水力计算实训报告

溢流坝水力计算说明书

基本资料：

某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设溢流坝。溢流坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为1:0.7，上下游堰高相等，溢流坝共5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，由平面闸门控制。坝址附近河段较为顺直，断面为有主槽和边滩的台地形，主槽断面近似为矩形，并且断面变化较小，平均槽深为9.62m，平均宽度为52m。拟采用底流式衔接与消能形式。

（1）根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，本工程等级为五等，主要建筑

物属于五级。

（2）水库水位：

正常蓄水位：434.20m

设计洪水位：435.00m

防洪限制水位：432.00m

（3）五十年一遇设计洪水位对应的下泄流量为1250.00m3/s；

（4）百年一遇校核洪水的下泄流量为1400.00m3/s。

（5）坝址上下游河床高程均为405.0m。

（6）溢流坝轮廓尺寸如下图1所示

（7）河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。

一．溢流坝下游河槽的水力计算

由“基本资料”可知，溢流坝坝址处附近河段较为顺直，河槽按矩形断面计算。河道的比降i为0.001，糙率n为0.04，河槽宽度b 为52m，河槽深度为9.62m。河槽的设计流量按五十年一遇的设计洪水位435.00m对应的下泄流量设计，即Q设为1250.00m3/s;坝址处下游河底的高程均为405.0m。

1. 计算水库在设计洪水位（五十年一遇）即下泄流量为Q设=1250.00m3时河槽正常水深的计算

河槽正常水深应按明渠均匀流计算，对矩形断面，各水力要素为：

过水断面面积: A=bh

过水断面湿周: x=b+2h

A

水力半径：R=

x

1R1/6

才系数：C=

n

断面平均流速：v=AC Ri

河槽流量：v=AC Ri

河槽这一正常水深h t，要求采用试算法。

计算：

当Q流=1250.00m3/s时，依据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表1所示：

表1：水库设计洪水位时，河槽正常水深h t试算表。单位：m

由表1可知，河槽正常水深h t=8.71

则坝下游水位为：

V=河槽底高程+h t

=405.00+8.71

=413.71 m

2． 计算水库在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量为Q 设=1400.00m 3/s 时河槽正常水深的计算

河槽这一正常水深h t ，要求采用迭代法，即由上述各式解得正常水深h t 的迭代式为：

h （j+1）=b

b i

nQ 5

2

j 5

3)

h 2()

(

当Q=1400.00m 3/s 时，根据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表2所示：

表2：水库校核洪水位时，河槽正常水深h t 计算表。单位：m

由表2可知：校核洪水位时，河槽正常水深h t =9.39m 则坝

下游水位为405.0+9.39=414.39m

3. 计算并绘制溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线。 表3： 溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线计算表.

注： 其中

序号5点为：防洪限制水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号9点为：正常蓄水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号11点为：设计洪水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号13点为：百年一遇水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。

根据上表建立坐标，按比例绘制曲线.

（二）确定溢流堰的堰顶高程；设计溢流坝剖面

根据“资料”，五十年一遇的设计洪水量为溢流坝的设计流量，即Q设为1250.00m3/s，其对应的设计洪水位为435.00m，溢流坝按实用堰流计算，并采用WES型实用堰剖面。

1. 确定溢流坝坝顶高程

已知溢流坝共设5孔，每孔净宽为8m ，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m ，边墩采用圆弧形，其宽度为1m ，堰顶设置平板闸门控制流量。 ① 计算堰上设计水头H d =6.12 m 堰上全水头

H 0=3

22⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛g mB Q S εσ

采用WES 型实用堰，并假定P/H d ＞1.33，则流量系数m d =0.502，设堰为自由出流，即淹没系数s σ=1.0，

H 0=3

22⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛g mB Q S εσ

=3

28.9240502.09.011250

⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯

=6.2496 m

查表7.2得闸墩形状系数45.00=δ; 查图7.9得边墩形状系数7.0=k δ。

因==

8

2496

.60

b H 0.78＜1 按b H 0=0.78代入计算

{}nb

H n K 00)1(2.01δδε-+-=

={}78.05

1

45.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-

=0.922

H 0=3

28.9240502.0922.011250

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛

⨯⨯⨯⨯⨯

=6.15 m

因769.08

15

.60

==

b

H ＜1 按b H 0=0.769代入计算

{}

nb

H n K 00)1(2.01δδε-+-=

={}769.05

1

45.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-

=0.923

H 0=3

28.9240502.0923.011250

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛

⨯⨯⨯⨯⨯

=6.15 m

因768.08

14

.60

==

b

H ＜1 按b H 0=0.768代入计算

{}

nb

H n K 00)1(2.01δδε-+-=

={}768.05

1

45.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-

=0.923

此时，所求得的ε不变，为0.923。说明H 0=6.15 m

已知上游河槽宽为52m ，设计洪水位为435.00m ，河床高程为405.00m ，河槽断面近似为矩形，故上游过水断面面积为：

A=52⨯（435-405）=1560 m 2

801.01560

1250===

A Q V m/s 堰上设计水头

H d =H 012.68

.92801.015.622

2

0=⨯-=∂-g V 计算溢流坝坝顶高程