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。

（三）、泄槽的设计及水力计算

泄槽设计时要根据地形、地质、水流条件、与经济等因素合理确定其形式和尺寸。泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段（收缩角θ≦11.25°）和泄槽段，采用均一坡度023.0=i ，拟断面为矩形。

根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A 中的泄槽水力计算规范，泄槽边墙收缩段角度可按经验公式v

r k h

g F k tg ⋅=⋅=

1

θ 计算。本工程拟定收缩段收缩角θ=6°，首端底宽与控制堰同宽b 1=15m,末端底宽b 2拟为8m ，断面取为矩形，则渐变段长

m tg b b L 30.3322

11=-=

θ，取整则L 1为35m ，底坡i=0.023。

泄槽段上接收缩段，拟断面为矩形，宽b=8m ，长L 2为65m ，底坡和收缩段相同

023.0=i 。

（四）、出口消能

溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。

- 3 -

（五）、尾水渠

其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L =10m 护坦。

二、计算部分

本设计中溢洪道主体部分的主要计算过程如下：

（一）、溢流堰泄流能力校核：

当引渠很长时，水头损失不容忽视。 1、基本公式如下：

g h j 22

αυζ

=； 3

42222

R

l n r C hf υυ==； x A R =； 61

1R n C =。 式中，hj ——局部水头损失，m ； hf ——沿程水头损失，m ；

ζ——局部水头损失系数； υ——引渠流速，m/s ；

g ——重力加速度（m/s 2）;

L ——引渠长度，m ；

α——动能系数，一般为1.0；

C ——谢才系数；

R ——水力半径，m ；

A ——过水断面面积，m 2；

x ——湿周，m ；

n ——引渠糙率；

230

2'H g b m Q S σ=；g

H H 22

0υ∂+=

式中，Q ——流量，m 3/s ；

b ——堰宽，m ； H 0——包括行近流速水头的堰上水头，m ； m '——无坎宽顶坎的流量系数； S σ——淹没系数，取1.0。 2、求堰前水深和堰前引水渠流速 采用试算法，联立公式3

2020)2'(

,2g b m Q

H g H h S συ=-

=可求得，具体计算见表1-4。

- 4 -

表1-4 堰前水深和堰前引水渠流速计算表

由计算表中流速可知，均小于3m/s ，满足要求。 3、求引渠总水头损失ωh 。

f

j h h h +=ω， g

h j 22

υζ

=， 3

4

22R L

n h f υ=

；

式中1.0(1.0采用头损失系数渠道匀缓进口，局部水ζζ=）。 具体计算成果见表1-5。 表1-5 引水渠总水头损失

4、作出库水位~流量关系。 库水位=堰顶高程+堰上水头+水头损失，具体计算见表1-6。

表

（三）、溢洪道水面曲线计算

1、基本公式：

b

Q

q g q h k =

=；32/； 6

12

1K K k K K K K K

K K k R n C h b A X A R B C x g i =⋅==⋅⋅=；；； 式中 h k ——临界水深，m ；

Q ——槽内泄量，m 3/s ；