頂堰的極限長度為10倍水深H，對于臨時水工建筑物可以放寬至20倍水深H?；?qū)懗桑篻vgvZc222022對于矩形河槽，式 (1) 可寫成：)(20sshHgbhQAc過流斷面面積; v0、vc分別為行近流速和收縮斷面流速; H0上游水頭; H上游水深; hs下游水深; b矩形河槽寬度; Z上下游水位差。 gvHH2200(1) (1)對于淹沒堰流，通過束窄河床的泄水流量Q近似按下式計算：)(20schHgAQ (2) 對

3、于非淹沒堰流，計算公式為：kkkkkhABBgmQHHgBmQ21232220022m流量系數(shù)H0計及行近流速的上游水頭; Bk臨界水深下的平均過水寬度; hk臨界水深; Ak臨界水深下的過水面積。表（表（2）流速系數(shù)）流速系數(shù)和流量系數(shù)和流量系數(shù)M值值布置型式 流速系數(shù)流量系數(shù)M 備 注 矩矩 形形0.800.30梯形布置加挑流丁壩，其系數(shù)相同梯梯 形形 0.800.85 0.300.32 梯形布置加順流丁壩，其系數(shù)相同 梯形加翼堰梯形加翼堰 0.850.95 0.320.35 當縱向圍堰的長度L與上游水深H之比大于20時，束窄河床泄流能力可按明渠泄流計算方法計算。束窄河床泄流水流流態(tài)一般為

4、非均勻流，而底坡又較平緩，可用分段累計法推算水面線。束窄河床的局部沖刷計算 分期導流的束窄河床，從圍堰轉(zhuǎn)角處起流速急劇增加，可能淘刷堰腳。沿縱向圍堰各點的最大流速vi可由下式計算：0001viihZavvv0上游行近流速; hv0行近流速水頭; Z0計入行近流速的水頭差; ai沿縱向圍堰不同部位的相對壓力差，根據(jù)試驗列表1。河槽最大底流速一般產(chǎn)生在上游圍堰轉(zhuǎn)角處，可由下式計算：0000max1vhZavv當vmax超過河槽抗沖流速時，應加以保護，表（3）、（4）為松散體河床和巖石及加固工程的平均抗沖流速。采用塊石保護時，護腳塊石尺寸由下估算：0ii16. 00002016. 1maxZb-Hh

5、222. 0hZagvdh0上游圍堰轉(zhuǎn)角處(x/L=0) 水深; bi沿縱向圍堰不同部位的相對自由水面降差，見下表; H上游水深。 表（表（3）ai與與bi試驗試驗值值表（表（3 3）松散體河床平均允許抗沖流速）松散體河床平均允許抗沖流速 m/s m/s項 目粒 徑 (mm)平 均 水 深1.0M3.0M10.0M細 砂0.050.250.300.30中 砂0.250.300.500.70粗 砂1.00.600.801.00細礫石2.50.801.001.20中礫石5.01.001.301.60粗礫石101.201.501.80細卵石151.501.802.20中卵石251.702.002.5

6、0粗卵石402.102.503.00細頑石752.402.803.50中頑石1002.803.304.00粗頑石1503.003.704.50細漂石2003.504.005.00中漂石3003.804.505.50粗漂石4004.005.006.00表（表（4 4）巖石及加固工程的平均抗沖流速）巖石及加固工程的平均抗沖流速 m/s m/s項 目平均水深 0.41.02.0巖石礫巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)板巖、頁巖2.12.53.03.5多孔石灰?guī)r、緊密礫巖、石灰質(zhì)砂巖、白云石灰?guī)r3.03.54.04.5白云砂巖、緊密的非成層石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、大理石4.05.06.06.5花崗巖、正長巖、輝長巖、斑巖、

7、安山巖、輝綠巖、玄武巖、石英巖16202325梢 籠梢捆褥墊，厚度2.02.5柴排護底，厚度2.53.03.5石籠，尺寸不小于4.25.05.76.2漿砌石低強度石料，強度3.03.54.04.5高強度石料，強度6.58.010.012.0混凝土1009.011.012.014.015012.015.017.019.020014.018.021.023.0指新鮮未風化的巖石。指新鮮未風化的巖石。2 、壩體缺口、過水圍堰水力學計算 壩體缺口泄流見圖 當堰頂長度L和水頭H的關系在2.5HL20H時，按寬頂堰公式計算，如自由出流時 (堰頂?shù)南掠嗡頷s1.25hk或hs 0.8H0)，泄水流量按下式

8、 計算：2302 HgmBQB堰孔過水寬度；H0缺口底檻以上的上游水頭；側收縮系數(shù)；m流量系數(shù)。 對于銳緣進口、缺口下游面垂直時，m由下式計算：HPHPm/75. 046. 0/301. 032. 011適用范圍為03時，m=0.32。對于銳緣進口、缺口下游面為斜坡 (坡比約1：0.7) 時，原陜西機械學院水科所通過試驗求得以下流量系數(shù)計算式：HPHPm/24. 289. 0/401. 034. 011適用范圍為04時，m=0.34。 當淹沒出流時 (hs1.25hk或hs0.8H)，按淹沒流公式計算： 淹沒系數(shù)2302 HgmBQ（5 5）寬頂堰淹沒系數(shù)）寬頂堰淹沒系數(shù)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、梳齒泄流側收縮系數(shù)曲線 據(jù)日本車間試驗，提出三種流態(tài) (自由出流、過渡流態(tài)、淹沒出流) 的出流公式為：臺形堰臺形堰（土石過水圍堰通常屬于這種類型。）（土石過水圍堰通常屬于這種類型。）232 HgBmQp232 HgBmQpp)(2ssphHgBhQHhspmp臺形堰流量系數(shù)，見表（6）p過渡流

10、淹沒系數(shù)，見表（6）p淹沒出流的流量系數(shù)，見表（6）臺形堰有關系數(shù)臺形堰有關系數(shù)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數(shù)系數(shù)p p分界點分界點 h hs s/H/H過渡流過渡流分界點分界點 h hs s/H/H淹沒出流淹沒出流 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 分期圍堰的縱向圍堰缺口過水屬于此種類型，直角分水的側堰泄水流量公式為：側堰側堰（側堰的軸線與水流方向平行）（側堰的軸線與水流方向平行）232 HgcbQ 側堰的分流量又可為： 21QQQP-h = HP-h = H2221121HHHc側堰流量系數(shù)，可取0.95m，m為正堰流量系數(shù); H側堰平均水頭; h1、h2分別為側堰進口首端和末端的水深。 如果變量流的斷面單位能量Es沿程不變，而且底坡為水平，則公式為：gvhgvhEs22222211v1、v2分別為變量流首

12、端和末端斷面的流速; P、b分別為側堰高度和寬度。 其泄水流量按下式計算：弧形堰弧形堰（拱壩或拱圍堰過水時為弧形堰）（拱壩或拱圍堰過水時為弧形堰）232 HgmbkQrm正堰的流量系數(shù)b沿弧長度kr修正系數(shù)PHkr1H、P分別為堰上水頭和堰坎高度形狀系數(shù)，見下表弧形堰形狀系數(shù)弧形堰形狀系數(shù)河槽形狀河槽形狀151530304545606075759090寬河槽寬河槽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水流銜接與消能水流銜接與消能 河床上修建水工建筑物，將改變天然的水流特性。為了消減集中下泄水流造成的嚴重沖刷，應處理好水流銜接和消能。底流消能底流消能其收縮水深hc 的計算式為：22202cchgqhEE0以下游河床為基準面的總能頭q收縮斷面處的單寬流量; 流速系數(shù)平底閘孔出流的hc為