溢流坝设计例题

拦河溢流坝水力计算实例一、一、资料和任务为了解决某区农田灌溉问题。

于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉。

进行水力计算的有关资料有：1．1．设计洪水流量为550米3/秒；2．2．坝址处河底高程为43.50米；3．3．由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00米；4．4．为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60米；5．5．溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；6．6．坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1；7．7．坝下水位与河道流量关系曲线，见图2；8．8．坝基土壤为中砾石；9．9．河道平均底坡i=0.00127；图1图210.河道实测平均糙率n=0.04。

水力计算任务：1．1．确定坝前设计洪水位；2．2．确定坝身剖面尺寸；3．3．绘制坝前水位与流量关系曲线；4．4．坝下消能计算；5．5．坝基渗流计算；6．6．坝上游壅水曲线计算。

二、 二、 确定坝前设计洪水位坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为48.00米，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。

溢洪坝设计水头d H 可用堰流基本方程2/302H g mB Q σε=计算。

因式中0H ，ε及σ均与d H 有关，不能直接解出d H ，故用试算法求解。

设d H =2.53米，则坝前水位=48.00+2.53=50.53米，按坝前水位由图1查得河道过水断面面积A 0=525米2，又知设计洪水流量Q=550米3/秒，则0v ＝0A Q ＝525550＝ 1.03米/秒 g av 220＝8.9203.10.12⨯⨯＝0.056米0H =d H +g av 220=2.53+0.056 = 2.586米按设计洪水流量Q ，图2查得相应坝下水位为48.17米。

下游水位超过坝顶的高度s h =48.17－48.00=0.17米o s H h =586.217.0=0.066＜0.15下游坝高1P =48.00—43.50=4.50米o H P 1=586.250.4=1.74＜2.0因不能完全满足实用堰自由出流条件: o s H h ≤0.15及o H P 1≥2.0,故为实用堰淹没出流。

河岸溢洪道水力计算实例一﹑ 资料及任务某水库的带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪道，用弧形闸门控制泄流量，如图15.7所示。

溢洪道共三孔，每孔净宽10米。

闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米。

翼墙为八字形，闸底板高程为33.00米。

胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.00米。

闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。

闸后接第一斜坡段，底坡1i =0.01，长度为100米。

第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=1:6，水平长度为60米。

第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角=α25°。

上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽B 1=34米的矩形断面，其余尺寸见图15.7。

溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。

溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。

水库设计洪水位42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图15.8。

当溢洪道闸门全开，要求： 1. 1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2. 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3. 3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。

图7图8二﹑ 绘制库水位与溢洪道流量关系曲线 （一）确定堰流和孔流的分界水位宽顶堰上堰流和孔流的界限为=H e 0.65。

闸门全开时，闸孔高度e =38.0－33.0=5.0米，则堰流和孔流分界时的相应水头为H =7.765.00.565.0==e 米堰流和孔流的分界水位=33.0+7.7=40.7米。

库水位在40.7米以下按堰流计算；库水位在40.7米以上按孔流计算。

（二）堰流流量计算堰流流量按下式计算：2/302H g mB Q σε=式中溢流宽度B=nb=3×10=30米。

因溢洪道上游为水库，0v ≈0则0H ≈H 。

溢洪道进口上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高a=33.0－32.5=0.5米，斜面坡度为1：5，则θctg =5（θ为斜面与水平面的夹角），宽顶堰流量系数m 可按H a及ctg θ由表11.7查得；侧收缩系数ε按下式计算：=ε1－0.2[(n －1)k ζζ+0]nb H 0其中孔数n=3；对尖圆形闸墩墩头，=0ζ0.25；对八字形翼墙，=k ζ0.7。

4 溢流坝段设计4.1 孔口设计⑴ 泄水方式的选择：为使水库有较好的超泄能力，结合本工程实际情况，采用开敞式孔口溢流。

⑵ 洪水标准的确定：本次设计的主要建筑物级别为3级，根据规范《水利水电枢纽等级划分及洪水标准》查山区、丘陵区水利工程建筑物洪水标准，采用50年一遇的洪水标准设计，500年一遇的洪水校核。

⑶ 流量的确定：由基本资料可知，设计洪水情况下，溢流坝的下泄流量为86403/m s ；校核洪水情况下，溢流坝的下泄流量为118403/m s 。

⑷ 单宽流量的选择：坝址处基岩比较坚硬完整，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取120()3/m s m ⋅。

⑸ 孔口净宽的拟定：分别计算设计和校核情况下溢洪道所需孔口宽度，计算成果如下：根据公式B=Q/q B=8640/120=72m根据以上计算，取每孔净宽b=16m ，孔数=5，则实际溢流坝孔口净宽为80m ， ⑹ 溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定：根据工程经验拟定闸墩的厚度为：中墩厚4m ，边墩厚3m ；则溢流坝段的总长度0L 为:m t d n nb L 98323)15(1652)1(0=⨯+⨯-+⨯=+-+=⑺ 堰顶高程的确定：由堰流公式：232Hg mb c Q S εσ=式中：Q —流量s σ—淹没系数。

不淹没时取1.0m —流量系数。

ε—侧搜索系数。

n —孔数 b —单孔净宽拟定侧收缩系数ε＝0.92，流量系数m ＝0.502，因为过堰水流为自由出流，故s σ＝1，c=1.0，由堰流公式：3/20S Q σε=，计算堰上水头0H ，再计算堰顶高程，如表4-1所示。

表4-1 堰顶高程计算表格所以，堰顶高程取117.73m 。

⑻ 闸门高度的确定，计算如下：门高＝正常蓄水位－堰顶高程＋(0.1～0.2)＝130-117.73+0.1=12.37m ，查规范取门高为13m 。

⑼ 定型设计水头d H 的确定：堰上最大水头max H ＝校核洪水位－堰顶高程＝135.82-117.73=18.09，定型设计水头d H =(75%~95%)max H ＝13.57～17.19m取d H ＝16.3m, d H/max H =16.3/18.09=0.91经查表4-2可知，坝面最大负压0.18d H ＝2.9m ，小于《混凝土重力坝设计规范》最大负压不超过3～6m 水柱高度，符合要求。

溢流坝段设计一、孔口设计1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。

2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。

二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。

1、设计依据《溢洪道设计规范》（SL 253-2002）2、基本资料有上述资料可得出H max=5.97m。

3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中H d为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头H max的75%到95%计算，本设计采用80%倍的H max，所以H d=4.78m。

上游堰高P1=42m>1.33H d=6.35m，所以本设计为高堰流量系数m d=0.502。

1)曲线参数计算表2)、下游曲线段下游曲线段计算公式为：1n n d x kH y-=式中：H d 为堰面曲线定型设计水头；x ，y 为原点下游堰面曲线横纵坐标； n 与上游堰坡有关； k 当P 1/H d >1.0时，k 值由规范查取，当P 1/H d ≦1.0时，k 取2.0到2.2。

上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P 1/H d =8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。

综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：()()1.850.5ddy x H H =经excel 计算可得堰面曲线计算表如下表所示：3）、中间直线段直线段与曲线段的切点计算如下所示：0.850.851.85120.7yx d d x d H =-=-代入数据计算可得：7.97t x m = 6.154t y m =4）、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(4~10)h 0，式中h 0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。

挑流鼻坎高程取579.00m （下游最高水位577.54m ）。

某水电站溢流坝设计及结构计算介绍了某水电站工程概况及坝址区地质条件，结合规范要求对大坝左岸溢流坝段设计进行计算分析，并对溢流坝的稳定性进行论证，对其它类似工程设计和建设具有参考意义。

标签：溢流坝；结构设计；抗滑稳定性；应力Abstract：This paper introduces the general situation of a hydropower station project and the geological conditions of the dam site area，calculates and analyzes the design of the spillway section on the left bank of the dam in accordance with the requirements of the code，and demonstrates the stability of the spillway dam，which is of reference significance for the design and construction of other similar projects.Keywords：overflow dam；structural design；anti-slide stability；stress1 工程概况某水电站枢纽工程地处湖北省宜昌市清江流域，坝址处河床高程198m，坝址以上集水面积114.5km2，河道长20.9km，加权平均坡降18.1‰。

大坝水库正常蓄水位203.80m，设计洪水位206.62m，校核洪水位208.16m，大坝左岸坝段为溢流坝段，溢流净宽50.0m，右岸为非溢流坝段。

工程以发电为主，水库总库容为15.7万m3，工程规模为小（2）型，工程等级为V等。

坝址区两岸地形不对称，为横向河谷，岩层倾向上游。

不存在邻谷渗漏问题。

任务一拦河溢流坝水力计算实例1. 设计洪水流量为511 62. 坝址处河底高程为43.50m 8843. 由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m 885.54.为减少建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60m 155.溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙：6.坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1： 7. 坝下水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 8. 坝基土壤为中砾石；9. 河道平均低坡i=0.00127 0.037 10.河道实测平均糙率n=0.00127：35040045050055030048.048.549.049.550.050.551.0010020030040050044.044.545.045.546.046.547.047.548.048.5河道过水断面面积(m/s)坝前水位（m )坝下水位（m )河道流量（m/s)水力计算任务：1. 确定坝前设计水位：2. 绘制坝前水位与流量关系曲线：3.坝前消能计算：分析1，确定坝前的设计洪水位：一，根据题意可知，坝前设计洪水位取决与坝顶高程及设计水头H d ，已知坝顶高程为48.00mm,求出H d 即可确定坝前设计洪水位。

溢流坝设计水头H d 用堰流的基本公式Q=ϕεσB g 2H 230计算：因式中H 0，ε，及ϕ均与H d 有关，不能直接求出H d ，故用试算法求解。

设H d =2.41m,则坝前水位=48.00+2.41=50.41m按坝前水位由图一可以查的河道过水断面的面积A 0=500m 3,又知道设计洪水流量Q=511m 3/s.则V 0=0A Q =500511=1.02m/s gav 22=0.053m H 0= H d +gav 22=2.41+0.053=2.46m按设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位47.8m ，下游水面没有超过坝顶高度：H T =47.8-4.80=-0.2m: A 1=48-43.5=4.5mA 1/ H 0=4.5/2.463=1.83<2.0: H T / H 0=-0.2/2.463<0.15可以判断为淹没出流：根据公式ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]代入数值可知ε=1-0.2*0.7*2.46/60=0.994由A 1/ H 0：H T / H 0查表可知ϕ=1:对于WES 为实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m=0.502: Q=ϕεσB g 2H 230=0.994*1*0.502*60*6.19*2.4623 =511.4 m 3/s.设计结果与设计水流量基本相同，说明假设H d 值是正确的，故设计水头H d =2.46m.坝前设计洪水位=坝顶高程+ H d =48.00+2.46=50.46m 分析2，绘制坝前水位与流量关系曲线：（1） 分析，设H 0=H=2:为自由出流，则φ=1则H 0/H d =2/2.41=0.83；查表可知m=0.49 则流量的第一次运算值：ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2/60 =0.99532H θε==0.995*0.49*606.19*322=366 m 3/s 则坝前水位=48+2=50m:查表可知0A =4702mV 0=0A Q =366470=0.78 m/s ： g av 22=0.03H 0= H d +gav 22=2+0.03=2.03m则流量的第二次计算；ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2.0360=0.99532Hθε==0.995*0.49*606.19*322.05=374.5 m3/s验证：Q=374.5 m3/s查坝下水位为47.20mm则sh=47.20-48.00=-0.8m 0shH=1000.80 4.50.390.15; 2.22 2.02.03 2.41sh aH H=-=-<==>符合实用堰自由出流的条件：为自由出流，原假设的出流情况是对正确的。

溢流坝设计：溢流坝设计:(一)泄水方式的选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。

因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求;且使水流平顺，不产生空蚀破坏。

溢流坝的泄水方式主要有以下两种:1、开敞溢流式除泄洪外，它还可排除冰凌或其它漂浮物，如图1所示。

堰顶可设置闸门，也可不设。

不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常高水位，泄洪时库水位雍高，从而加大了淹没损失，但结构简单，管理方便，适用于泄洪量不大、淹没损失小的中小型工程;设置闸门的溢流坝，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的中型工程。

2、孔口溢流式为了降低堰顶闸门的高度，增大泄流可采用带有胸墙的溢流堰，如图2所示。

这种型式的溢流孔可按洪水预报提前放水，从而腾出较大库容蓄纳洪水，提高水库的调洪能力。

为使水库具有较大的泄洪潜力，宜优先考虑开敞式溢流孔。

图1 开敞溢流堰图2 孔口溢流堰(二)孔口设计,、洪水标准的确定根据建筑物的级别及运用情况确定洪水标准。

见表1 表1 山区、丘陵区水利工程水工建筑物洪水标准水工建筑物级别1 2 3 4 51000,500 500,100 100,50 50,30 30,20 洪水重现设计情况5000,2000 2000,1000 100,500 500,200 200,100 期(年) 校核情况,、设计流量的确定确定设计流量时，先拟定溢流坝的泄水方式，然后进行调洪演算，求得各方案的防洪库容、设计洪水位和校核洪水位及其相应的下泄流量;然后估算淹没损失、枢纽造价、效益，进行综合比较，选出最优方案。

若考虑泄水孔及其它建筑物能分担一部分泄洪任务，则通过坝顶溢流的下泄流量,为:,,,s,α,o (1)式中 ,s—下泄流量(经过调洪演算确定的枢纽中总的下泄流量);α—系数，考虑电站部分运行等因素对下泄流量的影响，正常运用时，α,0.75,0.9，校核情况α,1.0;,o,经过泄水孔、电站、船闸等建筑物下泄的流量。

任务一拦河溢流坝水力计算实例1. 设计洪水流量为511 62. 坝址处河底高程为43.50m 8843. 由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m 885.54.为减少建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B=60m 155.溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三圆弧段WES 型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙：6.坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1： 7. 坝下水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1； 8. 坝基土壤为中砾石；9. 河道平均低坡i=0.00127 0.037 10.河道实测平均糙率n=0.00127：35040045050055030048.048.549.049.550.050.551.0010020030040050044.044.545.045.546.046.547.047.548.048.5河道过水断面面积(m/s)坝前水位（m )坝下水位（m )河道流量（m/s)水力计算任务：1. 确定坝前设计水位：2. 绘制坝前水位与流量关系曲线：3.坝前消能计算：分析1，确定坝前的设计洪水位：一，根据题意可知，坝前设计洪水位取决与坝顶高程及设计水头H d ，已知坝顶高程为48.00mm,求出H d 即可确定坝前设计洪水位。

溢流坝设计水头H d 用堰流的基本公式Q=ϕεσB g 2H 230计算：因式中H 0，ε，及ϕ均与H d 有关，不能直接求出H d ，故用试算法求解。

设H d =2.41m,则坝前水位=48.00+2.41=50.41m按坝前水位由图一可以查的河道过水断面的面积A 0=500m 3,又知道设计洪水流量Q=511m 3/s.则V 0=0A Q =500511=1.02m/s gav 22=0.053m H 0= H d +gav 22=2.41+0.053=2.46m按设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位47.8m ，下游水面没有超过坝顶高度：H T =47.8-4.80=-0.2m: A 1=48-43.5=4.5mA 1/ H 0=4.5/2.463=1.83<2.0: H T / H 0=-0.2/2.463<0.15可以判断为淹没出流：根据公式ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]代入数值可知ε=1-0.2*0.7*2.46/60=0.994由A 1/ H 0：H T / H 0查表可知ϕ=1:对于WES 为实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m=0.502: Q=ϕεσB g 2H 230=0.994*1*0.502*60*6.19*2.4623 =511.4 m 3/s.设计结果与设计水流量基本相同，说明假设H d 值是正确的，故设计水头H d =2.46m.坝前设计洪水位=坝顶高程+ H d =48.00+2.46=50.46m 分析2，绘制坝前水位与流量关系曲线：（1） 分析，设H 0=H=2:为自由出流，则φ=1则H 0/H d =2/2.41=0.83；查表可知m=0.49 则流量的第一次运算值：ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2/60 =0.99532H θε==0.995*0.49*606.19*322=366 m 3/s 则坝前水位=48+2=50m:查表可知0A =4702mV 0=0A Q =366470=0.78 m/s ： g av 22=0.03H 0= H d +gav 22=2+0.03=2.03m则流量的第二次计算；ε=1-0.2)([[][εηϕ+*-1n NBH 0]=1-0.2*0.7*2.0360=0.99532Hθε==0.995*0.49*606.19*322.05=374.5 m3/s验证：Q=374.5 m3/s查坝下水位为47.20mm则sh=47.20-48.00=-0.8m 0shH=1000.80 4.50.390.15; 2.22 2.02.03 2.41sh aH H=-=-<==>符合实用堰自由出流的条件：为自由出流，原假设的出流情况是对正确的。

溢流坝水力计算1.确定坝前的设计洪水位利用堰流的基本公式Q=σεmB H03/2计算：因式中H，，及σ均与H有关，不能直接求出Hd，故用试算法求解。

故列表1如下水）H(m)m σQ(m/s)2.562 0.502 0.996 1 543.8由于已知流量Q=550 m/s，故以H d=2.55来计算。

设Hd=2.55m,则坝前水位=48.00+2.55=50.55m由坝前水位图一查的河道过水断面的面积A=540m,已知设计洪水流量Q=550m/s.则v0=Q/A=550/540=1.02m/sH1=αv2/2g=0.053mH0= Hd+H1=2.55+0.052=2.587m由设计洪水流量Q,由图二，查的相应坝下水位48.05m，下游水面超过的坝顶高度：h s=48.05-48.0=0.05ma1=48-43.5=4.5m∴该淹流为淹没出流∴a1/ H=4.5/2.587=1.739<2.0 h s/ H=0.05/2.587=0.02<0.15，查表可知此淹没系数σ接近1，故σ=1根据公式=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB代入数值可知=1-0.2*0.7*2.587/60=0.996对于WES为实用堰，当水头为设计水头时，流量系数m=0.502:Q=σεmB H3/2=0.996*1*0.502*60**2.5873/2=550.1m/s.最后结果与设计水流量基本相同，说明假设Hd的值是正确的，故设计水头H=2.587m.坝前设计洪水位=坝顶高程+ Hd=48.00+2.55=50.55m2.确定坝身剖面尺寸及绘出坝身剖面图相关数据:R1=0.5Hd =1265㎜ R1=0.2Hd=506㎜ R1=0.04Hd=101.2㎜水平：b1=0.175Hd =442.75㎜ b1=0.276Hd=698.28㎜ b1=0.2818Hd=712.945㎜大坝顶下游OC段方程为：y=x1.85/(2*H0.85)=x1.85/(2*2.530.85)接着是下游堰面直线CD，最后是反弧段DE,由于下游a1=4.5m＜10m,故反弧段得半径R=0.5a1=2.25m 所以坝身剖面图为图1：图13.绘制出坝前水位与流量的关系曲线（1）分析，设H0=H=2 为自由出流，则σ =1则H0/Hd=2/2.55=0.78；所有查表可知m=0.48则流量的第一次运算值：=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB =1-0.2*0.7*2/60=0.995Q=σεmB H3/2 =0.995*0.48*60*=358.8 m/s则坝前水位=48+2=50m:查图可知A=470V0=Q/A=358.8/470=0.764 m/s： H1=αv2/2g =0.03H= H+H1=2+0.03=2.03m流量的第二次计算；=1-0.2[﹙n-1﹚*ζ0+ζk ]*H0/nB=1-0.2*0.7*=0.995Q=σεmB H=0.995*0.48*60*2.033/2=366.9 m/s 流量的第三次计算；验证： v0= Q/A=366.9/470=0.78 m/s：H2=0.03H= H+H2=2+0.03=2.03m所以Q=366.9 m/s查图得到坝下水位为47.15m则hs=47.15-48.00=-0.85m符合实用堰自由出流的条件,为自由出流，所以原假设的出流情况是对正确的。

2018年22期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application某水电站溢流坝设计及结构计算余昌华1，彭建中2（1.三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2.宜昌高新投资开发有限公司，湖北宜昌443000）1工程概况某水电站枢纽工程地处湖北省宜昌市清江流域，坝址处河床高程198m ，坝址以上集水面积114.5km 2，河道长20.9km ，加权平均坡降18.1‰。

大坝水库正常蓄水位203.80m ，设计洪水位206.62m ，校核洪水位208.16m ，大坝左岸坝段为溢流坝段，溢流净宽50.0m ，右岸为非溢流坝段。

工程以发电为主，水库总库容为15.7万m 3，工程规模为小（2）型，工程等级为V 等。

坝址区两岸地形不对称，为横向河谷，岩层倾向上游。

不存在邻谷渗漏问题。

坝基岩体依据《水利水电工程地质勘察规范》分类为中硬质岩（B Ⅱ-B Ⅲ类），饱和抗压强度30MP <Rb ≤60MPa 。

坝址未见断层发育，仅发育两组裂隙，其线性长度短、贯通性差，库岸岩质边坡整体稳定。

2溢流坝段设计2.1坝高确定坝基河床高程198.0m ，基岩面高程192.3m ，弱风化下限高程191.7m 。

根据《混凝土重力坝设计规范》SL319-2005规定的一般布置原则，坝高低于30m 时，可建在弱风化至强风化中上部基岩上，本工程坝高属于低坝，基岩面可选择弱风化部，取大坝最低建基面高程为190.5m 。

本工程堰顶高程与正常蓄水位取一致，为203.80m 。

根据堰顶高程和大坝建基面高程可以确定坝高为13.30m 。

2.2堰顶曲线段计算我国多采用WES 曲线[3]，其基本剖面见图1。

WES 型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分，坐标原点设在堰顶最高点。

（1）堰顶上游段上游段采用三圆弧曲线，三圆弧半径及水平坐标值见表1。

表中H d 为定型设计水头[4]，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%~95%，堰顶水头=校核洪水位-正常蓄水位=208.16m-203.80m=4.36m ，取堰顶水头80%，定型设计水头为3.5m 。

第四章溢流坝段设计4.1孔口设计1.确定工程等级本工程基本资料防洪要求减轻洪水对A市和A平原的威胁，在遇到5000年一遇和1000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的12100立方米/秒、10900立方米/秒分别削减为6350立方米/秒、5750立方米/秒。

要求设计洪水时最大下泄流量限制为6550立方米/秒。

其他参数见表4。

表4 洪水标准的调洪成果结合SL252-2000《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》参照表4-14-1由此可以确定水工建筑物工程等级为Ⅰ级。

2.孔口形式选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。

因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。

溢流坝的泄水方式主要有以下两种：（1）开敞溢流式除泄洪外，它还可排除冰凌或其它漂浮物，如图 1 所示。

堰顶可设置闸门，也可不设。

不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常高水位，泄洪时库水位雍高，从而加大了淹没损失，但结构简单，管理方便，适用于泄洪量不大、淹没损失小的中小型工程；设置闸门的溢流坝，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的中型工程。

闸门在顶部，操作方便，易于检修，工作安全可靠，所以，开敞溢流式得到广泛采用。

（2）大孔口溢流式为了降低堰顶闸门的高度，增大泄流可采用带有胸墙的溢流堰，如图2 所示。

这种型式的溢流孔可按洪水预报提前放水，从而腾出较大库容蓄纳洪水，提高水库的调洪能力。

为使水库具有较大的泄洪潜力，宜优先考虑开敞式溢流孔。

(3)综合上面所述，本设计采用开敞式溢流设闸门。

图1开敞溢流式堰图2孔口溢流式堰3.孔口尺寸确定从基本资料中得知，本电站4台5万千瓦机组。

正常蓄水位为2184.5米，汛期限制水位为2182米，死水位2163米，4台机满载流量332立方米/秒，相应尾水位2103.5米。

溢流坝段设计（1）溢流坝段设计一、孔口设计1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。

2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。

二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。

1、设计依据《溢洪道设计规范》（SL 253-2002）2、基本资料有上述资料可得出H max=5.97m。

3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中H d为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头H max的75%到95%计算，本设计采用80%倍的H max，所以H d=4.78m。

上游堰高P1=42m>1.33H d=6.35m，所以本设计为高堰流量系数m d=0.502。

1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：曲线参数计算表2)、下游曲线段下游曲线段计算公式为：式中：H d为堰面曲线定型设计水头；x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标；n与上游堰坡有关；k当P1/H d>1.0时，k值由规范查取，当P1/H d≦1.0时，k取2.0到2.2。

上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P1/H d=8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。

综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示：3）、中间直线段直线段与曲线段的切点计算如下所示：代入数据计算可得：4）、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(4~10)h0，式中h为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。

挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。

反弧段最低点流速：式中：φ为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为：反弧段半径R=(4~10)h0，本设计反弧段流速为23.29m/s>16m/s，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取R=6.42h0=9.95m。

例题01 某溢流坝如图所示，已知坝高P=50m ，坝上水头H=3.2m ，坝宽b=10m ，溢流坝通过的流量Q=500m ³/s ，护坦始端的急流水深由下式给出 ()()H P c H P g q h /12/01++= 式中：q 为单宽流量，0c 为溢流面粗糙系数的函数，约为0.015~0.025，取02.00=c。

试求由护坦的始端发生水跃所必需的下游缓流水深，并计算水跃段的水头损失、消能率和水跃长度。

解：单宽流量为 m)/(s m 5010/500/3⋅===b Q q()()()()162.10352.18.950352.12.3/5002.012.3508.9250/12331101=⨯===⨯++⨯=++=ghq F mH P c H P g q h r跃后水深为()238.4162.1085.025.085.025.0/664.2771.18/50//982.36352.1/50/771.182/1162.1081352.12/181323212221122112=⨯+=+========-⨯+⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=r r F sm h q v s m h q v mF h h α水跃段的水头损失为m g v h g v h E j 825.508.92664.2238.4771.188.92982.361352.1222222222111=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=αα跃后段的水头损失为()()mg v E jk 172.18.92664.21238.4212222=⨯⨯-=-=α水跃段的总水头损失为m E E E jk j 997.51172.1825.50=+=+=跃前总水头为 m gv h E 131.71221111=+=α水跃的消能率为 %7.711==E E K j水跃长度为 m h L j 5.114771.181.61.62=⨯==例题02 一单孔式溢流坝，护坦宽与堰宽相同，已知()m s /m 83⋅=q ，m H 4.20=，95.0,5.2,71===ϕm h m P t，溢流坝如图所示。

一、选择题
1.正槽式溢洪道的主要作用是什么？
A.蓄水
B.发电
C.泄洪
D.灌溉
2.在正槽式溢洪道设计中，哪个因素通常决定其泄流能力？
A.溢洪道宽度
B.溢洪道底部高程
C.溢洪道侧墙高度
D.溢洪道上游水库库容
3.正槽式溢洪道的溢流水面线通常呈现什么形状？
A.直线
B.抛物线
C.折线
D.波浪线
4.下列哪项不是正槽式溢洪道设计时需要考虑的水力要素？
A.流量系数
B.弗劳德数
C.扬程
D.水头损失
5.正槽式溢洪道的侧墙主要起什么作用？
A.增加泄流速度
B.支撑溢洪道结构
C.减小水流冲击力
D.储存多余水量
6.当正槽式溢洪道发生空蚀现象时，通常与哪个因素有关？
A.流量过小
B.流量过大
C.水温过高
D.水质过差
7.在正槽式溢洪道设计中，如何确定溢洪道的底坡？
A.根据地形自然形成
B.任意设定
C.根据水流流速和流量计算确定
D.根据水库库容确定
8.下列哪项措施可以提高正槽式溢洪道的泄流效率？
A.增加溢洪道底部糙率
B.减小溢洪道宽度
C.优化溢洪道底坡和侧墙形状
D.降低溢洪道上游水位
9.正槽式溢洪道在洪水期运行时，如何保证下游河道的安全？
A.减小泄流量
B.修建消能设施
C.提高下游河道堤防高度
D.禁止下游河道通航
10.下列关于正槽式溢洪道维护管理的说法，哪项是正确的？
A.溢洪道内可随意堆放杂物
B.定期检查溢洪道侧墙和底板的裂缝及侵蚀情况
C.溢洪道闸门可长期保持开启状态无需维护
D.溢洪道下游消能设施无需定期清理淤积物。

水力学综合练习溢流坝水力计算编写：曾琳四川水利职业技术学院2010年5月一、计算题目：溢流坝工程水力计算二、基本资料某水利工程在U形河谷筑坝，主河槽设河床式溢洪道。

溢洪道工程由溢流坝、挑流鼻坎组成。

1、溢流堰采用曲线型实用堰（WES剖面），共五孔，每孔宽14m，高12m；工作闸门采用弧形门，弧门半径13m，转轴中心高程407.5m，检修闸门采用平板门。

2、溢流堰顶高程为398.0m，上游折坡点高程为376.0m，上游折坡度1：0.20，下游折坡度1：0.7，下游河底高程为347.5m。

3、闸墩采用半圆形，宽3m，边墩采用圆弧形，宽1.5m，闸墩长20m，溢洪道总宽85m。

三、主要经济、技术指标1、工程及建筑物等级根据《水利水电枢纽工程设计基本技术规范》规定，本工程等级为三等，主要建筑物属于三级。

2、水库特性（1）水库水位正常蓄水位：408.00m；设计洪水位：409.14m，相应下游水位为363.0m；校核洪水位：411.43m，相应下游水位为364.5m。

（2）下泄流量及相应下游水位百年一遇设计洪水的下泄流量为4963m3/s，相应下游水位为362.8m；五百年一遇校核洪水的下泄流量为6535m3/s，相应下游水位为364.0m。

3、其他有关参数：由地质条件知,坝址处岩石坚硬，但其完整性较差，可取Ks=1.4。

溢流坝采用连续式挑流坎挑流消能，初步选定挑流出射角θ=30°。

四、计算要求及建议步骤1、闸室工程（1）求出几种控制水位408.0m、409.14m、411.43m的过堰流量。

（2）校核溢洪道在校核水位411.43m时，能否通过校核流量6535m3/s。

2、溢流面曲线及剖面设计（1）溢流面曲线计算（包括堰顶上游曲面段、堰顶下游曲线段、堰顶下游曲线段与下游直线段的切点座标值以及反弧半径）。

（2）溢流面剖面设计，并在座标纸上画出剖面图。

3、挑流消能工的设计设计的内容包括：（1）计算冲刷坑深度。

附录C 溢流坝段设计及水力计算不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位，库水位超过堰顶后就溢过堰顶泄向下游，这种型式结构简单、管理方便，适用洪水流量大、上游淹没损失不大的中小型工程。

坝顶表孔溢洪道优点：（1）结构简单，检查维修方便，（2）水流平顺，（3）便于排除漂浮物，不易堵塞，（4）泄流量与堰顶水头H 的3/2次，超泄潜力大。

但表孔位置较高，在开始泄流时流量很小，不能及时加大泄量降低库水位。

另外它不能满足排砂、放库等要求。

C.1 溢流堰泄流能力计算基本公式： 232ws Hg B Cm Q σ=(C-1)式中：Q —流量，m 3/s ；B —溢流堰净宽，m ；H w —堰顶以上作用水头，H w =(1439.1-1435.5) ⨯90%=3.2m g —重力加速度，m/s 2；m —流量系数，根据P/H d ≥3时，可取m=m d =0.47～0.49,本设计中坝高为1435.5-1380=55.5m, H d =H w , P/ H d =55.5/2.9=19,取0.49； C —上游面为铅直时，C 取1.0； ε—侧收缩系数；δs —淹没系数，取1.0；曲线型实用堰设置中墩，共2孔，每孔净宽13m 。

曲线型实用堰的侧收缩系数可由以下公式计算：nbH n wk ])1([2.010ζζε-+⨯-= (C-2) k ζ为边墩形状系数，边墩取为圆弧形，系数为0.7；0ζ为中墩形状系数，中墩也同样取为圆弧形，系数为0.45。

所以原式代入数据:H w =(1439.1-1435.5)⨯90%=3.2mε=1-0.2×[0.7+(2-1)×0.45]×3.2/(2×13) =0.97s m H g B Cm Q ws /3132.38.922697.049.0232323=⨯⨯⨯⨯⨯==εσ 有导流洞参加调洪，参加q=100m/m 3,故校核泄Q Q >=319m 3/s,满足要求。