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 Ri

Q=AC Ri

C=n

1

R 6/1 A=bn X=b+2h R=

X

A （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：b

h b i

nQ 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(

0g

mB Q

H 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 。查课本教材8-13及8-14表得边墩形状系数为0.7，闸门形状系数为0.45，因825.60=

b H <0,应按b

H 0

计算。 ε=1-0.2[][]923.08

525

.645.0)15(7.02.0100)1(=⨯⨯⨯-+⨯-=-+nb H n k ξξ

用求得的ε近似值代入上式重新计算H 0

)(145.6)8

.9285502.0923.00.11250

(03/2m H =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=

又因

0.10

H ，

仍按其计算，则所求得ε值不变，则说明以上所求的H0=6.145m 是正确的。

已知上游河道宽为52m 。上游设计水位为435.00m,河床高程为405.00m ，近似按矩形断面计算上游过水断面面积：

A 0=52×(435.00-405.00)=1560(2m )

)/(801.01560

125000s m A Q v ===

则堰的设计水头为)(125.68

.92801.0145.62002

2m g V H Hd =⨯-=-=

3、堰顶高程=上游设计水位-H d =435.00-6.125=128.88（m ） 因下游堰高P 2+428.88-405.00=23.88（m ）,,0.2886.3145

.688

.2302>==H P 下游水面比堰顶低，

15.00

,满足自由出流条件，说明上述计算结果是正确的。 则最终确定该实用堰的堰顶高程为428.88m 。 （2） 溢流坝剖面设计 1、 方案：

a. 溢流坝采用WES 型抛面

b. 堰前沿采用三圆弧

c. 抛面各段确定如图一所示 2、 堰上游设计为垂直段 3、 堰顶段BC 的设计

a. 前沿OB 段，由三圆弧组成各段半径和水平距，计算如下：（Hd=6.125m ）

⎩

⎨

⎧====072.1175.010625

.35.01Hd b Hd R ⎩

⎨

⎧====690.1276.02225

.12.02Hd b Hd R ⎩

⎨

⎧====727.1282.03245.004

.03Hd b Hd R b. 堰顶下游采用幂曲线，按下列方程计算：

y kH x n d n 1

-=

其中：H d —堰剖面的设计水头（H d =6.125m ）

n —与上游堰坡有关的指数(见教材8-1)（n=1.850） k —系数（见课本表8-1）（k=2） x 、y —圆点下游堰面曲线横纵坐标

经整理可得方程

85.1107.0x y =

依上述方程可绘制出堰顶下游曲线：

（表二）

（图三）

4、 下游直线段CD 和反弧段DE 尺寸的确定

a 、 由《任务指导书》可知下游斜坡坡比m a =0.7,则其倾角Χ=055。又知CD

直线段与曲线OC 相切与C 点。 I.C 点坐标确定如下：

堰曲线85.1107.0x y = 求一阶导数 85.019795.0x d d x

y =

即

85.019795.0x d d x

y ==

7

.01

，解得x=10.299，y=7.899 故C 点坐标为（10.299，7.899） II.反弧段DE 有关尺寸的确定

半径R 的确定： ))(5.0~25.0(max Z Hd R += 其中，

)(291.21709.41300.435max m Z =-=

所以 m R 708.13~854.6)291.21125.6(5.0~)291.216125(25.0=+⨯+⨯= ，取R=10.00m 由图二可有: