施工截流水力计算书

4施工截流水力计算

4.1截流流量和方法的选择

对于江坪河水利枢纽工程,枯水系列天然河道的流量变幅小，较稳定，截流的时间初定在2007年的11月上旬，根据《施工组织设计规范》规定，截流标准采用从现期5~10年月或旬平均流量，江坪河水利枢纽工程采用2007年11月上旬的5年一遇的平均流量61.2m 3/s 。作为截流设计流量。

根据坝址地形、料场位置和道路布置条件，确定在上游围堰截流，采用单戗立堵进占的方式，截流体和上游临时土石围堰相结合。

4.2戗堤顶部高程的确定

查H 上~Q 关系曲线，r Q =61.2m 3/s 应的上游水位为H 上=293.8m ，考虑施工安全取安

全加高及风浪爬高为 1.5m 则戗堤顶部高程H=H 上+1.5=295.3m 。下游水深

H 下=291.06m

4.3截流的水力计算

合龙过程的水力学实质是非恒定流。对于这种非恒定流，当其流量变化率和水位变化率不大时，可以分段当作恒定流处理。

合龙截流设计流量按下式计算：

r d ac s Q Q Q Q Q =+++

式中 r Q ——截流设计流量

Q ——龙口流量

d Q ——分流建筑物中通过的流量 ac Q ——上游河槽中的调蓄流量，忽略 s Q ——戗堤渗透量，忽略

（1）龙口泄水能力计算

1.5

Q = 式中 m ——流量系数

当

00.3Z

H <

，为淹没流，01Z m H ⎛=- ⎝

当

0.3Z

H ≥，为非淹没流，0.385m = B ——龙口平均过水宽度

梯形断面：02B B B nH nH =-+ 三角形断面：0B nH =

0H ——龙口上游水头

梯形断面：

0H Z Z =-上底

三角形断面：()00.5B H Z Z nH B n =---上底

其中 Z ——龙口上下游水位差

B H ——戗堤高度

n ——戗堤端部边坡系数，取 1.0n = Z 上——龙口上游水位

Z 底——河道底板高程，取290Z m =底

梯形龙口断面H B

B B

H 0

三角形龙口断面

图4-2图4-3

图4-1 梯形龙口断面

H 0

梯形龙口断面

三角形龙口断面

图4-2图4-3

图4-2 三角形龙口断面

（2）龙口平均流速

Q Bh

υ=

淹没流时：s h h =，s h ——龙口底板以上的下游水头 非淹没流时：c h h =，c h ——龙口断面的水深 而计算得d

Q Z 分流关系见表4-1：

龙口流量Q 与下游落差Q~Z 关系曲线计算如下表4-2

表4-2 龙口流量与水位差的关系

Qd 9.28 16.78 33.45 48.32 61.2 设计流 量Q0 61.2 61.2 61.2 61.2 61.2 水位差 1.45 1.697 2.138 2.47 2.733

龙口流量Q

51.92

44.42

27.75

12.88

Q~Z 关系曲线如下图4-3

表4-3 龙口流量与水位差的关系曲线

4.4三曲线法计算龙口流速

推导龙口流速公式分两步进行。先推导龙口流速与上下游落差的关系，然后再推导龙口流速与龙口宽度的关系。

（一）龙口流速V 与上下游落差Z 的关系

在立堵截流过程中，龙口断面由梯形断面逐渐过渡到三角形断面，水流流态从淹没流过渡到非淹没流。下面将龙口流速分别按梯形断面淹没流、梯形断面非淹没流以及三角形断面非淹没流推导流速公式。

1、淹没流流速V 1。梯形断面落差与上下游落差Z 相同，则梯形断面淹没流流速为：gZ V 21ϕ=

式中ϕ——流速系数， ϕ=0.85~0.95；

Z ——下游落差。

2、梯形断面非淹没流

2V ==由于Z h H s +=，令H

Z y C

=

，则上式可写为

)(22Z h g y V s +=ϕ 式中Z C ——C —C 断面临界落差；

H ——上游水头（护底顶部高程以上）；

Y ——相对临界落差的平方根，按下式计算：

2

22

2335.15

.2)21(1)1(2)(y

y y Z h g n Q s αϕαϕ+--=+ 2

2411

211αϕαϕ+≥>+y

式中 α—C —C 断面动能修正系数。常取 α=1.0；

Q —龙口流量，按上面截流水利计算中的计算公式计算； n —戗堤端部边坡系数。取n=1。

3、三角形断面非淹没流

5

1223)4(n

Q g V α=

由上面的1V 、2V 、3V 的计算式可得出1V Z （ϕ取0.9）；2

V Z

（0.618>y ≥0.486,y 取为0.55）；3

V Z （n=1）。

根据表2-1中的数据及上面的 1V 、2V 、3V 的计算式可作下表：

表 4-3

H 上（m ） Z(m) Q(m3/s) Qd(m3/s) V1(m/s) V2(m/s) V3(m/s)

292.51 1.45 51.92 9.28 4.80 3.699608 4.160498 292.76 1.7 44.42 16.78 5.20 3.858461 4.032684 293.2 2.14 27.75 33.45 5.83 4.123204 3.670549 293.53 2.47 12.88 48.32 6.26 4.311106 3.148195

293.793 2.733 0.00 61.2 6.59 4.455187 0

由表4-3可得出三曲线如下图4-5所示：

Z-V 2

Z-V 1

Z-V 3

B

C

A