河岸溢洪道水力计算

溢洪道水力计算范文溢洪道是一种用于调节水库库容的重要设施，它能够确保水库在降雨较大时不会溢出，从而保护下游地区的安全。

溢洪道的水力计算是设计溢洪道的关键步骤之一，本文将详细介绍溢洪道水力计算的相关内容。

1.溢流量计算溢流量是指在水库库容达到最大限度时，通过溢洪道流出的水量。

计算溢流量的常用方法有经验公式法和理论计算法。

经验公式法是根据历史洪水资料和相关实测数据推导出的经验公式进行计算，适用于缺乏资料和经验的情况。

理论计算法则是利用流体力学原理进行计算，适用于条件较好且有丰富资料的情况。

2.溢流速度计算溢流速度是指水流通过溢洪道时的速度。

溢流速度的计算方法一般有两种：一是根据流量和槽底坡度计算，二是根据经验公式计算。

根据流量和槽底坡度计算需要确定槽底的摩擦系数和槽底的水流速度，然后应用流量公式进行计算。

根据经验公式计算则是根据经验公式直接计算溢流速度，相对简单但准确度较低。

3.堰顶宽度计算溢洪道的堰顶宽度是指溢洪道基底宽度和坡道宽度之和。

堰顶宽度的计算需要考虑上游河床的状况、上游输沙能力以及溢洪道的结构形式。

一般来说，堰顶宽度应满足以下几个方面的要求：满足流量要求、确保安全稳定、控制水流速度、减小溢洪道的地质灾害。

4.溢洪坝高度计算溢洪坝高度是指溢洪道堰顶相对于坝基的高度差。

溢洪坝高度的计算需要考虑上游河道流量、下游地势和地质条件。

一般来说，溢洪坝高度应满足以下几个方面的要求：确保下游地区不受洪水侵袭、防止溢洪坝溢流过高、满足溢洪道设计要求、减小溢洪坝的地质灾害。

总结起来，溢洪道水力计算是保证水库安全运行的重要环节。

通过合理的溢洪道水力计算，可以确保溢洪道的流量、速度、堰顶宽度和溢洪坝高度满足设计要求，从而保证溢洪道在大洪水冲刷下的安全性和稳定性。

为此，设计人员应根据具体情况选择适当的计算方法，并结合实际情况进行合理的参数取值，以提高计算结果的准确性和可靠性。

某水库溢洪道设计一、设计方案理论论证某水库由于当年的条件限制，所以工程质量较差，加之近40年的运行，反复冻融破坏，结构、设备老化，水库诸多隐患，水库经专家鉴定，评价为：溢洪道无底板，右侧边墙短，破坏严重，安全评定为C级。

根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》（SL253-2000），对溢洪道进行计算和设计。

该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。

（一）、溢洪道水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。

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10年一遇设计，20年一遇校核的洪水标准。

（二）、进水渠的设计根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），进水渠的布置应依照以下原则：选择有利的地形、地质条件；在选择轴线方向时，应使进水顺畅。

进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。

进水渠的地基为土基，故采用梯形断面；底坡为平底坡，边坡采用m=0.5。

根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）进水渠设计流速宜采用3~5m/s，渠内流速取υ=3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是18.259m。

进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1-2。

表1-2 进水渠断面尺寸计算表- 1 -- 2 -由计算可以拟定引渠底宽B=10 m （为了安全），引渠长L=10m 。

（二）、控制段的设计控制段也叫溢流堰段，控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，其作用是控制泄流能力。

本工程是以灌溉为主的小型工程，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，开敞式溢流堰有较大的超泄能力，故堰型选用开敞式宽顶堰，断面为矩形。

顶部高程与正常蓄水位齐平，为18.80m 。

堰厚δ拟为8米（2.5H<δ<10H ）。

堰宽由流量方程求得，具体计算见表1-3。

表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g)由计算知，控制堰宽取b=15m 为宜。

溢洪道水力设计计算1 计算依据 《溢洪道设计规范》（DL/T 5166—2002）第6节及附录A的有关规定。

2 已知设计参数堰面曲线可采用抛物线。

上述曲线可按附录A中A.1计算。

本工程选用开敞式实用堰。

考虑到圆弧曲线（驼峰堰）的流量系数较小，泄流能力相对较小，本工程堰面曲线选用幂曲线（三）。

3 堰面曲线选择及泄流能力复核 （1）按规范5.3.3条，堰（闸）型式可采用开敞式或带胸墙的实用堰、宽顶堰、驼峰堰等，应根据地形地质条件、水力条件、运用要求及技术经济指标等综合比较选用。

开敞式溢流堰溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。

（2）按规范6.3.3条，采用开敞式实用堰时，堰面曲线宜采用幂曲线、圆弧曲线（驼峰堰）；当堰上设有胸墙时，点上游用三圆弧曲线。

3.1 幂曲线方程计算（A.1） （3）按规范6.3.2条，低实用堰应满足上游堰高P 1≥0.3H d ，下游堰高P 2≥0.6H d ；下游堰面坡度宜陡于1:1。

设计中应避免形成淹没流。

式中： （4）按规范附录A.1.3条，采用开敞式幂曲线（三）时，幂曲线按式（A.1)计算。

n=1.85，K=2。

上游面铅直，原H d …………定型设计水头，对低堰（P 1＞1.33H d ）可按堰顶最大水头H max 的75%～95％计算,yKH x n dn 1-=1.560m ～ 1.976m1.500m1.8522.8230.35423x^1.85 计算公式：0.6553255x^0.852.306m1.662m3.4 反弧半径R的计算即H d =（0.75～0.95）H max =堰顶O点上游三圆弧的半径R及其水平坐标x计算表即幂曲线方程为：y=3.2 幂曲线末端端点坐标计算 将m，dy/dx带入公式1可求得：x c =本工程取H d =n…………………系数,n=K…………………系数,K= 对堰面曲线求一阶导数得：dy/dx=（公式1）堰顶下游幂曲线方程坐标值表y c =3.3 堰顶上游三圆弧曲线的x坐标及半径R计算 经计算：KH d n-1=溢流堰下游反弧段半径，应结合下游消能设施来确定，对于挑流消能和底流消能方式，可按下式求反弧半径R。

1 溢洪道水力计算溢洪道水力计算共分以下几段：入口段、陡坡段、消能防冲段、海漫段水面线推求和消力池段消能防冲计算等。

按照调洪演算结果，溢洪道20年一遇洪水流量Q=s ，50年一遇设计洪水流量Q =s ，500年一遇校核洪水流量Q =s 。

溢洪道底流消能洪水设计标准按20年一遇。

1.1 计算依据（1）《溢洪道设计规范》SL253—2000。

1.2 溢洪道水面线推求1.2.1 计算方式及计算公式采用明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算方式，计算公式为：Ji E E s susd --=∆式中：△s ——上、下断面间长度（m ）;i ——渠底比降;J ——上、下断面间平均水力坡度; E sd 、E su ——上、下游断面的断面比能。

1.2.2 水面线推求溢洪道水面线推求采用新疆水利厅编制的《D-7 明渠恒定非均匀渐变流水面曲线计算程序》进行计算。

本程序计算时需输入起算已知断面水位及各流段的大体数据。

由明渠水流分析知，溢洪道明渠段结尾即陡坡段始端将发生临界水深，把该断面作为控制断面来推求上下游水面曲线。

1.2.2.1 程序计算原理采用人工渠槽断面单位能量沿程转变的微分方程进行推求，公式如下：Jf i ds dEs-= 其差分格式为：Jf i s Es-=∆∆即：()s Jf i E E ∆⋅-+=12式中：RC vJf gv h E g v h E ⋅=+=+=222111222222αα()()()121212212121R R R C C C v v v +=+=+=其中：h 1为已知，h 2为欲求之水深 为此，将差分方程改成下列函数表达式()()()s Jf i E E h E ∆⋅-+-=212为求h 2设试算水深h 下限与h 上限，用二分法求解()下限上限h h h +=212()()()()()()h F F 2~1212~11G s J i h E E D s J i h E E h f f =∆⋅-+-==∆⋅-+-=上限上限上限若D 、G 同号，令h 上限= h 2；D=G若D 、G 异号，令h 上限= h 下限；h 上限= h 2；D=G 继续二分，直到∣h 1-h 2∣≤允许误差为止1.2.2.2 临界水深计算临界水深计算公式如下：kk B A g Q 32=α 式中：Q ——计算流量（m 3/s ）；A k ——临界水深时的过水断面面积(m 2)；B k ——临界水深时的水面宽度(m)；G ——重力加速度，g=s 2。

溢流坝水力计算说明书基本资料见《任务指导书》一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C RiQ=AC RiC=n1R 6/1 A=bn X=b+2h R=XA （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算水深，即矩形断面迭代公式为：bh b inQ h 5/25/3)2()(+=a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得：52)2.52()001.0125004.0(5/35/3h h +⨯= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线(图一):溢流坝剖面图下游河道水位与流量关系计算表（表一）（图二）二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算:3/2)2(0gmB QH σε=计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。

因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。

由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则;3/2)8.9285502.090.00.11250(0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=H =6.25(m)2、计算实际水头H 。

某拦河溢流坝水力计算一、基本资料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。

相关资料有：1、设计洪水流量为550m3/s；2、坝址处河底高程为43.50m；3、由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48.00m；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=60m；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、坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图1；7、坝下水位与河道流量关系曲线，见图2。

二、水力计算任务1、确定坝前设计洪水位已知设计流量，则设计洪水位=坝顶高程+坝的设计水头H d 。

已知坝顶高程为48.00m ，求出H d 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3/20Q 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。

2、确定坝身剖面尺寸坝顶上游曲线BO 段（参考教材p252图9.6）为三段圆弧组成，有关数据要求如下：10.5d R H = 20.2d R H = 30.04d R H =水平 10.175d b H = 20.276d b H = 30.2818d b H =坝顶下游OC 段曲线方程为 1.850.852dx y H = 接着是下游堰面直线段CD 段连接。

最后是反弧段DE 段连接，因下游坝高1 4.510a m m =<，故取坝末端圆弧半径为10.5R a =要求按上述计算结果绘制坝身剖面图。

3、绘制坝前水位与流量关系曲线不同水头H的溢流坝流量仍按3/20Q σε=计算。

因0A 为未知，无法计算0v 及0H ，故先取0H H ≈。

又因下游水位与Q 有关，尚无法判别堰的出流情况，可先按自由出流算出Q 后，再行校核。

对于自由出流，σ=1；根据0dH H ，由《水力计算手册》流量系数图查得m 值；侧收缩系数0010.2[(1)]k H n nbεζζ=--+可以计算。

《水力计算与测试技术》课程实训指导书
指导教师：赖永辉
二○一二年四月二十日
水库溢洪道水力计算
位于某水库的带胸墙宽顶堰式河岸溢洪道，采用弧形闸门控制泄流量。

溢洪道共4孔，每孔净宽8米。

闸墩墩厚2米，墩头为尖圆形。

翼墙为八字形，闸底板高程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1（图1打印为A3纸）。

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2。

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

图1
图2。

T0=以下游下游消力池底板顶面算起的总势能。

q=收缩断面处的单宽流量`P54》5.55 4.37hc 3-T 0hc 2+aq 2/2gφ2=0a=1，《水闸设计规范P56》b=-T0hc''=跃后水深（m ）c=ag 2/2gφ2hc=收缩断面水深hc=收缩水深（m)q=收缩断面处的单宽流量b 1=消力池首端宽度（m ）b 2=消力池末端宽度（m ）hs'=下游水深(m)水位m流量m³/s 329.3 4.2157329.413.10371329.467329.525.23308329.639.95381329.5854329.756.84367v=C(Ri)0.5C=R 1/6/n R=A/X A=(b+mh)h X=b+2h(1+m 2)0.5式中：hc"=0.5*h （1+8aq 2/g海曼取设计水位 下游水深深跃后水深（m ）收缩断面水深收缩断面处的单宽流量1=消力池首端宽度（m ）2=消力池末端宽度（m ）下游水深(m)下游河道水位计算表)0.5h)h(1+m 2)0.5武水水力手册，41页0.5*hc*(（1+8aq 2/ghc 3）^0.5-1)(b1/b2)^0.251.05~1.10φ'=消力池出流的流速系数，取0.95m）/（2gφ2*hs'2）-aq2/（2g*hc''2）Lsj=Ls+bLjLj=6.9(h''-hc)L k=（0.7~0.8）L jLsj=消力池长度Ls=消力池水平段投影长度b=水跃长度校正系数，可采Lj=水跃长度（m)长bLjLj=6.9(h''-hc)=（0.7~0.8）L jk消力池长度消力池水平段投影长度（m）水跃长度校正系数，可采用0.7~0.8水跃长度（m)。