溢流坝段设计

溢流坝段设计

一、孔口设计

1、孔口形式

本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。

2、孔口尺寸

本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。

二、溢流坝剖面设计

溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。

1、设计依据

《溢洪道设计规范》（SL 253-2002）

2、基本资料

有上述资料可得出H max=5.97m。

3、溢流曲线设计

溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中H d为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头H max的75%到95%计算，本设计采用80%倍的H max，所以H d=4.78m。上游堰高P1=42m>1.33H d=6.35m，所以本设计为高堰流量系数m d=0.502。

1)

曲线参数计算表

2)、下游曲线段

下游曲线段计算公式为：

1

n n d x kH y

-=

式中：H d 为堰面曲线定型设计水头；

x ，y 为原点下游堰面曲线横纵坐标； n 与上游堰坡有关； k 当P 1/H d >1.0时，k 值由规范查取，当P 1/H d ≦1.0时，k 取2.0到2.2。 上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P 1/H d =8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：

()

()

1.85

0.5

d

d

y x H H =

经excel 计算可得堰面曲线计算表如下表所示：

3）、中间直线段

直线段与曲线段的切点计算如下所示：

0.850.851.85120.7y

x d d x d H =-=-

代入数据计算可得：

7.97t x m = 6.154t y m =

4）、下游反弧段

本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(4~10)h 0，式中h 0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取579.00m （下游最高水位577.54m ）。

反弧段最低点流速：

v =

式中：φ为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为：

0.51/31/3(10.055/)(10.055/0.2778)0.93

E k ϕ=-=-=

23.29/v m s

===则

1836.76 1.5523.2951m c q h m vB =

==⨯水深

反弧段半径R=(4~10)h 0，本设计反弧段流速为23.29m/s>16m/s ，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取R=6.42h 0=9.95m 。 综上所述，溢流面初步拟定的剖面如下图所示:

4、消能防冲设计

本设计采用挑流消能，挑流鼻坎采用连续式鼻坎；挑射角规范要求在20̊ 到35̊之间，本设计取挑射角θ=30̊；反弧段半径R 规范要求取（4~10）h 0，h 0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深；鼻坎高程规范要求高于下游最高水位1~2m ，本设计下游最高水位577.54m ，鼻坎高程取为579.00m 。

1）、挑射距离计算

由于冲坑最深点大致落在水舌外缘的延长线上，故跳射距离可按下式估算：

2

111[sin cos cos L v v g θθ=

+

式中：L 为水舌挑射距离；

V 1为坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速v 的1.1倍计，即：

1 1.1v =式中：H 0为库水位至坎顶的落差，φ为堰面流速系数；

h 1为坎顶平均水深在铅直方向的投影，即h 1=hcos θ； h 2为坎顶至河床面高差。

由上面计算可得v=23.29m/s ，所以v 1=1.1×23.29=25.62m/s ；

h 1=1.55cos θ=1.34m ；h 2=579-563=16m ；把这些数值代入挑射距离的计算

公式有：

L=68.79m

2）、冲坑深度计算

最大冲坑深度的数值与很多因素有关，特别是河床的地质条件，目前估算公式很多，设计规范推荐按下式计算：

0.50.25k t q H α=

式中:t k 为冲坑深度；q 为单宽流量；H 为上下游水位差；ɑ为冲刷系数根据规范本设计取为0.8。代入数值计算得：

t k =11.54m

L/t k =5.96>5，不会对坝体安全造成威胁所以满足挑流设计要求。 5、底孔设计

底孔主要作为排沙孔，也有宣泄洪水、防空水库的功能。底孔设在非溢流坝段，进口中心线高程580.00m ，空口尺寸3×3m 。本设计底孔为有泄进水孔，包含进口段、空身段和出口段。工作闸门布置在出口，闸门采用平板闸门。事故检修闸门设在进口段之后，检修闸门也采用平板闸门。 1）、进口段

进口段曲线应满足下列要求：①减小局部水头损失，提高泄流能力；②控制负压防止空蚀。进口曲线常采用1/4椭圆，其方程为：

22

221()x y A A α+=

椭圆长轴（x 轴）多与孔轴平行。对于矩形断面的泄水孔的顶面曲线，A 为

孔高，ɑ采用1/3~1/4；空口两侧壁曲线也用椭圆曲线，A 为孔宽，ɑ采用1/4；进口段底部边界线采用圆弧。进口段的中心线，一般布置成水平。根据上述要求，进口段顶面ɑ取1/3，其曲线方程为：

2

219x y +=

两边侧壁的曲线方程为：

22190.5625x y +=

2）、空身段

空身段采用圆形断面，直径为3m 。 3）、渐变段

本设计有压泄水孔断面为圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便水流平顺过渡，防止负压和空时产生。渐变段可采用在矩形的四个角上加