附录一泄水建筑物水力设计计算公式

附录一泄水建筑物水力设计计算公式
一、堰面曲线
1.开敞式溢流孔的堰面曲线。

采用幂曲线时按下式和附表1计算。

(附1)
式中 Hs为定型设计水头，按堰顶最大作用水头Hzmax的75%～95%计算(m)，其它符号见附图1，数值见附表1。

附表1
上游坝面坡度k n
垂直(3∶0) 2.000 1.850
3∶1 1.936 1.836 原点上游宜用椭圆曲线，其方程式为
式中 aHs和bHs分别为椭圆曲线的长轴和短轴。

若上游面垂直，其长轴aHs和短轴bHs可按以下关系选定：
附图1
采用倒悬堰顶时(如附图1)，应满足。

定型设计水头选择及堰顶可能出现的最大负压值参照附表2。

定型设计水头Hs情况下的流量系数m和其他作用水头Hz情况下的流量系数mz的比值参照附表3。

2.设有胸墙的堰面曲线。

当校核情况下最大作用水头Hzmax (孔口中心线上)与孔口高(D)的比值
时；或闸门全开时仍属孔口泄流，即可按下式计算：
(附2)
式中 Hs——定型设计水头，一般取孔口中心线至水库校核洪水位的水头的75%～95%；
——孔口收缩断面上的流速系数，一般取=0.96；若孔前设有检修闸门槽时取=0.95。

其余符号参照附图2。

附图2
原点上游可用单圆，复式圆或椭圆曲线，与胸墙底缘通盘考虑。

若
时，应通过试验决定。

附表2
Hs/Hzmax 0.75 0.775 0.80 0.825
最大负压值(m) 0.5Hs 0.45Hs 0.4Hs 0.35Hs
Hs/ Hzmax 0.85 0.875 0.90 0.95 1.0 最大负压值(m) 0.3Hs 0.25Hs 0.2Hs 0.1Hs 0.0Hs
附表3
Hz/Hs 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 mz/m 0.85 0.90 0.95 0.975 1.0 1.025 1.07
二、泄水建筑物泄水能力计算公式
1.开敞式溢流孔的泄水能力可按下式计算：
(附3)
式中 Q——流量，m3/s；
B——溢流堰净宽，m；
Hz——堰顶作用水头，m；
g——重力加速度，m/s2；
mz——流量系数，初设时在定型设计水头作用的情况下，当
(P为堰高，m)时，取mz=m=0.47～0.49；当
时，取m=0.44～0.47；
——侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，初设时可取
=0.90～0.95；
——淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时
=1。

2.孔口泄流按下式计算：
(附4)
式中 Ak——出口处的面积，m2；
Hz——自由泄流时为孔口中心处的作用水头，m；淹没泄流时为上下游水位差；
——孔口或管道的流量系数，初设时对设有胸墙的堰顶高孔，当
(D为孔口高，m)时取=0.74～0.82；对深孔取=0.83～0.93；当为有压流时，值必须计算沿程及局部水头损失后确定。

三、挑流消能
1.水舌抛距按水舌外缘计算(参照附图3)，其估算公式如下：
(附5)
式中 L——水舌抛距，m；
v1——坎顶水面流速，m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即
(H0为水库水位至坎顶的落差，m)；
——鼻坎的挑角，°；
h1——坎顶垂直方向水深，m，h1=hcos (h为坎顶平均水深，m)；
h2——坎顶至河床面高差，m，如冲坑已经形成，作为计算冲坑进一步发展时，可算至坑底；
——堰面流速系数。

附图3
—最大冲坑深度，由河床面算至坑底m
2.最大冲坑水垫厚度按下式估算：
(附6)
式中 tK——水垫厚度，自水面算至坑底，m；
q——单宽流量，m3/s/m；
H——上下游水位差，m；
——冲坑系数，坚硬完整的基岩=0.9～1.2；坚硬但完整性较差的基岩=1.2～1.5；软弱破碎，裂隙发育的基岩=1.5～2.0。

四、护坦消力池长度计算公式
1.福氏数
，当Fr≥4.5，护坦上不设铺助消能工时：
(附7)
式中 Lc——护坦消力池长度，m；
、
——跃前、跃后共轭水深，m。

2.当Fr＞4.5，池首断面平均流速
大于16～18m/s，护坦上可设梳流坎及尾坎，但不宜设消力墩时：
(附8)
3.当Fr＞
4.5，池首断面平均流速
小于16～18m/s，护坦上可设梳流坎、消力墩及尾坎时：
(附9)
五、空蚀指数估算公式
(附10)
式中
——空蚀指数，无量纲；
hd——计算断面处的时均动水压力水头(水柱高，m)；
hq——大气压力水头(水柱高，m)，对于不同高程按
估算，即相对于海平面每增加高度900m，较标准大气压力水头降低1m水柱，
为海平面以上高度；
——水的汽化压力水头(水柱高，m)；对于不同水温可参照附表4数值采用；
附表4
水温(℃)0 5 10 15 20 25 30 40 (水柱高，m) 0.06 0.09 0.13 0.17 0.24 0.32 0.43 0.75
/2g——计算断面处的流速水头(水柱高，m)。

六、波动及掺气水深估算公式(适用于溢流坝面)
(附11)
式中 h——不计入波动及掺气的水深，m；
hb——计入波动及掺气的水深，m；
v——不计入波动及掺气的计算断面上平均流速，m/s；
——修正系数，一般为1.0～1.4，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s 时，宜采用较大值。

七、护坦、鼻坎上脉动压力估算公式
(附12)
式中 Pm——脉动压力，沿法线方向作用于建筑物表面，t/m2；
——水的容重，t/m3；
am——脉动压力系数，根据水流缓急程度分别取0.05～0.10。

八、护坦上消力墩所受冲击力计算
护坦上如设有消力墩(包括梳流坎及尾坎)时，其所受冲击力Pd，可按下式估算：
(附13)
式中 Pd——消力墩(包括梳流坎及尾坎)的冲击力，t；
Ad——墩、坎迎水面在流速方向上的投影面积，m2；
kd——阻力系数，视墩、坎形状及流速大小，取kd=1.2～2.0。

附录二荷载计算公式
一、垂直作用于坝体表面的静水压力
(附14)
式中 H——计算点的水深，m；
——水(或含泥沙水)的容重，t/m3。

二、水平泥沙压力
(附15)
式中
=
－(1－n)
，
为泥沙的干容重，n为泥沙的孔隙率；
hn——坝前泥沙淤积高度，m；
——泥沙的内摩擦角，°。

当缺乏资料时可按下式计算：
(附16)
三、浪压力
1.浪高、波长可按官厅水库公式计算(适用于山区峡谷水库库缘地势高峻，风速4～16m/s，吹程1～13公里)。

(附17)
(附18)
式中 2hl——浪高，m；
2Ll——波长，m；
——计算风速，m/s；
Df——吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离，km。

2.浪压力计算：
(1)坝前水深H1满足Hlj＜H1＜Ll时，铅直坝面上的浪压力Pl，可按照立波概念，用下式计算：
式中 h0——波浪中心线至水库静水位的高度，可按下式计算：
(附20)
Pl——坝基面的浪压力剩余强度，其值为：
(附21)
Hlj乃使波浪破碎的临界水深，其值为：
(附22)
浪压力的分布图形可假定在水库静水位上下各近似作直线分布，见附图4a。

附图4
(2)坝前水深H1＞Ll时，在距水库静水位深Ll以下各点的浪压力可以忽略，铅直坝面的浪压力可按下式计算：
浪压力的分布见附图4b。