溢洪道设计实例

溢洪道设计实例

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

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

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，b1=65m,末端底宽b2拟为40m，断面取为矩形，则渐变段长L1

b1b2

58.81m，取整则L1

2tg

为60m，底坡i

1

。 50

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L2为540m，底坡i

1

。 200

18

泄槽二段断面为宽40m的矩形，长L3为80m，底坡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：

hj

2

2g

； hf

2

c2r



2n2l

R

43

A11

； R； CR6。

xn

式中，hj——局部水头损失，米； hf——沿程水头损失，米； ——局部水头损失系数； ——引渠流速，m/s；

g——重力加速度（m/s2）; L——引渠长度，米；

——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；

QSm'b2gH02； 2

H0H

2g

3

m——无坎宽顶坎的流量系数；

式中，S——淹没系数，取1.0；

b ——堰宽，m； H0——包括行近流速水头的坎

上水头，m；

Q——流量，m3/s。

①求堰前水深和堰前引水渠流速

采用试算法，联立公式hH0

22g,H0(

Q

Sm'bg

)3可求得，具体计算见表1。

2

②求引渠总水头损失h。

hhjhf

， hj

2

2g

， hf

2n2L

R

43

；

式中0.1(渠道匀缓进口，局部水头损失系数采用0.1）。 具体计算成果见表2。

算见表3。

2、溢洪道水面曲线计算 （1）基本公式如下：

hkq2/g；q

1QgxA1

；ik2K；RKK；AKbhk；CKRK6

XKnCKBKb

式中 hk——临界水深，m； b——泄槽首端宽度，m；

Q——槽内泄量，m3/s； g——重力加速度，m/s2; q——单宽流量，m3/s.m;

ik——临界坡降； BK——相应临界水深的水面宽，

m；

AK,XK,RK,CK——临界水深时对应的过水断面积（m2）、湿周（m）、水

2

力半径（m）、谢才系数。

E1+iL=E2+hf; E1

2

1

2g

h1, E2

22

2g

h2；

式中 E1——1-1断面的比能，m；

E2——2-2断面的比能，m；

h1，h2——1-1及2-2断面水深，m；

1，2 ——1-1及2-2断面平均流速，m/s；

hf——沿程水头损失，m；

iL——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；

——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hk及临界底坡ik

渐变段首端宽b1=65米，尾端宽b=40米，断面为矩形。具体计算见表4

渐变段i

1

ik，故属陡坡急流， 槽内形成bⅡ型降水曲线。属明渠非均匀50

流计算。

②渐变段水面线计算

首端断面水深为临界水深hk，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，i①临界水深hk和临界坡降ik 具体计算见表6。 1 200

i

1

ik，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。 200

②泄槽一段末端水深（正常水深h0）——采用试算法。 具体计算见表7

经试算，设计水位时，h0=2.03米 ; 校核水位时，h0=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i。

18

6

①求临界底坡ik，控制断面水深ho(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，ik=0.00214；校核水位时，ik=0.00205。

i

1

ik，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。 8

控制断面水深h0用试算法，具体计算列于表9。

0 校核水位时，h0=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。

8

9

（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：

Hhhbhb

h

100

式中 h——不掺气时水深，m；

hb——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

控制堰边墙高度与引渠等高。设计水位时，边墙高度H=3.78米；校核水位时，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

(6)出口消能计算

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=L1+L2；

v1cos

(vsinv12sin22gs2gh1cos)

； g

L2tsctgL1

11

式中，L——挑距，m；

v1——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/s2；

h1——坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m； S2——坎顶距下游水面线垂直距离，m；

ts——冲坑中最大水深，m； tskqzt

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，m3/s.m；

t——下游水深，m，下游无水，t=0;



——入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程式

v1cosv2gs2

2

1

求得，即cos

③挑距计算，见表15。

设计情况i= ts /L=6.95/32.03=0.22

校核情况i= ts /L=8.70/37.10=0.23

故冲坑不会危及挑坎安全。

溢洪道水利计算成果，见表1。

溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取n=0.016。 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。

14

13

12