河岸溢洪道水力計(jì)算實(shí)例

1、圖7(榮)歸福艇X河岸溢洪道水力計(jì)算實(shí)例一、資料及任務(wù)某水庫(kù)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15.7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38.00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J0.01，長(zhǎng)度為100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡12=1:6，水平長(zhǎng)度為60米。第二斜坡段末端設(shè)連續(xù)式挑流坎，挑 射角a=25。上述兩斜坡段的斷面均為具有鉛直邊墻，底寬B1=34米的矩形斷面，其余 尺寸見(jiàn)圖15.7。溢洪道

2、用混凝土澆筑，糙率n=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(kù)設(shè)計(jì)洪水位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(jiàn)圖15.8。當(dāng)溢洪道閘門全開(kāi)，要求：繪制庫(kù)水位與溢洪道流量關(guān)系曲線；繪制庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的溢洪道水面曲線；計(jì)算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)的挑距。圖8二繪制庫(kù)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e寬頂堰上堰流和孔流的界限為 H 0.65。閘門全開(kāi)時(shí)，閘孔高度e =38.0 33.0=5.0 米，則堰流和孔流分界時(shí)的相應(yīng)水頭為=史0 = 7.7H = 0.65 0.65 米堰流和孔流的分界水位=33.0+

3、7.7=40.7米。庫(kù)水位在40.7米以下按堰流計(jì)算；庫(kù)水位在 40.7米以上按孔流計(jì)算。（二）堰流流量計(jì)算堰流流量按下式計(jì)算：Q =突 mB 鼻H 3/2式中溢流寬度B=nb=3X 10=30米。因溢洪道上游為水庫(kù)，V0 0則0 H。溢洪 道進(jìn)口上游面傾斜的寬頂堰，上游堰高a=33.0 32.5=0.5米，斜面坡度為1： 5,則actg =5 （0為斜面與水平面的夾角），寬頂堰流量系數(shù)m可按H及ctg0由表11.7 查得；側(cè)收縮系數(shù)e按下式計(jì)算：H 0e = 10.2（n1） 0 + k nb其中孔數(shù)n=3；對(duì)尖圓形閘墩墩頭，0 = 0.25；對(duì)八字形翼墻，k = 0.7。因閘后為陡坡段，下

4、游水位較低，不致影響堰的過(guò)水能力，為寬頂堰自由出入流，取。=1。設(shè)一系列庫(kù)水位，計(jì)算相應(yīng)的H，m，e和Q，計(jì)算成果列于表1 表1庫(kù)水位（米）H（米）H 3/2eHmQ(米3 /秒)35.02.02.830.250.3820.98414237.04.08.000.1250.3830.96539439.06.014.700.0830.3830.95271340.77.721.360.0650.3840.9381024（三）孔流流量計(jì)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(jì)算Q/ eB 心g (H 0 *由表11.12取閘孔流已知e =5.0米，B=30米，H0H

5、自由孔流流量系數(shù)口 = *甲， 速系數(shù)中=0.95，垂向收縮系數(shù)按式計(jì)算：11- e1 + .k1 - G-)2H0.4其中系數(shù)k= 2.71816e，而門底（即胸墻底）圓弧半徑r=0.53米，er 竺=0.1065.00.40.40.073k = 2.718 16x0.106 = 2.7181.7設(shè)一系列庫(kù)水位，計(jì)算一系列，相應(yīng)的H，, H 及Q，計(jì)算成果列于表2庫(kù)水位（米）H（米）eHPRQ（米3/秒）備注40.707.70.0.6500.8300.78898841.508.500.588.0.8210.780108642.079.070.5510.8150.7741150為設(shè)計(jì)洪水位42

6、.409.400.5320.8130.7721186為校核洪水位4 2r |)孔流曲張 TOC o 1-5 h z 4L 1)/411 I）/堰流曲蛆 /-39, I）/38/37, I）36. I）/35. 1）/34. 1）/3 3, （）/一&5 如IQQO溢洪道流量（米/秒）圖9按表1及表2的數(shù)據(jù)繪制庫(kù)水位與溢洪道流量曲線于圖三、繪制庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的溢洪道水面曲線水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為42.07米，由表2知相應(yīng)閘上水頭為9.07米及相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為1150 米3/秒。溢洪道睡眠曲線由閘門后水平段、第一斜坡段及第二斜坡段上的水面曲線所組成。 現(xiàn)分別計(jì)算各段的水面曲線。（一）（一）門后水平段

7、由圖15.7閘門后水平段長(zhǎng)度為14.1米。當(dāng)庫(kù)水位為設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，由表2知垂向收縮系數(shù)=0.815，故閘門后收縮斷面水深hc = e e=0.815X 5.0=4.08 米閘孔單寬流量Q 1150 =38.3q =B 30米3/秒/米i-q q 2h = 3,1.0 X 38.32臨界水深k 3 g =V 9.8=5.31 米因hk hc，閘后水平段水面曲線為C0型壅水曲線。收縮斷面至閘門的水平距離為2.5e=2.5X5.0=12.5米，已接近水平段末端，C0曲線長(zhǎng)h僅1.6米，不必計(jì)算。參照hc值，取水平段末端水深為4.1米。（二）（二）第一斜坡段1、判別底坡類型。先求正常水深 :底坡=0.

8、01,底寬氣=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)_Q_ 1150K 0 ，01 = 11500 米3 /秒Bj67 =342.67nK00.014 X11500 =76.7ha = 0 =由附錄圖解I查得B1 0.0785，則h =0 0.0785B 1 =0.0785 X 34=2.67 米h再求臨界水深hk:表 15.10h（米）A（米2）V（米）R（米）R1/6（米 2/3）C（米1/2/秒）v（米/ 秒）av 22 g（米）Es（米）4.10139.442.23.3031.22087.178.2503.4737.5734.00136.042.03

9、.2381.21686.888.4563.6487.6483.90132.641.83.1721.21286.588.6733.8387.7383.80129.241.63.1061.20886.288.9014.0427.8423.70125.841.43.0391.20485.969.1414.2647.9643.60122.441.22.9711.19985.649.3954.5048.1043.50119.041.02.9021.19485.319.6644.7658.265Es（米）V（米/秒）R（米）C（米1/2/秒）li = lAl（米）EAl（米）0.0758.3533.271

10、87.030.002820.0071810.4510.450.0908.5653.20586.730.003040.0069612.9323.380.1048.7873.13986.430.003290.0067115.5038.880.1229.0213.07386.120.003560.0064418.9457.820.1409.2683.00585.800.003880.0061222.8880.700.1619.5302.93785.480.004230.0057727.90108.60表 15.11h（米）A（米2）V（米）R（米）R1/6C（米1/2/秒）v（米/秒）av22 g（

11、米）E s（米）（米 2/3）3.53120.041.062.9231.19685.419.5834.6868.1263.20108.840.42.6931.17984.2510.575.7008.9002.8095.239.62.4121.15882.7212.087.44510.2452.4081.638.82.1031.13280.8514.0910.13312.5332.0068.138.01.7891.10278.7016.9114.59216.5921.9064.637.81.6931.09277.9817.8016.16918.069AES（米）V（米/秒）R（米）C（米1/2/

12、秒）li lAl（米）EAl（米）0.68410.0772.80884.830.005030.1624.224.221.34511.3252.55383.490.007210.1598.4612.682.28813.0852.25881.790.011340.15514.7627.444.05915.5001.94679.780.019400.14727.6155.051.47717.3551.74178.340.028190.13810.7065.75Q 1150 q B1 = 34 =33.8 米3 /秒/米求得廣5.04米。因 i =因底坡261 0.01，故為陡坡。第二斜坡水平長(zhǎng)度為6

13、0米，始末高程差=32.0 22.0=10.0米，則第二斜坡段長(zhǎng)度=代02 +102 60.8 米以第一斜坡段末端水深h=3.53米作為第二斜坡段的控制斷面水深，再用分段法計(jì)算該 段的水面曲線。其計(jì)算結(jié)果列于表15.11。用內(nèi)插法求得第二斜坡段水深為1.954米。根據(jù)表15.10和表15.11的水面曲線計(jì)算結(jié)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(shí)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(jì)算溢洪道下游最大沖刷坑深度及相應(yīng)挑距，并核算沖刷坑對(duì)建筑物安全的影響（一）計(jì)算最大沖刷坑的深度T先計(jì)算沖刷坑最低高程計(jì)算高程=下游水位一沖刷

14、坑水深。，而p可按下式計(jì)算：t =1 25 q 0-5 Z 0.25式中q為單寬流量；Z為上下游水位差，而上、下游水位可根據(jù)流量分別由圖15.9及圖15.8 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(jì)算結(jié)果列于表15.12。按表15.12的數(shù)據(jù)繪制沖刷坑 高程及流量關(guān)系曲線于圖15.10。由圖查得沖刷坑最低高程為6.3米，相應(yīng)的流量為940米3/ 秒。表 15.12Q（米3/秒）q（米3/秒/米）q 0.5庫(kù)水位（米）下游水位（米）Z（米）Z 0.25tp（米）沖刷坑高程（米）115033.85.6142.0722.0

15、20.072.1215.406.60100029.45.4240.5520.719.852.1114.326.3890026.55.15.40.0320.020.032.11513.626.3880023.54.8539.5019.520.002.11512.836.6770020.64.5438.9319.019.932.1111.987.0250014.73.8337.7018.019.702.10510.087.923008.82.9736.3616.919.462.107.809.10由圖15.7知挑流坎末端地面高程為18.0米，則沖刷坑最大深度為丁=地面高程一沖刷坑最低高程=18.0

16、6.3=11.7米（二）（二）計(jì)算最大沖刷坑深度相應(yīng)挑距L2根據(jù)式12.15，挑距L2 （挑流坎末端至沖刷坑最低點(diǎn)的水平距離）=L1+/，而挑流坎末 端至水股入水點(diǎn)的距離L1按式（12.14）計(jì)算：v 2 cosa sin a2 g （Z s）廣 gU + * v2sin2 a 已知挑射角a = 25 ；相應(yīng)于最大沖刷坑深度的流量Q = 940米3/秒，相應(yīng)于此流量的庫(kù)水位和下游水位分別由圖15.9和15.8查得為40.25米和20.35米，則上下游水位差Z=40.2520.35=19.90 米庫(kù)水位與挑流坎坎頂高差S馴愜螟逗照?qǐng)D4s=40.2522.00=18.25 米由表12.1近似地選取自由孔流的溢洪道流速系數(shù)中=0.85 (因溢洪道較長(zhǎng)，故選較小的中 值)，則挑流坎末端流速v =.:衰=0.85、2 x 9.8 x 18.25 = 16.1米 / 秒將以上諸值代入L1的公式得16.12cos25。sin25。 + 2x9.8(19.9-1825)L =98 x 七16.12 sin2 25o259 x 0.906 x 0.422 r1 + , 19.6(19.9 18.25)=98 x259 x