溢洪道设计实例

溢洪道设计实例

黑龙江农垦林业职业技术学院

1、进水渠

进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。采用梯形断面，底坡为平坡，边坡采用1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速υ<3.0m/s ，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是360.52m 。

进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1。

进水渠与控制堰之间设20米渐变段，采用圆弧连接，半径R =20m ，引渠长L =150米。

2、控制段

其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为360.52m 。堰厚δ拟为30米（2.5H<δ<10H ）。坎宽由流量方程求得，具体计算见表2。

23、泄槽

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、泄槽一段和泄槽二段布置。

据已建工程拟收缩段收缩角θ=12°，首端底宽与控制堰同宽，b 1=65m,末端底宽b 2拟为40m ，断面取为矩形，则渐变段长m tg b b L 81.5822

11=-=θ

，取整则L 1

为60m ，底坡50

1

=

i 。

泄槽一段上接收缩段，下接泄槽二段，拟断面为矩形，宽b =40m ，长L 2为540m ，底坡200

1

=

i 。 泄槽二段断面为宽40m 的矩形，长L 3为80m ，底坡8

1=i 。

4、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。

5、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。

1、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，米； hf ——沿程水头损失，米； 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，米；

α——动能系数，一般为1.0； C ——谢才系数；

R ——水力半径，米； A ——过水断面面积，米2； x ——湿周，米； n ——引渠糙率；

230

2'H g b m Q S σ=；

式中，S σ——淹没系数，取1.0； m '——无坎宽顶坎的流量系数；

b ——堰宽，m ； H 0——包括行近流速水头的坎上水头，

m ；

Q ——流量，m 3/s 。

①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。

②求引渠总水头损失ωh 。

f j h h h +=ω， g

h j 22υζ

=， 3

422R

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2。

算见表3。

2（1）基本公式如下：

b

Q q g q h k =

=；32/；6121

K K k K K K K K K K k R n C bh A X A R B C gx i ====；；；

式中 h k ——临界水深，m ； b ——泄槽首端宽度，m ；

Q ——槽内泄量，m 3/s ； g ——重力加速度，m/s 2; q ——单宽流量，m 3/s.m;

i k ——临界坡降； B K ——相应临界水深的水面宽，m ；

A K ,X K ,R K ,C K ——临界水深时对应的过水断面积（m 2）、湿周（m ）、水力半径（m 2）、谢才系数。

E 1+i L =E 2+h f ; ,2121

1h g

E +=

αυ 222

22h g

E +=

αυ；

式中 E 1——1-1断面的比能，m ；

E 2——2-2断面的比能，m ；

h 1，h 2——1-1及2-2断面水深，m ；

21υυ，

——1-1及2-2断面平均流速，m/s ；

h f ——沿程水头损失，m ；

i L ——1-1及2-2断面的底部高程差，m ； L ——断面间长度，m ； n ——泄槽糙率；

υ——两断面间平均流速，m/s ；

R ——两断面间平均水力半径，m 。

（2）渐变段水面线计算

①临界水深h k 及临界底坡i k

渐变段首端宽b 1=65米，尾端宽b=40米，断面为矩形。具体计算见表4

渐变段k i i >=50

1，故属陡坡急流， 槽内形成b Ⅱ型降水曲线。属明渠非均匀

流计算。

②渐变段水面线计算

首端断面水深为临界水深h k ，具体计算见表5。

设校(3) 泄槽一段水面线计算

汇槽一段断面为矩形，宽40m ，长540m ，200

1=i ①临界水深h k 和临界坡降i k 具体计算见表6。 k i i >=

200

1

，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。 ②泄槽一段末端水深（正常水深h 0）——采用试算法。 具体计算见表7

0 校核水位时，h 0=2.6米。 ③泄槽一段水面线计算

采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算见表8。 (4)泄槽二段水面线计算

泄槽二段断面为矩形，宽40m ，长80m ，底坡8

1 i 。

6 / 13

7 / 13

①求临界底坡i k ，控制断面水深h o (正常水深)。

因泄槽二段同泄槽一段流量、形状、断面尺寸相同，故临界底坡和临界水深不变。

设计水位时，i k =0.00214；校核水位时，i k =0.00205。

k i i >=

8

1

，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。 控制断面水深h 0用试算法，具体计算列于表9。

0 校核水位时，h 0=0.96米。 ②泄槽二段水面线计算

泄槽二段首端控制水深，设计水位时h =2.03米；校核水位时，h =2.6米。 采用分段求和法计算水面曲线，具体计算见表10。

表中仅推到泄槽二段末端，若推到正常水深时，陡槽长已超过设计长度，这是不切实际的。故泄槽二段内不产生正常水深。

由计算知末端水深在设计水位时为h=0.93米 ;在校核水位时为h=1.29米。

9 / 13

10 / 13

（5）溢洪道水面曲线成果及护砌高度

①计算溢洪道水面线是为确定边墙高度、边墙及衬砌底板的结构设计和下游消能计算提供依据。

②溢洪道边墙高度计算公式为：

式中h——不掺气时水深，m；

h b——当流速大于7~8m/s时掺气增加水深，m；

△——安全超高，设计时取1.0，校核时取0.7, m；

H——边墙高度，m。

③边墙高度计算

引水渠边墙高见表11

时，边墙高度H=4.12米。收缩段边墙高度具体计算见表12。收缩段最大流速v=5.71米/秒<7~8米/秒，不考虑掺气所增加水深，故H=h+△。泄槽一段边墙高度具体计算见表13。泄槽二段边墙高度具体计算见表14。

①溢洪道出口消能计算的任务是：估算下泄水流的挑射距离；选择挑流鼻坎形式，确定挑流鼻坎方式、反弧半径、挑射角等尺寸，以保证达到最优消能效果；估算下游冲刷坑的深度和范围。 ②计算公式为L=L 1+L 2；

βθθθθ

ctg t L gh gs v v g

v L s =+++=

21222111)

cos 2sin sin (cos ； 式中，L ——挑距，m ；

v 1——坎顶水股断面中心点上水流质点的流速，其值近似取陡槽末端的流速，m/s ；

θ——鼻坎挑射角度； g ——重力加速度，m/s 2；

h 1——坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m ； S 2——坎顶距下游水面线垂直距离，m ；

t s ——冲坑中最大水深，m ； t z q k t s -=

K ——岩石冲刷系数。

Z =（堰项高程十堰顶水深十堰顶流速水头）一下游水位，m ； q ——单宽流量，m 3/s.m ；

t ——下游水深，m ，下游无水，t=0;

β ——入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程式

求得，即2

21

12cos cos gs v v +=

θβ

③挑距计算，见表15。

设计情况i = t s /L =6.95/32.03=0.22

校核情况i= t s /L=8.70/37.10=0.23

1~4

1

故冲坑不会危及挑坎安全。

溢洪道水利计算成果，见表1。

。 溢洪道为3级建筑物，按50年一遇设计，500年一遇校核的洪水标准。