比較簡潔是視覺好的模板

1、3 河岸溢洪道水力計算實例河岸溢洪道水力計算實例 一、資料及任務(wù) 某水庫的帶胸墻的寬頂堰式河岸溢洪道，用弧形閘門控制泄流量，如圖17.7所示，溢洪道共三孔，每孔凈寬10米。閘墩墩頭為尖圓形，墩厚2米，翼墻為八字形.閘底板高程為33.00米。 胸墻底部為圓弧形，圓弧半徑為0.53米，墻底高程為38.0米。閘門圓弧半徑為7.5米，門軸高程為38.00米。閘后接第一斜坡段，底坡i1=0.01，長度為100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i2=1/6，水平長度為60米。第二斜坡段末端設(shè)連續(xù)式挑流坎，挑射角。上述兩斜坡段的斷面均為具有鉛直邊墻，底寬的矩形斷面。其余尺寸見圖7。溢洪道用混凝土澆筑，糙率n

2、=0.014 。溢洪道地基為巖石，在閘底板前端設(shè)帷幕灌漿以防滲。 水庫設(shè)計洪水位為42.07米，校核洪水位為42.40米，溢洪道下游水位與流量關(guān)系曲線見圖17.8。當(dāng)溢洪道閘門全開，要求：1.繪制庫水位與溢洪道流量關(guān)系曲線；2.繪制庫水位為設(shè)計洪水位時的溢洪道水面曲線；3.計算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)的挑距。02004006008001000120016.018.020.022.0溢 洪 道 流 量 Q(米3/秒 )下游水位(米)圖 17.8圖圖17.7防滲帷幕灌漿設(shè)計洪水位442.07胸墻弧形閘門閘底板第一斜坡段第二斜坡段R=9014.022.018.025.032.033.040.5

3、38.045.042.532.519.638.0R=70單位：米二、繪制庫水位與溢洪道流量關(guān)系曲線（一）確定堰流和孔流的分界水位寬頂堰上堰流和孔流的界限為：0.65eH閘門全開時，閘孔高度：38.033.05.0e 米則堰流和孔流分界時的相應(yīng)水頭為：5.07.70.650.65eH 米所以，堰流和孔流的分界水位38.07.740.7米即：庫水位在40.7米以下按堰流計算；庫水位在40.7米以上按孔流計算。（二）堰流流量計算 因閘后為陡坡段，下游水位較低，不致影響堰的過水能力，其流量可按寬頂堰自由出流流量公式（9.1）計算：3 202QmBgH式中溢流寬度3 1030Bnb 米因溢洪道上游為水庫

4、， ，則00v 0HH溢洪道進口為上游面傾斜的寬頂堰，上游堰高33.032.50.5a 米斜面坡度為1：5，則 （為斜面與水平面的夾角）5ctg寬頂堰流量系數(shù)m可按 及由表9.4查得側(cè)收縮系數(shù)按式（9.12）計算：nbHnk0012 . 01其中孔數(shù)n=3 ；對尖圓形閘墩墩頭，00.25；對八字形翼墻，0.7k 設(shè)一系列庫水位，計算相應(yīng)的H,m ,和 Q,計算成果列于表8。aH表表8 35.02.02.832.50.3820.98414237.04.08.001.250.3830.96539439.06.014.700.830.3830.95271340.77.721.360.650.3840

5、.9381024 米庫水位 米H23HHem秒米流量3Q eHgeBQ02（三）孔流流量計算 因胸墻底緣為圓弧形，閘孔流量可按具有圓弧底緣的平面閘門下自由孔流流量公式計算：已知 ； ；米0 . 5e米30BHH 0自由孔流流量系數(shù) ， 由表9.14取閘孔流速系數(shù) ，垂向收縮系數(shù) 按式計算： 95. 0erk16718. 24 . 02111Hek其中系數(shù)而門底（即胸墻底）圓弧半徑米53. 0r106. 00 . 553. 0er則:073. 0718. 24 . 0718. 24 . 07 . 1106. 016k設(shè)一系列庫水位，計算一系列相應(yīng)的H,，及Q,計算成果列于表17.9.表表17.9

6、 米庫水位 米HHe秒米3Q備 注40.707.700.6500.8300.78898841.508.500.5880.8210.780108642.079.070.5510.8150.7741150為設(shè)計洪水位42.409.400.5320.8130.7721186為校核洪水位溢 洪 道 流 量 Q(米3/秒 )庫水位（米） 堰 流 曲 線 孔 流 曲 線圖 17.9 按表17.8及表17.9的數(shù)據(jù)繪制庫水位與溢洪道流量關(guān)系曲線于圖17.9.三、繪制庫水位為設(shè)計洪水位時的溢洪道水面曲線 水庫設(shè)計洪水位為42.07，由表17.9知相應(yīng)閘上水頭為9.07米及相應(yīng)設(shè)計流量為1150米3/秒。溢洪道

7、水面曲線：閘門后水平段第一斜坡段第二斜坡段現(xiàn)分別計算各段的水面曲線十二條水面曲線十二條水面曲線十二條水面曲線十二條水面曲線十二條水面曲線水面曲線計算方法分段求和法水力指數(shù)法數(shù)值積分法（一）閘門后水平段1、判斷水面曲線形式由圖17.7知閘門后水平段長度為14.1米。 當(dāng)庫水位為設(shè)計洪水位時，由表17.9知垂向收縮系數(shù) =0.815故閘門后收縮斷面水深米08. 40 . 5815. 0ehc秒米23 .38301150BQq米48. 58 . 93 .381 . 13232gaqhk閘孔單寬流量臨界水深 因 ，閘后水平段水面曲線為 型壅水曲線。ckhh 0c（一）閘門后水平段收縮斷面至閘門的水平距

8、離約為米5 .120 . 55 . 25 . 2ech秒米301150001. 01150iQK已接近水平段末端， 曲線長僅1.6米 ，不必計算。參照 值，取水平段末端水深為4.1米。（二）第一斜坡段1.判別底坡類型底坡的類型：正坡（i0） 平坡（i=0） 負坡（i0）正坡的類型：陡坡（iik）-h0hk，N-N在K-K線之下 臨界坡（i=ik）- h0=hk，N-N與K-K線重合 緩坡（iik）- h0hk，N-N在K-K線之上先求正常水深 h0 :底坡i1=0.01 ，底寬B1=34米 ，矩形斷面邊坡系數(shù)m=0，糙率n=0.014，均勻流流量模數(shù)7 .7611500014. 03467.

9、2067. 21nKB由附錄圖解查得 ，則0785. 010BhH0=0.0785B=0.078534=2.67(米)再求臨界水深hk :秒米218 .33341150BQq求得hk=5.04(米) 。因h0hk ，故底坡為陡坡（iik）。2.用水力指數(shù)法計算水面曲線 因第一斜坡段控制斷面水深(即閘后水平段末端水深)，則米1 . 41h米38.321.467.2210hhh211153438.3米Bh米76.4038. 323421hB米82.276.40115R秒米5 . 061610 .8582. 2014. 011RnC秒米31640082. 211585RCK水力指數(shù)67. 2lg38

10、. 3lg11500lg16400lg2lglglglg200hhKKx0 . 301. 315. 676.408 . 9348501. 0122gBCaii15. 51i26701.067.20ih水面曲線按下式計算： 121201iihl 15. 5267式中 ； 按 及 值由附錄表查得。設(shè)一系列 h值，計算相應(yīng)的 及 值。0hh xll 計算成果列于表17.10.第一斜坡段長100米，用內(nèi)插法求得其末端水深為3.85米。如：h1=4.1m, h2=4.0m1=h1/h0=4.1/2.67=1.5362=h2/h0=4.0/2.67=1.498(1)=0.240(2)=0.255=1.49

11、8-1.536=-0.038()=0.255-0.240=0.0155.15()=5.150.015=0.0773+5.15()=-0.038+0.0773=0.0393l=267+5.15()=2670.0393=10.49(m)表表17.10 米1h米2h1212 15. 5 15. 5米l米l 4.104.003.903.804.003.903.803.701.5361.5001.4611.4251.5001.4611.4251.3860.2400.2550.2720.2900.2550.2720.2900.313-0.036-0.075-0.111-0.1500.0140.0310.0

12、490.0720.07210.15970.25200.37100.03610.08470.14100.22109.6022.637.659.09.6032.269.8128.8（三）第二斜坡段因底坡i2=1/6，i2i1， 故第二斜坡段為陡坡。第二斜坡段水平長度為60米，始末高程差= 32-22=10（米），則第二斜坡段長度=（602+102）1/2=60.8(米)以第一斜坡段末端水深h=3.85m作為第二斜坡段的控制斷面水深，用水力指數(shù)法計算該段的水面曲線。省略計算過程，其計算成果列于表17.11.用內(nèi)插法求得第二斜坡段末端水深為1.98米。表表17.11 米1h 米2h米l 米l3.853

13、.403.002.602.202.003.403.002.602.202.001.904.105.0012.420.316.212.14.109.1021.541.858.070.1 根據(jù)表17.10和17.11的水面曲線計算成果即可確定溢洪道邊墻高度。由于第二斜坡段上水流流速較大，水中可能摻氣，在確定邊墻高度時應(yīng)考慮由于摻氣增加的水深，一般可增加純水水深的20%。四、計算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)挑距，并核算沖坑對建筑物安全的影響（一）計算最大沖刷坑深度T1、先計算沖刷坑最低高程沖坑高程=下游水位-沖坑水深tp而tp可按下式計算：25. 05 . 025. 1Zqtp式中 q為單寬流量；

14、Z為上下游水位差，可根據(jù)流量分別由圖17.9及圖17.8查得。 設(shè)一系列流量值，求出一系列相應(yīng)的沖刷坑高程，繪制沖刷坑高程與流量關(guān)系曲線，即可找出沖刷坑最低高程及相應(yīng)流量。計算成果列于表17.12.按表17.12的數(shù)據(jù)繪制沖刷坑高程與流量關(guān)系曲線于圖17.10.由圖查得沖刷坑最低高程為6.3米，相應(yīng)的流量為 .秒米3940表表17.12秒米3Q秒米2q5.0q米庫水位米下游水位米Z25. 0Z米pt 米沖坑高程115033.85.6142.0722.020.072.1215.406.60100029.45.4240.5520.719.852.1114.326.3890026.55.1540.0

15、320.020.032.11513.626.3880023.54.8539.5019.520.002.11512.836.6770020.64.5438.9319.019.932.1111.987.0250014.73.8337.7018.019.702.10510.087.923008.82.9736.3616.919.462.107.809.10流 量 ( 米3/ 秒 )沖坑高程（米）圖 1 7 . 1 09 4 06 . 3 由圖17.7知挑流坎末端地面高程為18.0米，則沖刷坑最大深度為：T=地面高程-沖坑最低高程 =18.0-6.3=11.7米（二）計算最大沖刷坑深度的相應(yīng)挑距L2

16、挑流坎末端至沖坑最低點的水平距離=L1+l1、計算L1 2221sin211sincosvsZggvL已知挑射角=25；相應(yīng)于最大沖刷坑深度的流量Q=940m3/s ；相應(yīng)于此流量的庫水位和下游水位分別由圖17.9和17.8查得為40.25米和20.35米；則上下游水位差Z=40.25-20.35=19.90(m);庫水位與挑流坎坎頂高差s=40.25-22=18.25(m)；由表10.1近似地選取自由孔流的溢洪道流速系數(shù)=0.85(因溢洪道較長，故選較小的值），則挑流坎末端流速P370秒米1 .1625.188 . 9285. 02gsv將以上諸值代入L1 的公式得:8 . 925sin25cos1 .1621L25sin1 .1625.189 .198 . 9211228 . 9422.