溢洪道的设计
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2012年8月
1 设计目的和要求
通过课程设计培养学生了解并掌握实际水利工程的设计内容、方法和步骤，巩固专业课、技术基础课及基础课所学的知识，培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，训练学生编写设计书、绘图的能力和技巧，培养查阅文献及规范的能力。
要求每个学生对设计内容中的各个环节做出系统的个人成果。每个人必须编写完整的课程设计成果。说明书简明扼要、条理清楚，计算方法得当、结果准确，设计方案合理可行，水工图纸布局合理、线条标注规范、图面整洁，能正确反应设计意图。
由校核洪水估算控制段总宽度，由资料可知，校核洪水（1%）下泄流量为370.4 ，在不设置闸门的情况下，初步设定控制端底板板面高程为62.2m，进口段顶面高程为57.6m。以校核情况计算，计算结果见下表4。（忽略动水水头）
其中圆角宽顶堰 ： （ ）
下泄流量： （下同）
表4无闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
3 工程设计
3.1 工程布置
3.1.1枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准
查询《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）（见表2、表3）
表2 水利水电工程分等指标
表3 永久性水工建筑物级别
由水库的总库容值为7220万m³可知，该工程的工程等别为Ⅲ，溢洪道主要建筑物级别为3级，可取其对应的设计洪水及校核洪水分别为50年一遇（2%）及100年一遇（1%）。
②控制段的堰型
观察该地形图可以看出，该区域地形坡度较缓，且垭口地面的高程略高于正常蓄水位，泄流量较小，故该溢洪道的控制段适宜选择宽顶堰（平顶堰）。该堰型的优点为结构简单、施工方便，有利于排泄冰块等漂浮物，缺点是流量系数较小，过流能力较差。但对于该流域而言，由于其流量较小，故可以选用该堰型。
③闸门设置及闸孔总宽度
64.12
65.07
闸孔总宽度B（m）
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
8
10
65.07
Bmax（m）
10
堰型：宽顶堰（有闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
12
H
2
1
90
6.90
闸口总宽度B（m）
HD
64.57
12
表6有效闸门宽度计算
堰型：宽顶堰(有闸门)
闸墩
闸孔数
单孔宽度b（m）
2.2 基本资料
2.2.1 气象
本流域属北亚热带湿润季风气候区，多年平均气温16℃，极端最高气温41℃(1971年7月)，极端最低气温-10℃(1995年1月)，多年平均最大风速7 8级(17.32m/s），多年平均日照时数2030h，全年无霜期平均长达254d。多年平均降雨量1020.9mm（统计到期1998年），东河流域洪水来自暴雨，汛期为每年的4 10月。
2设计资料
2.1 工程概况
吴岭水库枢纽工程位于汉北河支流东河上，坝址在湖北省某县境内，距县城22km。水库控制东河上流余家嘴、斋婆店两条主要河流，河道平均坡度为3‰。水库坝址以上乘雨面积102km²。流域多年平均降雨量1020.9mm。水库总库容7220万m³，是一座以灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合利用的中型水利工程。吴岭水库枢纽工程主要由大坝、副坝1、副坝2、正常溢洪道、东输水管、西输水管及灌区工程等组成。
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
4.6
2.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
64.39
64.80
1.64
安全超高△H（m）
流量系数：m
正常
设计
校核
0.36
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H(m)
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
65.09
65.30
闸孔总宽度B（m）
表5设闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
0
7.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
63.42
64.57
0.00
安全超高△H（m）
流量系数：m
正常
设计
校核
0.39
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H(m)
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
3.1.2溢洪道的位置、型式及组成
①溢洪道的型式及总体布置
观察该地形图，以垭口所在位置，初步画出溢洪道轴线及水流轴线，溢洪道轴线与水流方向近于垂直，由划线结果可以看出，该区域适合设置正槽式溢洪道，控制段应设置在垭口区域的最高地理位置附近，以减少修建闸室时对土方的开挖，节省工程资金。该设计溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消能段及尾水渠段组成。各组成段的相关尺寸设计见3.2（溢洪道的型式及尺寸）。
地基土力学指标：
残坡积粘土：湿重18.7KN/m³,孔隙比e=0.993，内摩察角Φ=9 ，凝聚力C=51.7Kpa/m²，渗透系数K=8.25 cm/s，地基土壤变形系数E0=8.8Mpa，地基允许承载力[σ]=190Kpa。
填土与墙后摩擦角δ= 0。本区不考虑地震作用。
2.2.4 其他
根据该工程的实际情况，溢洪道两岸为四级公路；闸门采用弧形闸门；根据下游的用水要求及水库的水量平衡，水库正常蓄水位为62.20m。为了减小上游的淹没损失，上游最高洪水位不宜超高65.00m。
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
38
49
65.30
Bmax（m）
49
堰型：宽顶堰（无闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
55
H
0
0
90
2.19
闸口总宽度B（m）
HD
64.39
0
将上表中计算所得的宽度值在地形图中经验算可知，不能很好的适应地形条件，故选择设置闸门方案。
初步设定闸底板板面高程为57.2m，进口段顶面高程为57.2m。以校核情况计算，结果见下表5。（忽略动水水头）
闸孔总宽度（m）
数目n
单个厚度d（m）
闸墩总宽度（m）
2
6
12wenku.baidu.com
1
1
1
H0/b>1
边墩影响系数ξk
0.7
有效宽度Bc
10.86
中墩影响系数ξ0
0.25
由计算结果可以看出，当闸门宽度设为12m时，能够较好的适应地形条件。故对控制段，堰型选择为宽顶堰（设闸门），堰顶高程为65.07m。闸孔总宽度为12m。孔数为2，单孔宽度为6m。其对应的各特征水位如下：正常蓄水位（62.20m）、设计洪水位（63.42m）及校核洪水位（64.57m）。
2.2.2 洪水
设计洪水的计算结果见表1
表1吴岭水库溢洪道设计洪水结果
频率
3.33%
2%
1%
0.2%
0.1%
下泄流量(m³/s）
270.0
287.0
370.4
436.0
499.0
2.2.3 地质
溢洪道场地内上覆土层为第四系上更新统残坡积物，主要由粘土、含碎石粘土组成，层底高程57.60m左右。下伏基岩为二迭系下统栖霞组含燧石结核基岩。
1 设计目的和要求
通过课程设计培养学生了解并掌握实际水利工程的设计内容、方法和步骤，巩固专业课、技术基础课及基础课所学的知识，培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，训练学生编写设计书、绘图的能力和技巧，培养查阅文献及规范的能力。
要求每个学生对设计内容中的各个环节做出系统的个人成果。每个人必须编写完整的课程设计成果。说明书简明扼要、条理清楚，计算方法得当、结果准确，设计方案合理可行，水工图纸布局合理、线条标注规范、图面整洁，能正确反应设计意图。
由校核洪水估算控制段总宽度，由资料可知，校核洪水（1%）下泄流量为370.4 ，在不设置闸门的情况下，初步设定控制端底板板面高程为62.2m，进口段顶面高程为57.6m。以校核情况计算，计算结果见下表4。（忽略动水水头）
其中圆角宽顶堰 ： （ ）
下泄流量： （下同）
表4无闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
3 工程设计
3.1 工程布置
3.1.1枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准
查询《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）（见表2、表3）
表2 水利水电工程分等指标
表3 永久性水工建筑物级别
由水库的总库容值为7220万m³可知，该工程的工程等别为Ⅲ，溢洪道主要建筑物级别为3级，可取其对应的设计洪水及校核洪水分别为50年一遇（2%）及100年一遇（1%）。
②控制段的堰型
观察该地形图可以看出，该区域地形坡度较缓，且垭口地面的高程略高于正常蓄水位，泄流量较小，故该溢洪道的控制段适宜选择宽顶堰（平顶堰）。该堰型的优点为结构简单、施工方便，有利于排泄冰块等漂浮物，缺点是流量系数较小，过流能力较差。但对于该流域而言，由于其流量较小，故可以选用该堰型。
③闸门设置及闸孔总宽度
64.12
65.07
闸孔总宽度B（m）
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
8
10
65.07
Bmax（m）
10
堰型：宽顶堰（有闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
12
H
2
1
90
6.90
闸口总宽度B（m）
HD
64.57
12
表6有效闸门宽度计算
堰型：宽顶堰(有闸门)
闸墩
闸孔数
单孔宽度b（m）
2.2 基本资料
2.2.1 气象
本流域属北亚热带湿润季风气候区，多年平均气温16℃，极端最高气温41℃(1971年7月)，极端最低气温-10℃(1995年1月)，多年平均最大风速7 8级(17.32m/s），多年平均日照时数2030h，全年无霜期平均长达254d。多年平均降雨量1020.9mm（统计到期1998年），东河流域洪水来自暴雨，汛期为每年的4 10月。
2设计资料
2.1 工程概况
吴岭水库枢纽工程位于汉北河支流东河上，坝址在湖北省某县境内，距县城22km。水库控制东河上流余家嘴、斋婆店两条主要河流，河道平均坡度为3‰。水库坝址以上乘雨面积102km²。流域多年平均降雨量1020.9mm。水库总库容7220万m³，是一座以灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合利用的中型水利工程。吴岭水库枢纽工程主要由大坝、副坝1、副坝2、正常溢洪道、东输水管、西输水管及灌区工程等组成。
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
4.6
2.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
64.39
64.80
1.64
安全超高△H（m）
流量系数：m
正常
设计
校核
0.36
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H(m)
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
65.09
65.30
闸孔总宽度B（m）
表5设闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
0
7.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
63.42
64.57
0.00
安全超高△H（m）
流量系数：m
正常
设计
校核
0.39
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H(m)
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
3.1.2溢洪道的位置、型式及组成
①溢洪道的型式及总体布置
观察该地形图，以垭口所在位置，初步画出溢洪道轴线及水流轴线，溢洪道轴线与水流方向近于垂直，由划线结果可以看出，该区域适合设置正槽式溢洪道，控制段应设置在垭口区域的最高地理位置附近，以减少修建闸室时对土方的开挖，节省工程资金。该设计溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消能段及尾水渠段组成。各组成段的相关尺寸设计见3.2（溢洪道的型式及尺寸）。
地基土力学指标：
残坡积粘土：湿重18.7KN/m³,孔隙比e=0.993，内摩察角Φ=9 ，凝聚力C=51.7Kpa/m²，渗透系数K=8.25 cm/s，地基土壤变形系数E0=8.8Mpa，地基允许承载力[σ]=190Kpa。
填土与墙后摩擦角δ= 0。本区不考虑地震作用。
2.2.4 其他
根据该工程的实际情况，溢洪道两岸为四级公路；闸门采用弧形闸门；根据下游的用水要求及水库的水量平衡，水库正常蓄水位为62.20m。为了减小上游的淹没损失，上游最高洪水位不宜超高65.00m。
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
38
49
65.30
Bmax（m）
49
堰型：宽顶堰（无闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
55
H
0
0
90
2.19
闸口总宽度B（m）
HD
64.39
0
将上表中计算所得的宽度值在地形图中经验算可知，不能很好的适应地形条件，故选择设置闸门方案。
初步设定闸底板板面高程为57.2m，进口段顶面高程为57.2m。以校核情况计算，结果见下表5。（忽略动水水头）
闸孔总宽度（m）
数目n
单个厚度d（m）
闸墩总宽度（m）
2
6
12wenku.baidu.com
1
1
1
H0/b>1
边墩影响系数ξk
0.7
有效宽度Bc
10.86
中墩影响系数ξ0
0.25
由计算结果可以看出，当闸门宽度设为12m时，能够较好的适应地形条件。故对控制段，堰型选择为宽顶堰（设闸门），堰顶高程为65.07m。闸孔总宽度为12m。孔数为2，单孔宽度为6m。其对应的各特征水位如下：正常蓄水位（62.20m）、设计洪水位（63.42m）及校核洪水位（64.57m）。
2.2.2 洪水
设计洪水的计算结果见表1
表1吴岭水库溢洪道设计洪水结果
频率
3.33%
2%
1%
0.2%
0.1%
下泄流量(m³/s）
270.0
287.0
370.4
436.0
499.0
2.2.3 地质
溢洪道场地内上覆土层为第四系上更新统残坡积物，主要由粘土、含碎石粘土组成，层底高程57.60m左右。下伏基岩为二迭系下统栖霞组含燧石结核基岩。