溢洪道净宽计算

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。

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。

小水库溢洪道泄洪能力复核——以昌乐县某小型水库为例摘要：山东省内小型水库数量较多，在防洪、灌溉方面发挥着重要作用，但因建成年代久远，水库特性、水文情况发生改变，且鉴于近年来时有小型水库发生漫坝险情，全省范围内开展小型水库溢洪道泄洪能力复核工作。

本文以昌乐某小型水库为例，对小型水库溢洪道泄洪能力复核工作的内容、流程及方法进行了分析探讨。

关键词：昌乐县；小型水库；溢洪道；泄洪能力引言近年来我国暴雨频发，部分地区发生严重洪涝灾害，部分小型水库出现漫坝、溃坝等重大险情，如3·1西沟水库漫坝事件，造成严重损失。

为做好水库安全度汛工作，全省范围内开展小型水库溢洪道泄洪能力复核工作，以便及时清除泄洪障碍，恢复泄洪能力，保证泄洪安全。

1小型水库基本情况（1）流域概况该水库为小（2）型水库，位于昌乐县乔官镇，属弥河水系大丹河支流，水库坝址以上集水面积为12km2，流域呈狭长形，地势南高北低，流域属山区丘陵区，坝址以上河道平均干流比降为0.0324m/m。

（2）水文气象昌乐县属暖温带大陆性半湿润季风型气候，四季分明，干湿季明显，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。

根据昌乐县气象局实测资料，昌乐县多年平均气温12.5℃，工程所在区域多年平均降水量634.2mm，由于季风的影响，降雨量集中在6～9月，特别是7～8月。

干旱指数1.71，年径流深181.5mm。

无霜期190d，多年平均日照时数为2668.0h，日照百分率为60%。

光照充足，雨热同期。

（3）工程概况水库由大坝、溢洪道等组成，水库大坝为均质土坝，最大坝高10.5m，坝顶高程140.00m，坝顶宽度5~12m，坝轴线长度280m，坝顶路现状为砂石道路。

迎水坡坡比1：2.5，自锁水工砖/草皮护坡；背水坡坡比1:2.0，草皮护坡，有纵横向排水沟。

溢洪道位于大坝左岸，开敞式溢洪道，建有生产桥一座，堰顶高程136.40m，溢洪道堰顶净宽30.0m。

水库总库容为48.71万m3，工程规模为小（2）型，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。

水工常用计算公式1、明渠均匀流计算公式：Q=A ν=AC RiC=n 1R y （一般计算公式） C=n1R 61（称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流)z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε ：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b ：渡槽的宽度 （米） h ：渡槽的过水深度 （米） φ ：流速系数 φ＝0.8～0.953、倒虹吸计算公式：Q=mA z g 2 (m 3/秒）4、跌水计算公式：跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2/30g 2H ，式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；，B —进口宽度（米）；m —流量系数5、流量计算公式：Q=A ν式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ；ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。

6、溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 23＝ 侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23gZ 2bh Q ＝（2）实用堰出流：Q=εMBH23= 侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。

Q ＝εσMBH 23＝ 侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 （2）孔口自由出流计算公式为Q=M ωH=堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流Q=μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流Q ＝μA 02gH= 流量系数×放水孔口断面面积×02gH8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即自由出流：Q ＝1.4H 25 或 Q ＝1.343H 2.47 （2-15） 淹没出流：Q ＝（1.4H 25）σ （2-16） 淹没系数：σ=2)13.0(756.0--Hh n+0.145 （2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tan θ=41，以及b ＞3H ，即自由出流：Q ＝0.42b g 2H 23＝1.86bH 23 （2-18） 淹没出流：Q ＝（1.86bH 23）σ （2-19） 淹没系数：σ=2(23.1）Hh n --0.127 （2-20) 9、水力发电出力计算N=9.81HQ η式中N ——发电机出力，kW ；H ——发电毛水头，m ，为水库上游水位与发电尾水位之差，即H=Z 上-Z 下； Q ——发电流量，m 3／s ；η——发电的综合效率系数（包括发电输水管的水头损失因素和发电机组效率系数），小型水库发电一般为0.6—0.7。

上游总水头E 0：流量底宽流速系数上游总水头收缩断面水深断面流速Q b φE 0h c v4.9 1.50.90310.92222860.2513.066667基本公式：跃前水深跃前流速弗劳德数跃后水深消力池长h 1v 1Fr 1h 2L(5.5<Fr1<9)0.2513.0666678.3437312 2.8276016117.78545113基本公式：跃前底宽跃后底宽跃前水深跃前流速弗劳德数跃后水深消力池长b 1b 2h 1v 1F r1h 2L k560.2513.06666678.343731196 2.581235314.228361基本公式：水跃淹没度流速系数流量消力池宽度收缩断面水深下游水深跃后水深σφQ bh 1h t h 21.050.95 4.91.50.25 1.22.82760162、等宽距断面消力池的水利计算3、溅扩式矩形断面消力池计算4、等宽矩形下挖式消力池计算底流水跃消能水力计算1、计算收缩断面水深：流速系数φ取值见表或者根据经验公式计算E 为以下游河床面为基准面的上游总水头22202c c h g q h E φ+=()18122112-+=Fr h h 111/gh v Fr =()2121121812b b Fr h h -+=Zh h d t ∆--=2σ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=∆2222222112h h gb Q Z t σϕLL k 8.0=LL k 8.0=出口水面跌落池深池长△Z dL k 0.356803792 1.412177914.228361LL k 8.0。

临界水深Hk(矩形断面)流量底宽1.0219.35 6.00分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径1.0203.4490.73004.8190.014 2.0305.50019.3500.7440.5770.660分段长0.727010.607分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径0.7275.3230.6660 5.8110.014 2.030 5.00019.3500.5630.5260.545分段长0.667110.607分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径0.6676.4460.6420 6.6980.014 2.030 4.50019.3500.5150.4990.507分段长0.643510.607分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径0.6437.5180.63607.6060.014 2.030 4.00019.3500.4870.4830.485分段长0.635710.607分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径0.6367.6100.57208.4570.014 5.710 4.00019.3500.4820.4450.464分段长0.579910.410分段始水深分段始流速分段末水深分段末流速糙率泄槽底坡角度底宽流量始断面水力半径末断面水力半径平均水力半径0.5808.3410.53709.0080.014 5.710 4.00019.3500.4500.4230.436分段长0.537010.410（一）泄槽上游接宽顶堰、缓坡明渠或过度段泄槽水力计算溢洪道设计规范SL253-2000起始计算断面在泄槽首部，水深h1取用泄槽首端计算的临界水深Hk 4567123平均流速段内平均摩阻坡降 J泄槽底坡 i 4.1340.0060.035泄槽底坡 i 平均流速段内平均摩阻坡降 J5.5670.0140.035泄槽底坡 i 平均流速段内平均摩阻坡降 J6.5720.0210.035平均流速段内平均摩阻坡降 J泄槽底坡 i 7.5620.0290.035泄槽底坡 i 平均流速段内平均摩阻坡降 J8.0330.0350.100泄槽底坡 i 平均流速段内平均摩阻坡降 J8.6750.0450.100。

1 洪水调节1．1建筑物等级本枢纽等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。

1.2 调洪步骤（1）溢洪道型式及堰顶高程的选择：由于本枢纽主要任务为发电，兼做防洪之用，故决定采用无闸门控制的溢洪道。

溢洪道无闸门时，正常蓄水位就是溢洪道堰顶的高程；本枢纽的正常高水位为345.0m，故溢洪道堰顶高程取345.0m。

（2）溢洪道宽度的选择：根据坝址地质条件，确定大致的泄洪单宽流量q为80 m3/（s·m）（一般为60～120 m3/（s·m））。

溢流坝段下泄流量Q溢：Q溢=Qs-αQ式中：Qs—最大下泄流量或下游河道安全下泄流量，m3/s；α—安全系数，正常运用情况，取0.75～0.9，非常情况取1.0；Q—其他建筑物下泄的流量，m3/s。

本枢纽水库下游防洪标准，安全泄量为3500 m3/s，按百年一遇，取允许最大设计流量Q溢为3200m3/s。

根据Q溢与单宽流量q，初拟溢流堰净宽B= Q溢/q=3200/80=40m，在该工程中取B=40m。

1.3 调洪演算1.3.1计算公式溢洪道的下泄流量可按堰流公式计算，即：q溢=M1BH3/2式中：q溢—溢洪道的下泄流量，m3/s；H—溢洪道堰上水头，m； M1—流量系数；M1=mεζ（2g）1/2式中：m—溢流系数，一般取0.465～0.485；ε—侧向收缩系数，初步设计中可取ε=0.90～0.95；ζ—淹没系数。

=0.4B（2g）1/2H3/2。

在本枢纽中，取μ= mεζ=0.40，则q溢水库q=f（V）关系曲线计算表如表1-1：表1-1 水库q=f（V）关系曲线计算表水库的q=f（V）关系曲线见图1-1：图1-1：水库的q=f（V）关系曲线计算洪水来量，见表1-2：表1-2 洪水来量计算表洪水来量过程曲线如图1-2：图1-2 洪峰过程线1.3.2计算步骤如下：（1）引用水库的设计洪水过程线。

（2）根据已知水库q=f（V）关系曲线计算表做z-q , z-v ,辅助曲线，求出下泄流量与库容的关系曲线q-v图1-3 z-q关系曲线图1-4 z-v关系曲线图1-5 q-v关系曲线（3）根据水库汛期的控制运用方式，确定调洪计算的起始条件，即确定起调水位和相应的库容、下泄流量。

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

根据调洪演算结果，溢洪道20年一遇洪水流量Q=213.61m 3/s ，50年一遇设计洪水流量Q =249.08m 3/s ，500年一遇校核洪水流量Q =390.72m 3/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—20**。

1.2 溢洪道水面线推求1.2.1 计算方法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法，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基本数据。

由明渠水流分析知，溢洪道明渠段末端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变化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，将差分方程改为下列函数表达式()()()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 Ag 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=9.8m/s 2。