河岸溢洪道水力计算
溢洪道水力计算范文
溢洪道水力计算范文溢洪道是一种用于调节水库库容的重要设施，它能够确保水库在降雨较大时不会溢出，从而保护下游地区的安全。
溢洪道的水力计算是设计溢洪道的关键步骤之一，本文将详细介绍溢洪道水力计算的相关内容。
1.溢流量计算溢流量是指在水库库容达到最大限度时，通过溢洪道流出的水量。
计算溢流量的常用方法有经验公式法和理论计算法。
经验公式法是根据历史洪水资料和相关实测数据推导出的经验公式进行计算，适用于缺乏资料和经验的情况。
理论计算法则是利用流体力学原理进行计算，适用于条件较好且有丰富资料的情况。
2.溢流速度计算溢流速度是指水流通过溢洪道时的速度。
溢流速度的计算方法一般有两种：一是根据流量和槽底坡度计算，二是根据经验公式计算。
根据流量和槽底坡度计算需要确定槽底的摩擦系数和槽底的水流速度，然后应用流量公式进行计算。
根据经验公式计算则是根据经验公式直接计算溢流速度，相对简单但准确度较低。
3.堰顶宽度计算溢洪道的堰顶宽度是指溢洪道基底宽度和坡道宽度之和。
堰顶宽度的计算需要考虑上游河床的状况、上游输沙能力以及溢洪道的结构形式。
一般来说，堰顶宽度应满足以下几个方面的要求：满足流量要求、确保安全稳定、控制水流速度、减小溢洪道的地质灾害。
4.溢洪坝高度计算溢洪坝高度是指溢洪道堰顶相对于坝基的高度差。
溢洪坝高度的计算需要考虑上游河道流量、下游地势和地质条件。
一般来说，溢洪坝高度应满足以下几个方面的要求：确保下游地区不受洪水侵袭、防止溢洪坝溢流过高、满足溢洪道设计要求、减小溢洪坝的地质灾害。
总结起来，溢洪道水力计算是保证水库安全运行的重要环节。
通过合理的溢洪道水力计算，可以确保溢洪道的流量、速度、堰顶宽度和溢洪坝高度满足设计要求，从而保证溢洪道在大洪水冲刷下的安全性和稳定性。
为此，设计人员应根据具体情况选择适当的计算方法，并结合实际情况进行合理的参数取值，以提高计算结果的准确性和可靠性。
溢洪道设计
某水库溢洪道设计一、设计方案理论论证某水库由于当年的条件限制，所以工程质量较差，加之近40年的运行，反复冻融破坏，结构、设备老化，水库诸多隐患，水库经专家鉴定，评价为：溢洪道无底板，右侧边墙短，破坏严重，安全评定为C级。
根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》（SL253-2000），对溢洪道进行计算和设计。
该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。
（一）、溢洪道水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。
溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取n=0.016。
溢洪道为3级建筑物，按10年一遇设计，20年一遇校核的洪水标准。
（二）、进水渠的设计根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），进水渠的布置应依照以下原则：选择有利的地形、地质条件；在选择轴线方向时，应使进水顺畅。
进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。
进水渠的地基为土基，故采用梯形断面；底坡为平底坡，边坡采用m=0.5。
根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）进水渠设计流速宜采用3~5m/s，渠内流速取υ=3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是18.259m。
进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1-2。
表1-2 进水渠断面尺寸计算表- 1 -- 2 -由计算可以拟定引渠底宽B=10 m （为了安全），引渠长L=10m 。
（二）、控制段的设计控制段也叫溢流堰段，控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，其作用是控制泄流能力。
本工程是以灌溉为主的小型工程，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，开敞式溢流堰有较大的超泄能力，故堰型选用开敞式宽顶堰，断面为矩形。
顶部高程与正常蓄水位齐平，为18.80m 。
堰厚δ拟为8米（2.5H<δ<10H ）。
堰宽由流量方程求得，具体计算见表1-3。
表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g)由计算知，控制堰宽取b=15m 为宜。
溢洪道水力设计计算书(实用堰+底流消能)
溢洪道水力设计计算1 计算依据 《溢洪道设计规范》（DL/T 5166—2002）第6节及附录A的有关规定。
2 已知设计参数堰面曲线可采用抛物线。
上述曲线可按附录A中A.1计算。
本工程选用开敞式实用堰。
考虑到圆弧曲线（驼峰堰）的流量系数较小，泄流能力相对较小，本工程堰面曲线选用幂曲线（三）。
3 堰面曲线选择及泄流能力复核 （1）按规范5.3.3条，堰（闸）型式可采用开敞式或带胸墙的实用堰、宽顶堰、驼峰堰等，应根据地形地质条件、水力条件、运用要求及技术经济指标等综合比较选用。
开敞式溢流堰溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。
（2）按规范6.3.3条，采用开敞式实用堰时，堰面曲线宜采用幂曲线、圆弧曲线（驼峰堰）；当堰上设有胸墙时，点上游用三圆弧曲线。
3.1 幂曲线方程计算（A.1） （3）按规范6.3.2条，低实用堰应满足上游堰高P 1≥0.3H d ，下游堰高P 2≥0.6H d ；下游堰面坡度宜陡于1:1。
设计中应避免形成淹没流。
式中： （4）按规范附录A.1.3条，采用开敞式幂曲线（三）时，幂曲线按式（A.1)计算。
n=1.85，K=2。
上游面铅直，原H d …………定型设计水头，对低堰（P 1＞1.33H d ）可按堰顶最大水头H max 的75%～95％计算,yKH x n dn 1-=1.560m ～ 1.976m1.500m1.8522.8230.35423x^1.85 计算公式：0.6553255x^0.852.306m1.662m3.4 反弧半径R的计算即H d =（0.75～0.95）H max =堰顶O点上游三圆弧的半径R及其水平坐标x计算表即幂曲线方程为：y=3.2 幂曲线末端端点坐标计算 将m，dy/dx带入公式1可求得：x c =本工程取H d =n…………………系数,n=K…………………系数,K= 对堰面曲线求一阶导数得：dy/dx=（公式1）堰顶下游幂曲线方程坐标值表y c =3.3 堰顶上游三圆弧曲线的x坐标及半径R计算 经计算：KH d n-1=溢流堰下游反弧段半径，应结合下游消能设施来确定，对于挑流消能和底流消能方式，可按下式求反弧半径R。
溢洪道水利计算书
1 溢洪道水力计算溢洪道水力计算共分以下几段：入口段、陡坡段、消能防冲段、海漫段水面线推求和消力池段消能防冲计算等。
按照调洪演算结果，溢洪道20年一遇洪水流量Q=s ，50年一遇设计洪水流量Q =s ，500年一遇校核洪水流量Q =s 。
溢洪道底流消能洪水设计标准按20年一遇。
1.1 计算依据（1）《溢洪道设计规范》SL253—2000。
1.2 溢洪道水面线推求1.2.1 计算方式及计算公式采用明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算方式，计算公式为：Ji E E s susd --=∆式中：△s ——上、下断面间长度（m ）;i ——渠底比降;J ——上、下断面间平均水力坡度; E sd 、E su ——上、下游断面的断面比能。
1.2.2 水面线推求溢洪道水面线推求采用新疆水利厅编制的《D-7 明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算程序》进行计算。
本程序计算时需输入起算已知断面水位及各流段的大体数据。
由明渠水流分析知，溢洪道明渠段结尾即陡坡段始端将发生临界水深，把该断面作为控制断面来推求上下游水面曲线。
1.2.2.1 程序计算原理采用人工渠槽断面单位能量沿程转变的微分方程进行推求，公式如下：Jf i ds dEs-= 其差分格式为：Jf i s Es-=∆∆即：()s Jf i E E ∆⋅-+=12式中：RC vJf gv h E g v h E ⋅=+=+=222111222222αα()()()121212212121R R R C C C v v v +=+=+=其中：h 1为已知，h 2为欲求之水深 为此，将差分方程改成下列函数表达式()()()s Jf i E E h E ∆⋅-+-=212为求h 2设试算水深h 下限与h 上限，用二分法求解()下限上限h h h +=212()()()()()()h F F 2~1212~11G s J i h E E D s J i h E E h f f =∆⋅-+-==∆⋅-+-=上限上限上限若D 、G 同号，令h 上限= h 2；D=G若D 、G 异号，令h 上限= h 下限；h 上限= h 2；D=G 继续二分，直到∣h 1-h 2∣≤允许误差为止1.2.2.2 临界水深计算临界水深计算公式如下：kk B A g Q 32=α 式中：Q ——计算流量（m 3/s ）；A k ——临界水深时的过水断面面积(m 2)；B k ——临界水深时的水面宽度(m)；G ——重力加速度，g=s 2。
溢流坝水力计算说明书
溢流坝水力计算说明书基本资料见《任务指导书》一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C RiQ=AC RiC=n1R 6/1 A=bn X=b+2h R=XA （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算水深，即矩形断面迭代公式为：bh b inQ h 5/25/3)2()(+=a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得：52)2.52()001.0125004.0(5/35/3h h +⨯= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线(图一):溢流坝剖面图下游河道水位与流量关系计算表（表一）（图二）二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算:3/2)2(0gmB QH σε=计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。
因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。
由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则;3/2)8.9285502.090.00.11250(0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=H =6.25(m)2、计算实际水头H 。
溢洪道水力计算(刚刚来过)
水深
流速
h
v
1.95287844 4.27147255
1.72941966 4.82339067
1.50596089 5.53909915
1.28250211 6.50421283
1.05904333 7.87660564
0.83558455 9.98303122
修正系数 ζ
1 1.1
掺气后水深 hq
1.04773326 4.99995434
0.85847701 4.99974549
0.75538783 4.99982403
0.68861078 5.00000288
0.64150427 5.00016856
0.60652796 5.0000632
0.57966032 5.00041114
0.55851644 5.00021162
1.95287844 1.72941966 1.50596089 1.28250211
1.14246 0.92734289
边墙加高 △h 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
段面积A 水力半径R 计算流量Q 正常水深h0 2.73450856 0.39564601 50.0503807 0.45575143
出口断面 0.83558455 5.01350731 9.98303122 5.33353506 6.07627707
泄槽段水位差：
计算式
hk
h0
△h
不均匀系数 α
△h=hk-h0 1.95287844 0.83558455 1.11729389 1.05
分段并确定各段计算水深：
h1
h2
h3
h4
h5
案例分析——拦河溢流坝水力计算
某拦河溢流坝水力计算一、基本资料为了解决某区农田灌溉问题，于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。
相关资料有：1、设计洪水流量为550m3/s；2、坝址处河底高程为43.50m；3、由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m；4、为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60m；5、溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；6、坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1；7、坝下水位与河道流量关系曲线，见图2。
二、水力计算任务1、确定坝前设计洪水位已知设计流量，则设计洪水位=坝顶高程+坝的设计水头H d 。
已知坝顶高程为48.00m ，求出H d 后，即可确定坝前设计洪水位。
溢洪坝设计水头d H可用堰流基本方程3/20Q σε=计算。
因式中0H ，ε及σ均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。
2、确定坝身剖面尺寸坝顶上游曲线BO 段（参考教材p252图9.6）为三段圆弧组成，有关数据要求如下：10.5d R H = 20.2d R H = 30.04d R H =水平 10.175d b H = 20.276d b H = 30.2818d b H =坝顶下游OC 段曲线方程为 1.850.852dx y H = 接着是下游堰面直线段CD 段连接。
最后是反弧段DE 段连接，因下游坝高1 4.510a m m =<，故取坝末端圆弧半径为10.5R a =要求按上述计算结果绘制坝身剖面图。
3、绘制坝前水位与流量关系曲线不同水头H的溢流坝流量仍按3/20Q σε=计算。
因0A 为未知，无法计算0v 及0H ，故先取0H H ≈。
又因下游水位与Q 有关，尚无法判别堰的出流情况，可先按自由出流算出Q 后，再行校核。
对于自由出流，σ=1；根据0dH H ，由《水力计算手册》流量系数图查得m 值；侧收缩系数0010.2[(1)]k H n nbεζζ=--+可以计算。
水库溢洪道水力计算201204
《水力计算与测试技术》课程实训指导书
指导教师：赖永辉
二○一二年四月二十日
水库溢洪道水力计算
位于某水库的带胸墙宽顶堰式河岸溢洪道，采用弧形闸门控制泄流量。
溢洪道共4孔，每孔净宽8米。
闸墩墩厚2米，墩头为尖圆形。
翼墙为八字形，闸底板高程33.00米。
胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.00米。
闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。
闸后接第一斜坡段，底坡1i =0.01，长度为100米。
第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=1:6，水平长度为60米。
第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角=α25°。
上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽B 1=34米的矩形断面，其余尺寸见图1（图1打印为A3纸）。
溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。
溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。
水库设计洪水位42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图2。
当溢洪道闸门全开，要求：
1.
绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2.
绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3.
计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
图1
图2。
溢洪道水力计算(各种表格公式)
T0=以下游下游消力池底板顶面算起的总势能。
q=收缩断面处的单宽流量`P54》5.55 4.37hc 3-T 0hc 2+aq 2/2gφ2=0a=1，《水闸设计规范P56》b=-T0hc''=跃后水深（m ）c=ag 2/2gφ2hc=收缩断面水深hc=收缩水深（m)q=收缩断面处的单宽流量b 1=消力池首端宽度（m ）b 2=消力池末端宽度（m ）hs'=下游水深(m)水位m流量m³/s 329.3 4.2157329.413.10371329.467329.525.23308329.639.95381329.5854329.756.84367v=C(Ri)0.5C=R 1/6/n R=A/X A=(b+mh)h X=b+2h(1+m 2)0.5式中：hc"=0.5*h （1+8aq 2/g海曼取设计水位 下游水深深跃后水深（m ）收缩断面水深收缩断面处的单宽流量1=消力池首端宽度（m ）2=消力池末端宽度（m ）下游水深(m)下游河道水位计算表)0.5h)h(1+m 2)0.5武水水力手册，41页0.5*hc*(（1+8aq 2/ghc 3）^0.5-1)(b1/b2)^0.251.05~1.10φ'=消力池出流的流速系数，取0.95m）/（2gφ2*hs'2）-aq2/（2g*hc''2）Lsj=Ls+bLjLj=6.9(h''-hc)L k=（0.7~0.8）L jLsj=消力池长度Ls=消力池水平段投影长度b=水跃长度校正系数，可采Lj=水跃长度（m)长bLjLj=6.9(h''-hc)=（0.7~0.8）L jk消力池长度消力池水平段投影长度（m）水跃长度校正系数，可采用0.7~0.8水跃长度（m)。
溢洪道水面线水力计算
0.00776148 0.26749313
2.29006764 0.28166584 40.4817272
0.03144124
0.00601047 0.26924414
2.41710146 0.29314067 40.7520396
0.03788887
0.00477654 0.27047807
2.54413528 0.30346957 40.9879184
泄槽水面线计算（分段求和法）
1、基本资料
1.1 洪水资料
（洪水资料 根据调洪演
溢洪道下泄的最大流量（Q）：
堰上走水深（h）： 0.8
1.14 （m3/s） （m）
1.2 溢洪道资料：
泄槽宽度（B）：
1 （m）
泄槽长度（L）：
40 （m）
泄槽底坡（i）： 0.27525461
泄槽糙率（n）：
0.02
泄槽边坡系数（m1）：
0.04245278
0.00387775 0.27137686
0.04245278
0.00387775 0.27137686
2.6711691 0.31281604 41.195664
渠道水面线的计算
度，推求水深，适用于棱柱形和非棱柱形渠道）
行进水头 断面比能 比能损失
h
ES
△ES
湿周 χ
水利半径 R
（假设水深，推求分段长度，适用于棱柱形渠道）
比能损失
湿周
水利半径 曼宁系数 平均坡降
△ES
χ
R
C
i
i-j
2.036 0.25442043 39.8011239
0.00772244
0.01034875 0.26490586
溢洪道设计水力计算
起始断面宽度B 末端断面宽度b扩散角θ1.536流量Q 起始断面水深h 1V 1V 24.82 1.053.060317467.303030303平均谢才系数C 两断面间能量损失h f 渐变段底坡i 不均匀系数α52.60.2181246980.20.9流量Q 底宽b 单宽流量q 4.82 1.5 3.213333333流量Q 底宽b 边坡系数m4.821.50.5过水断面积A kα1.85181.1A kχkR k1.5756169653.600822620.437571392χk R kC k 2.440.75893442661.6陡槽段总落差p 陡槽段底坡i20.2底宽b 边坡系数m底坡i 30.2过水面积A 0水力半径R 0谢才系数C 00.480.14457831359.9注： 1、规范规定扩散角θ在6°～10°之间。
1、渐变段长度注: 1、α3、临界水深说明: 1、不均匀系数α与谢才系数C需查阅相关手册。
2、渐变段底坡i应大于临界底坡ik。
此时h 1＝h k （临界水深）。
3、已知h 1，假设h 2，如起始断面能量与末端断面能量相近，说明假设的h 2合适，否2、渐变段末端水深矩形梯形陡槽水力计算矩形5、陡槽长度L s 梯形4、临界坡降注: 1、已知Q、b、m、i等。
m＝0时，渠道断面为矩形2、假设h 0，求得相应A 0、R 0、并查阅相关资料得C 0，最终得Q 0。
若Q O 与Q相近，说明假设h 0合6、正常水深h 0注： 以上水力参数均为相应于临界k 的参数。
V 未掺气时水深h7.20.5V 23V≤20m/s1、陡槽水面线计算可用PC1500程序中2、陡槽首端断面水深h 0按如下原则确定：如溢流堰后紧接陡槽，且两者底宽相同，则h 0＝h k ，h k 为临界水深；如溢流堰与陡槽之间有渐变槽，当渐变槽底坡坡度i＜i k 时，则h 0＝h k当渐变槽底坡坡度i≥i k 时，则陡槽首端断面水深h 0取渐变槽末端断面的计算7、陡槽水深和水面线计算考虑掺气影响后,陡槽的衬护高度为B +△式中：△为安全超高,在正常情况下,△=1.0m；在非常情况下,△=0.7m。
溢洪道水力计算书
1.基本资料1.1 水文规划资料根据调洪计算成果，后胡水库溢洪道消能防冲按30年一遇洪水标准设计，其相应下泄流量为204m3/s，50年设计洪水其相应下泄流量为234.5m3/s。
1000年洪水校核，其相应下泄流量为651.7m3/s。
1.2 溢洪道现状溢洪道位于大坝左岸，为开敞式，进口高程153.50m，下游河底高程136.00m，总落差17.50m，溢洪道总长457.4m，最大泄量651.7m3/s。
现状溢洪道一级明渠段右岸边坡进行了护砌，左岸边坡未防护，一级陡坡以下工程均未修建。
2. 设计标准本次设计溢洪道轴线结合工程现状布置进行布置，溢洪道总长度为396.581m，底宽28.0m。
溢洪道工程共分9个部分，具体设计如下。
1、进水渠段位于溢洪道桩号0+000～0+038.8之间，总长38.8m，底宽28.0m，底坡为-1/1000，底部不护砌。
进水渠段右岸边坡维持现状护坡不变，左岸采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
2、控制段位于溢洪道桩号0+038.8～0+058.8之间，总长20m，底宽28.0m，底坡为平坡，采用M7.5浆砌石护底，厚30cm。
控制段右岸边坡维持现状护坡不变，左岸采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
3、一级明渠段位于溢洪道桩号0+058.8～0+148之间，总长89.2m，底宽28.0m，底坡1/1000，底部在桩号0+138.8～0+148之间采用M7.5浆砌石护底，厚30cm，其余不护砌。
明渠段右岸边坡桩号0+058.8～0+076之间维持现状护坡不变；右岸桩号0+076～0+148采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1:1。
明渠段左岸桩号0+058.8～0+148之间采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
4、一级陡坡段位于溢洪道桩号0+148～0+198之间，长50m，底宽28m，为梯形断面，底坡1/5，落差7.85m。
溢流坝水力计算
任务一拦河溢流坝水力计算实例1. 设计洪水流量为511 62. 坝址处河底高程为43.50m 8843. 由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m 885.54.为减少建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60m 155.溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙：6.坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1： 7. 坝下水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 8. 坝基土壤为中砾石；9. 河道平均低坡i=0.00127 0.037 10.河道实测平均糙率n=0.00127：35040045050055030048.048.549.049.550.050.551.0010020030040050044.044.545.045.546.046.547.047.548.048.5河道过水断面面积(m/s)坝前水位（m )坝下水位（m )河道流量（m/s)水力计算任务：1. 确定坝前设计水位：2. 绘制坝前水位与流量关系曲线：3.坝前消能计算：分析1，确定坝前的设计洪水位：一，根据题意可知，坝前设计洪水位取决与坝顶高程及设计水头H d ，已知坝顶高程为48.00mm,求出H d 即可确定坝前设计洪水位。
溢流坝设计水头H d 用堰流的基本公式Q=ϕεσB g 2H 230计算：因式中H 0，ε，及ϕ均与H d 有关，不能直接求出H d ，故用试算法求解。
设H d =2.41m,则坝前水位=48.00+2.41=50.41m按坝前水位由图一可以查的河道过水断面的面积A 0=500m 3,又知道设计洪水流量Q=511m 3/s.则V 0=0A Q =500511=1.02m/s gav 22=0.053m H 0= H d +gav 22=2.41+0.053=2.46m按设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位47.8m ，下游水面没有超过坝顶高度：H T =47.8-4.80=-0.2m: A 1=48-43.5=4.5mA 1/ H 0=4.5/2.463=1.83<2.0: H T / H 0=-0.2/2.463<0.15可以判断为淹没出流：根据公式ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]代入数值可知ε=1-0.2*0.7*2.46/60=0.994由A 1/ H 0：H T / H 0查表可知ϕ=1:对于WES 为实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m=0.502: Q=ϕεσB g 2H 230=0.994*1*0.502*60*6.19*2.4623 =511.4 m 3/s.设计结果与设计水流量基本相同，说明假设H d 值是正确的，故设计水头H d =2.46m.坝前设计洪水位=坝顶高程+ H d =48.00+2.46=50.46m 分析2，绘制坝前水位与流量关系曲线：（1） 分析，设H 0=H=2:为自由出流，则φ=1则H 0/H d =2/2.41=0.83；查表可知m=0.49 则流量的第一次运算值：ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2/60 =0.99532H θε==0.995*0.49*606.19*322=366 m 3/s 则坝前水位=48+2=50m:查表可知0A =4702mV 0=0A Q =366470=0.78 m/s ： g av 22=0.03H 0= H d +gav 22=2+0.03=2.03m则流量的第二次计算；ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2.0360=0.99532Hθε==0.995*0.49*606.19*322.05=374.5 m3/s验证：Q=374.5 m3/s查坝下水位为47.20mm则sh=47.20-48.00=-0.8m 0shH=1000.80 4.50.390.15; 2.22 2.02.03 2.41sh aH H=-=-<==>符合实用堰自由出流的条件：为自由出流，原假设的出流情况是对正确的。
溢流坝水力计算707
溢流坝水力计算1.确定坝前的设计洪水位利用堰流的基本公式Q=σεmB H03/2计算：因式中H，，及σ均与H有关，不能直接求出Hd，故用试算法求解。
故列表1如下水）H(m)m σQ(m/s)2.562 0.502 0.996 1 543.8由于已知流量Q=550 m/s，故以H d=2.55来计算。
设Hd=2.55m,则坝前水位=48.00+2.55=50.55m由坝前水位图一查的河道过水断面的面积A=540m,已知设计洪水流量Q=550m/s.则v0=Q/A=550/540=1.02m/sH1=αv2/2g=0.053mH0= Hd+H1=2.55+0.052=2.587m由设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位48.05m，下游水面超过的坝顶高度：h s=48.05-48.0=0.05ma1=48-43.5=4.5m∴该淹流为淹没出流∴a1/ H=4.5/2.587=1.739<2.0 h s/ H=0.05/2.587=0.02<0.15，查表可知此淹没系数σ接近1，故σ=1根据公式=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB代入数值可知=1-0.2*0.7*2.587/60=0.996对于WES为实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m=0.502:Q=σεmB H3/2=0.996*1*0.502*60**2.5873/2=550.1m/s.最后结果与设计水流量基本相同，说明假设Hd的值是正确的，故设计水头H=2.587m.坝前设计洪水位=坝顶高程+ Hd=48.00+2.55=50.55m2.确定坝身剖面尺寸及绘出坝身剖面图相关数据:R1=0.5Hd =1265㎜ R1=0.2Hd=506㎜ R1=0.04Hd=101.2㎜水平：b1=0.175Hd =442.75㎜ b1=0.276Hd=698.28㎜ b1=0.2818Hd=712.945㎜大坝顶下游OC段方程为：y=x1.85/(2*H0.85)=x1.85/(2*2.530.85)接着是下游堰面直线CD，最后是反弧段DE,由于下游a1=4.5m＜10m,故反弧段得半径R=0.5a1=2.25m 所以坝身剖面图为图1：图13.绘制出坝前水位与流量的关系曲线（1）分析，设H0=H=2 为自由出流，则σ =1则H0/Hd=2/2.55=0.78；所有查表可知m=0.48则流量的第一次运算值：=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB =1-0.2*0.7*2/60=0.995Q=σεmB H3/2 =0.995*0.48*60*=358.8 m/s则坝前水位=48+2=50m:查图可知A=470V0=Q/A=358.8/470=0.764 m/s： H1=αv2/2g =0.03H= H+H1=2+0.03=2.03m流量的第二次计算；=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB=1-0.2*0.7*=0.995Q=σεmB H=0.995*0.48*60*2.033/2=366.9 m/s 流量的第三次计算；验证： v0= Q/A=366.9/470=0.78 m/s：H2=0.03H= H+H2=2+0.03=2.03m所以Q=366.9 m/s查图得到坝下水位为47.15m则hs=47.15-48.00=-0.85m符合实用堰自由出流的条件,为自由出流，所以原假设的出流情况是对正确的。
溢洪道水力计算
一、设计依据：二、基本资料：第一段泄槽的角度 2.2906°糙率：0.015闸孔数3闸孔宽10.00闸墩厚1.50堰顶高程929.00m Q=196(m 3/s)校核洪水位931.35m Q=102(m 3/s)设计水位930.52m Q=87.3(m 3/s)30年一遇水位930.37m2.35m 1.52m下游水位：设计902.65m 校核904.04m 30年一遇水位902.4m 30年一遇水位到堰顶高差 1.37m 三、计算内容：1、溢洪道泄流能力计算：溢流堰采用驼峰堰面曲线：H max —校核水位下的堰上水头 2.35m H d —堰面曲线定型设计水头（取0.75H max )H d =1.76m流量系数的计算为：m=0.385+0.224(P 1/H 0)0.934m=0.448下泄流量的计算按《规范》A.2.3公式进行计算：3、水文资料2、《溢洪道设计规范》1、《水力学》30年一遇水位下的流量：设计水位到堰顶高差：P1/H0=0.255<0.34校核水位下的流量：设计水位下的流量：校核水位到堰顶高差：泄流量的计算：2/302Hg B m Q e =式中：Q—B—30mb—10.00mn—3H 0—计入行近流速水头的堰上总水头，(m)2.35mg—重力加速度，（m/s 2)； g=9.81m—堰流量系数；m=0.448ε—ε=0.975ζ0—ζ0=0.45ζK —ζK =0.7Q=208.858m 3/s2、泄槽段临界水深及临界底坡计算：临界水深及临界底坡的计算公式为：式中：校核设计α—α= 1.05 1.05q—q= 6.533 3.400x k —x k =36.31935.147R—R= 1.508 1.008C k —C k =71.38866.755b k —b k =3333校核设计闸孔数目；闸墩侧收缩系数，由下式计算得：流量，m 3/s溢流堰总净宽，(m)，定义：B=nb 单孔宽度，(m)中墩形状系数，由《规范》表A.2.1-3查得：边墩形状系数，由《规范》图A.2.1-2查得：临界谢才系数临界水深对应水面宽（m ）流速不均匀系数泄槽单宽流量（m 3/sm ）临界湿周（m ）水力半径（m ）根据以上参数计算得：由上计算得：2/302Hg B m Q e =nbH k n 0])1([2.010z z e -+-=32gq k h a =kK kbC gx k i 2a =h k = 1.659h k =1.074i k =0.0020176i k =0.0022330式中：校核设计30年一遇q—q=5.939 3.091 2.645H 0—H 0=2.952.121.97θ—θ= 2.2906oφ—φ=0.95校核设计30年一遇h 1=1.0150.5950.523泄槽起始断面水深：h 1=1.0150.5950.5234、泄槽段水面线的推算：3、泄槽段起始水深h 1计算：水面曲线的推算见附表一：起始计算断面渠底以上总水头，（m ）；假定一个初始值h 1(m)起始计算断面定在堰下收缩断面处：断面水深计算公式为：泄槽水面线根据能量方程，采用分段求和法进行计算，计算公式如下：计算结果如下：起始计算断面流速系数；泄槽底坡坡角；起始计算断面单宽流量，m 3/(s.m)；)cos (2110q fh H g qh -=Ji h h gv gv l -+-+-=D )cos ()cos (212211122222a a q q 3/422R v n J =21i i v v v +-=21ii R R R +-=5、泄槽由缓变陡时抛物线的推求：泄槽在（泄0+037.156)段由缓变陡,采用抛物线连接，方程为：式中：x 、y—以缓坡泄槽段末端为原点的抛物线横、纵坐标，m ；θ—缓坡泄槽底坡坡角，θ= 2.2961004°H 0—抛物线起始断面比能，m ；h—抛物线起始断面水深，m ；v—抛物线起始断面流速，m/s ；α—流速分布不均匀系数，取α=1.0K—系数，K=1.3以设计水位来推求抛物线：h=0.446m v=14.591m/s所以：H 0=11.308m1/K(4H 0cos 2θ)=0.03864598y=0.04x+0.03865x2求切点得：后接陡坡坡度为K=0.4所以y=0.4x+b 求切点得：由（1）、（2）式得：x= 4.657y=1.025挑流水舌外缘挑距按下式计算：6、挑流消能计算：])cos (2sin cos cos sin [212211211h h g v v v L +++=q q q q q )cos 4(202q q H K x xtg y +=gvh H 202a +=)2(4.0®=¢y )1(0773.004.0®+=¢x y冲刷坑最大水垫深度计算公式为：式中：L—挑流鼻坎末端至挑流水舌外缘的距离（m ）；θ—θ=20h 1—设计校核30年一遇h 1=0.3660.6130.327h 2—h 2=2.3mv 1—鼻坎坎顶水面流速，（m/s ），可按鼻坎处平均流速v 的1.1倍设计校核30年一遇v 1=20.42223.4519.599T—自下游水面至坑底最大水垫深度，（m ）；q—鼻坎末端断面单宽流量，m 3/(s.m)；设计校核30年一遇q= 6.813.0675.820设计校核30年一遇Z—Z=27.8727.3127.97k—k=1.4由上可得：设计校核30年一遇L=33.29042.70030.987T=8.38811.5697.767根据《规范》A.3.2的计算公式：7、泄槽段水流掺气水深可按下式计算：综合冲刷系数，由《规范》表A.4.2可得挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑胸：上、下游水位差，（m ）；鼻坎坎顶至下游河床高程差挑流鼻坎末端法向水深（m ）；])cos (2sin cos cos sin [212211211h h g v v v L g+++=q q q q q 4/12/1Z kq T =hh vb )1(100z +=式中：h 、h b —v —ζ—ζ=1.4s/m由上计算可知，h b 最大值为1.308m,所以考虑泄槽边墙的超高，所以泄槽的边墙高度取2.5m 。
溢洪道设计计算说明
岸边溢洪道设计6.3.1溢洪道说明溢洪道其主要任务是泄洪，土石坝不允许水过坝顶，需要专门修建泄洪建筑物。
根据本工程的地形条件，上游坝址左岸沿河流方向有一道呈现弧形的纵向凹槽，所以选择溢洪道设置在大坝左岸，为带胸墙孔口式岸边溢洪道。
溢洪道由引渠段、堰闸段、泄槽段、挑流鼻坎段组成。
6.3.2 溢洪道引水渠为了使水流平缓，减小或不发生漩涡和翻滚现象，进口采用喇叭口，进口宽度B=50m.设计流速4m/s，横断面在岩基上接近矩形，边坡根据稳定要求确定这里选择边坡坡度为1:0.5；采用梯形断面，进水渠的纵断面做成平底。
在靠近溢流堰前断区，由于流速较大，为了防止冲刷和减少水头损失，可采用混泥土护面厚度为0.5m。
6.3.3 控制段控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，溢流堰通常可以选择宽顶堰、实用堰、驼峰堰。
溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，溢流堰作用是控制泄流能力，本次设计采用实用堰，优点是流量大，在相同的泄流条件下需要的堰流前缘长，工程量小。
采用弧形闸门。
初步拟定堰顶高程H=设计洪水位—堰顶最大泄水位H0堰顶高程H=1838=1858.22—H 0，则H 0=20.22m 胸墙式孔口溢流堰形式的下泄流量Q 公式为：320=Q ε溢式中：ε ——闸墩侧收缩系数，0.9； m ——流量系数，0.48:； g ——重力加速度，9.81 2m/s ； B ——堰宽，12m;水位为设计洪水位1858.22m 时，堰顶高程1838m ，设计Q 溢=4645m3/s.则由上面公式计算得出的B=26.69m,取B=14m.表6.3-1溢洪道宽顶堰堰宽计算（忽略流速）计算取b=28m,孔口数2孔，弧形工作闸门取值14x19m(宽x 高)。
中墩厚3m,边墩宽1m,闸室宽度=14x2+3+2x1=33m.堰面曲线的确定开敞式堰面曲线，幂曲线按式（7-2）计算：1n n d x KH y -= （7-2）式中 Hd ——堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高P1≥1.33Hd 的高堰，取Hd=(0.75～0.95)Hmax ，对于P1<1.33Hd 的低堰，取Hd=(0.65～0.85)Hmax ，Hmax 为校核流量下的堰上水头.x 、y ——原点下游堰面曲线横、纵坐标； n ——与上游堰坡有关的指数，见表A.1.1；k ——当p1/Hd>1.0 时，k 值见表A.1.1，当P1/Hd ≤1.0 时，取k=2.0～2.2。
河岸溢洪道水力计算
Q mB 2gH
32 0
式中溢流宽度 B nb 310 30米
因溢洪道上游为水库，v0 0 ，则
H0 H
溢洪道进口为上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高
a 33.0 32.5 0.5米
斜面坡度为1：5，则 ctg 5 （为斜面与水平面的夹角）
宽顶堰流量系数m可按
胸墙 弧形闸门
38.0
0 R=7
40.5 38.0
32.0
闸底板
19.6
第一斜坡段
第二斜坡 段
防渗帷幕灌浆
R=90
32.5
33.0
25.0 22.0 18.0 14.0
单位：米
• 图17.7
•二、绘制库水位与溢洪道流量关系曲线
（一）确定堰流和孔流的分界水位
e 0.65 宽顶堰上堰流和孔流的界限为： H 闸门全开时，闸孔高度：e 38.0 33.0 5.0米
水库设计洪水位为42.07米，校核洪水位为42.40米， 溢洪道下游水位与流量关系曲线见图17.8。当溢洪道 闸门全开，要求： 1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
45.0
设计洪水位442.07
42.5
§3 河岸溢洪道水力计算实例 • 一、资料及任务 • 某水库的带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪 道，用弧形闸门控制泄流量，如图17.7所 示，溢洪道共三孔，每孔净宽10米。闸墩 墩头为尖圆形，墩厚2米，翼墙为八字形. 闸底板高程为33.00米。 胸墙底部为圆弧 形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.0 米。闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为 38.00米。
1、先计算冲刷坑最低高程
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r 0.53 0.106 e 5.0
则:
k
0.4 2.718160.106
0.4 2.7181.7
0.073
设一系列库水位，计算一系列堰流曲线
孔流曲线
库水位（米）
溢洪道流量Q(米3/秒) 图 17.9
按表17.8及表17.9的数据绘制库水位与溢洪道流量关 系曲线于图17.9.
R 115 2.82米 40.76
C 1 R1 6 1 2.821 6 85.0米0.5 秒 n 0.014
K C R 85115 2.82 16400米3 秒
水力指数
x 2 lg K lg K0 2 lg16400 lg11500
lg h lg h0
lg 3.38 lg 2.67
38.0
32.5
防渗帷幕灌浆
19.6
R=70 33.0
闸底板
40.5 38.0
第一斜坡段
32.0
第二斜坡段
单位：米
• 图17.7
R=90
25.0 22.0
18.0
14.0
•二、绘制库水位与溢洪道流量关系曲线 （一）确定堰流和孔流的分界水位 宽顶堰上堰流和孔流的界限为： e 0.65 H 闸门全开时，闸孔高度：e 38.0 33.0 5.0米 则堰流和孔流分界时的相应水头为：
Q mB 2gH03 2
式中溢流宽度 B nb 310 30米
因溢洪道上游为水库，v0 0 ，则 H0 H
溢洪道进口为上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高
a 33.0 32.5 0.5米
斜面坡度为1：5，则ctg 5（为斜面与水平面的夹角）
宽顶堰流量系数m可按 a 及由表9.4查得
H
求得hk=5.04(米) 。
因h0＜hk ，故底坡为陡坡（i＞ik）。
2.用水力指数法计算水面曲线
因第一斜坡段控制断面水深(即闸后水平段
末端水深)，则 h1 4.1米
h h0 h1 2.67 4.1 3.38米
2
2
h B1 3.38 34 115 米2
B1 2h 34 2 3.38 40.76米
水库设计洪水位为42.07米，校核洪水位为42.40米， 溢洪道下游水位与流量关系曲线见图17.8。当溢洪道 闸门全开，要求：
1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线；
3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。
设计洪水位442.07
42.5
45.0
胸墙 弧形闸门
K0
Q i
1150 0.01
11500
米缓3坡秒（i＜ik）-B-12h.607＞hk，N3-N42在.67K-K线之76上.7 nK0 0.01411500
由附录图解Ⅱ查得 h0 0.0785 ，则
B1
H0=0.0785B=0.0785×34=2.67(米) 再求临界水深hk :
q Q 1150 33.8米2 秒 B1 34
三、绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线
水库设计洪水位为42.07，由表17.9知相应闸上水 头为9.07米及相应设计流量为1150米3/秒。
溢洪道水面曲线：
闸门后水平段 第一斜坡段
第二斜坡段
现分别计算各段的水面曲线
十二条水面曲线
十二条水面曲线
十二条水面曲线
十二条水面曲线
十二条水面曲线
侧收缩系数ε按式（9.12）计算：
1 0.2n
1 0
k
H0
nb
其中孔数n=3 ；对尖圆形闸墩墩头， 0 0.25 ；
对八字形翼墙， k 0.7
设一系列库水位，计算相应的H,m ,ε和 Q,计算 成果列于表8。
（三）孔流流量计算
因胸墙底缘为圆弧形，闸孔流量可按具 有圆弧底缘的平面闸门下自由孔流流量公式 计算：
水面曲线 计算方法
分段求和法 水力指数法 数值积分法
（一）闸门后水平段
1、判断水面曲线形式 由图17.7知闸门后水平段长度为14.1米。
当库水位为设计洪水位时，由表17.9知垂向收缩 系数 ε′=0.815
故闸门后收缩断面水深 hc 'e 0.815 5.0 4.08米
闸孔单宽流量 q Q 1150 38.3米2 秒
B 30
临界水深
hk
3
aq 2 g
3
1.1 38.32 9.8
5.48米
因 hk hc ，闸后水平段水面曲线为 c0 型壅水曲线。
（一）闸门后水平段
收缩断面至闸门的水平距离约为2.5e 2.5 5.0 12.5米
已接近水平段末端， 曲线长仅1.6米 ，不必计算。
参照 hc 值，取水平段末端水深为4.1米。
3.01 3.0
i aiC 2 B 1 0.01 85 2 34 6.15
g
9.8 40.76
1 i 5.15
H e 5.0 7.7米 0.65 0.65
所以，堰流和孔流的分界水位 38.0 7.7 40.7米 即：库水位在40.7米以下按堰流计算；库水位在 40.7米以上按孔流计算。
（二）堰流流量计算 因闸后为陡坡段，下游水位较低，不致影响堰
的过水能力，其流量可按宽顶堰自由出流流量公式 （9.1）计算：
（二）第一斜坡段
1.判别底坡类型 底坡的类型：正坡（i＞0）
平坡（i=0）
先求正常水深 h0 :底坡i1=0.01 ，负底坡宽（Bi＜10=）34米 ，矩形断
面边坡系正数坡m的=0类，型糙：率陡坡n=（0i.＞01ik）4，--h均0＜匀hk流，N流-N量在模K-K数线之下
临界坡（i=ik）-- h0=hk，N-N与K-K线重合
Q eB 2g H0 'e
已知 e 5.0米 ；B 30米 ；H 0 H
自由孔流流量系数 ‘ ， 由表9.14取
闸孔流速系数 0.95 ，垂向收缩系数 ‘ 按
式计算：
'
1
1
k
1
e
2
H
其中系数
k 0.4 16 r 2.718 e
而门底（即胸墙底）圆弧半径 r 0.53米
闸后接第一斜坡段，底坡i1=0.01，长度为 100米。
第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i2=1/6， 水平长度为60米。
第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角。 上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底
宽的矩形断面。其余尺寸见图7。溢洪道用 混凝土浇筑，糙率n=0.014 。
溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌 浆以防渗。