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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。
1.下挖式消力池水跃形式2.综合式消力池水跃形式3.消力坎式消力池水跃形式假设坎高C1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8试算：H10 3.3553 3.2553 3.1553 3.0553 2.9553 2.8553判断：hs/H100.65570.64510.63390.62190.60910.5954查表得：σs0.9550.9610.9640.7680.9720.98假设流量系数m0.420.420.420.420.420.42计算：H10 3.1642 3.151 3.1445 3.659 3.1272 3.1102计算坎高C2 1.4911 1.5043 1.51080.9963 1.5281 1.5451 C2-C10.19110.10430.0108-0.6037-0.1719-0.2549取出合适的值 1.4 1.5流量(m3/s)Q 33.6下游水位732.03重力加速度g 9.81下游底高程730.1跃前水深(m)h c 0.165062池宽(m)b 8水跃淹没系数σj 1.05收缩断面流速(m/s)v 125.44498收缩断面弗劳德数F r119.99605池出口下游水深(m)h t 1.93跃后水深(m)h c 4.585934水面跌差(m)ΔZ 0.228671消力池深度(m)S 2.66自由水跃长度(m)Lj 30.50402消力池长度(m)L k流量(m3/s)Q 33.6下游水位732.03重力加速度g 9.81下游底高程730.1跃前水深(m)h c 0.165062池宽(m)b 8坎后下游水深(m)h t 1.93水跃淹没系数σj 1.05单宽流量q 4.2流量系数m 0.42坎后收缩断面水深h c10.706708坎顶总水头(m)H 10 1.720945坎高（m）c 0.980438坎后自由水跃长度L j28.440713坎后消力池长度(m)L 2 6.76坎前收缩断面流速v 125.44498跃后水深(m)h c 4.585934收缩断面1弗劳德数F r 19.99605坎段流速v 20.872232坎段水深H 1 1.682169坎前消力池深度(m)S 2.152624坎后自由水跃长度L j130.50402坎后消力池长度(m)L 124.41流量(m3/s)Q 80下游水位23.5重力加速度g 9.81下游底高程20跃前水深(m)h c0.95消力池出口段流速系数φ0.95消力池出口段流速系数0.95φ一、基本参数0.95注：本公式池计算出的池深和池高是池内及坎后发生临界水跃的池深和池高，实际采用的池深比计算略大，实际采用的坎高比计算略小。
溢洪道水面线水力计算溢洪道水面线水力计算是指在溢洪道工程设计中，对溢洪道水面的高程进行计算和确定的过程。
溢洪道水面线水力计算是设计溢洪道工程的基础任务之一，主要用于确定溢洪道的有效堤顶高度，以及判断溢洪流量和洪水对下游防洪安全的影响。
在进行溢洪道水面线的水力计算时，需要考虑以下几个方面的因素：1.水位变化规律：根据设计要求和地区实际情况，确定溢洪道水位变化规律，包括出口水位、最高水位和最低水位等。
这些水位变化规律是溢洪道水面线水力计算的基础，也是设计溢洪道参数的依据。
2.流量计算：通过水动力原理和流量公式，计算溢洪道的设计洪水流量。
洪水流量的计算需要考虑下游水位、流域面积、产流特征等因素。
常用的流量计算方法有三角洪水法、单峰洪水法和双峰洪水法等。
3.溢洪道断面选择：根据溢洪道的设计洪水流量和设计水位，在保持流量稳定的情况下选择合适的溢洪道断面，以满足设计要求。
根据溢洪道断面，可以计算出溢洪道的有效堤顶高度和水面线的高程。
4.水力计算：通过溢洪道的水力计算，确定溢洪道水面线的高程。
水力计算的主要内容包括流速计算、水深计算和堤顶高度计算。
其中，流速计算可以采用曼宁公式、剪应力公式等；水深计算一般根据不同的水位和槽坡来确定；堤顶高度计算需要考虑洪水流量、流速和水深等因素。
5.水面线确定：根据水力计算的结果，确定溢洪道水面线的高程。
水面线的高程应满足下游防洪安全的要求，并考虑水力平衡和溢洪道结构的要求。
水面线的确定一般采用一维水流模型计算，根据不同的水位和流量，得出水面线的高程曲线。
在进行溢洪道水面线水力计算时，需要使用一些计算软件和工具，如水力计算软件、一维水流模型等。
这些工具可以提供准确的计算结果，帮助工程师进行溢洪道水面线的设计和确定。
同时，还需要结合实际工程情况，考虑工程经济性、可行性和社会效益等因素，进行溢洪道水面线水力计算的优化设计。
一、泄槽水面线应根据能量方程，用分段求和法计算△l1-2=((h2cosθ+a2*v22/(2g))-(h1cosθ+a1*v12/(2g)))/(I-J)J=n2*v2/R4/3b Q13.732.15h2h1v2v1a2a1g0.430.845.4574782.793709 1.05 1.059.81R=0.576423v= 4.125593J=△l1-2= 3.696956式中：△l1-2--分段长度，m；0.838456h1、h2--分段始、末断面水深，m；v1、v2--分段始、末断面平均流速，m/s；a1、a2--流速分布不均匀系数，取1.05；θ--泄槽底坡角度，I---泄槽底坡，I=tgθ；J---分段内平均摩阻坡降；n---泄槽槽身糙率系数，v---分段平均流速R---分段平均水力半径。
1、泄槽上游接宽顶堰、缓坡明渠或过渡断时，h1=hk；2、泄槽上游接实用堰、陡坡明渠时，起始计算断面分别定在堰下收缩断面或泄槽首端以下3hk处，则：h1=q/(φ√2g(Ho-hkcosθ))q g Hoθφhk h1#DIV/0!式中：q---起始计算断面单宽流量，m3/(s*m)；Ho---起始计算断面渠底以上总水头，m；φ---起始计算断面流速系数，取0.95；θ---泄槽底坡坡角；二、泄槽断水流掺气水深的计算hb=(1+ζ*v/100)*hζv h hb式中：h、hb---泄槽计算断面的水深的掺气后水深；v---不掺气情况下泄槽计算断面流速；ζ---修正系数，取1~1.4m/s，流速大者取大值。
三、泄槽收缩段的计算1、波峰后的水深、流速。
h2=h1(√1+8Fr12sin2β-1)/2h1βv g Fr1h2#DIV/0!#DIV/0!v2=v1cosβ1/cos(β1-θ)v1β1θv2式中：β---冲击波波角θ---边墙偏转角Fr1---起始断面弗劳德数h1、h2---起始断面与波峰下游断面水深，m；v1、v2---起始断面与波峰下游断面流速，m/s；2、泄槽边墙收缩（扩散）角θ按经验公式：tgθ= √gh/(kv)g h k v tgθ9.813#DIV/0!式中：h---收（扩）断面首、末断面的平均水深v---收（扩）断面首、末断面的平均流速k---经验系数，可取k=3.03、弯道段最大横向水面差的计算Δh=Kv2b/(gr0)K v b r0gΔh#DIV/0!式中：Δh---弯道外侧水面与中心线水面的高差，m；b---弯道宽度，m；r0---弯道中心线曲率半径，m；K---超高系数，查P53《溢洪道设计规范》0.2442220.8656890.439754θI n R1R20.2442220.2491960.0330.7482444730.4046020.038638Q b v h224.615 5.350.9224.615 6.5626666670.7524.6157.5723076920.6524.6158.3423728810.5924.6159.1148148150.5424.6159.8440.524.61510.472340430.47。
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。
一、设计依据：二、基本资料：第一段泄槽的角度 2.29°糙率：0.02闸孔数3闸孔宽10.00闸墩厚 1.50堰顶高程929.00m 校核水位下的流量：Q=196校核洪水位931.35m 设计水位下的流量：Q=102设计水位930.52m Q=87.3930.37m 校核水位到堰顶高差： 2.35 m 设计水位到堰顶高差： 1.52 m 下游水位：设计902.65m 校核904.04m 902.4m 1.37m三、计算内容：溢流堰采用驼峰堰面曲线：校核水位下的堰上水头 2.35 m1.76m类型0.600.63 2.4 3.60流量系数的计算：P1/H0=0.255<0.34流量系数的计算为：m=0.448泄流量的计算：式中：Q—1、《水力学》2、《溢洪道设计规范》3、水文资料(m 3/s)(m 3/s)30年一遇水位下的流量：(m 3/s)30年一遇水位30年一遇水位30年一遇水位到堰顶高差1、溢洪道泄流能力计算：H max —H d —堰面曲线定型设计水头（取0.75H max )H d =采用b型驼峰堰：上游堰高P1中圆弧半径R1上、下圆弧半径R2总长度Lb型m=0.385+0.224(P 1/H 0)0.934下泄流量的计算按《规范》A.2.3公式进行计算：流量，m 3/s Q =mεB �2g H 03/2B—30m b—10.00m n—闸孔数目；3 2.35 mg— g=9.81m—m=0.448闸墩侧收缩系数，由下式计算得：0.9750.450.7根据以上参数计算得：Q=208.858临界水深及临界底坡的计算公式为：式中：校核设计α—流速不均匀系数 1.05 1.05q—q= 6.533 3.40036.31935.147R—R= 1.508 1.008临界谢才系数71.38866.7553333由上计算得：校核设计1.659 1.0740.00201760.0022330溢流堰总净宽，(m)，定义：B=nb 单孔宽度，(m)H 0—计入行近流速水头的堰上总水头，(m)重力加速度，（m/s 2)；堰流量系数；ε—ε=ζ0—中墩形状系数，由《规范》表A.2.1-3查得：ζ0=ζK —边墩形状系数，由《规范》图A.2.1-2查得：ζK =m 3/s2、泄槽段临界水深及临界底坡计算：α=泄槽单宽流量（m 3/sm ）x k —临界湿周（m）x k =水力半径（m ）C k —C k =b k —临界水深对应水面宽（m ）b k =h k =h k =i k =i k =ε=1−0.2[ζk ��n −1�ζ0]H 0nb h k =3�αq 2g i k =gx k αC K 2b k起始计算断面定在堰下收缩断面处：断面水深计算公式为：式中：校核设计q—q=5.9393.091 2.6452.952.12 1.97泄槽底坡坡角； 2.29φ—起始计算断面流速系数；0.95校核设计1.0150.5950.523计算结果如下：泄槽起始断面水深： 1.0150.5950.523泄槽水面线根据能量方程，采用分段求和法进行计算，计算公式如下：水面曲线的推算见附表一：3、泄槽段起始水深h 1计算：30年一遇起始计算断面单宽流量，m 3/(s.m)；H 0—起始计算断面渠底以上总水头，（m ）；H 0=θ—θ=o φ=30年一遇假定一个初始值h 1(m)h 1=h 1=4、泄槽段水面线的推算：5、泄槽由缓变陡时抛物线的推求：泄槽在（泄0+037.156)段由缓变陡,采用抛物线连接，方程为：h 1=qφ�2g �H 0−h 1cos θ�Δl 1−2=�h 2cos θ�α2v 222g �−�h 1cos θ�α1v 122g �i −�J �J =n 2�v 2�R 4/3�v =v i −1�v i2�R =R i −1�R i2y =xtg θ�x 2K �4H 0cos 2θ�H 0=h �αv 22g式中： 2.3°1.0K=1.3以设计水位来推求抛物线：h=0.45m v=14.59m/s所以：11.308m 0.04求切点得：所以y=0.4x+b求切点得：x= 4.657y= 1.025挑流水舌外缘挑距按下式计算： 冲刷坑最大水垫深度计算公式为：式中：L—x 、y—以缓坡泄槽段末端为原点的抛物线横、纵坐标，m ；θ—缓坡泄槽底坡坡角，θ=H 0—抛物线起始断面比能，m ；h—抛物线起始断面水深，m ；v—抛物线起始断面流速，m/s ；α—流速分布不均匀系数，取α=K—系数，H 0=1/K(4H 0cos 2θ)=y=0.04x+0.03865x 2后接陡坡坡度为K=0.4由（1）、（2）式得：6、挑流消能计算：挑流鼻坎末端至挑流水舌外缘的距离（m ）；L =1g [v 12sin θcos θ�v 1cos θ�v 12sin 2θ�2g �h 1cos θ�h 2�]T =kq 1/2Z 1/4y '=0.4��2�y '=0.04�0.0773x ��1�θ—挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑胸：20设计校核0.370.610.33鼻坎坎顶至下游河床高程差 2.3m 设计校核20.4223.4519.6T—q—设计校核q= 6.813.067 5.820设计校核Z—Z=27.87 27.31 27.97 k—k=1.4由上可得：设计校核L=33.29042.70030.987T=8.38811.5697.767式中：v —修正系数，取值为： 1.4s/m 计算可得：桩号0+003.2500+043.2500+083.2500+123.2500+163.2500+203.2500+266.979θ=h 1—挑流鼻坎末端法向水深（m ）；30年一遇h 1=h 2—h 2=v 1—鼻坎坎顶水面流速，（m/s ），可按鼻坎处平均流速v 的1.1倍30年一遇v 1=自下游水面至坑底最大水垫深度，（m ）；鼻坎末端断面单宽流量，m 3/(s.m)；30年一遇30年一遇上、下游水位差，（m ）；综合冲刷系数，由《规范》表A.4.2可得30年一遇7、泄槽段水流掺气水深可按下式计算：根据《规范》A.3.2的计算公式：h 、h b —泄槽计算断面的水深及掺气水深，（m ）不掺气情况下泄槽计算断面的流速，(m/s);ζ—ζ=h b =�1�ζv 100�hh=设计水位0.60.520.530.570.630.720.37校核水位 1.020.870.870.92 1.01 1.140.610.520.460.470.510.570.650.33v=设计水位 5.2 6.637.297.738.128.5118.57校核水位 5.857.588.549.219.7510.2321.325.06 6.39 6.977.367.728.117.82设计水位0.638270.564970.584050.629450.699360.800140.46113校核水位 1.098160.962290.97398 1.03295 1.14217 1.307760.795950.565850.508800.529530.575750.642110.743050.4245930年一遇水位30年一遇水位h b =30年一遇水位由上计算可知，h b 最大值为1.308m,所以考虑泄槽边墙的超高，所以泄槽的边墙高度取2.5m 。
项 目单位数值计算公式备注
g——重力加速度m/s²9.81 Array水库正常蓄水位m62.5
校核洪水位m63.58
Q——最大洪水流量m³/s39
L0——侧堰溢流前缘长度m25
堰顶高程m62.5
H——堰上水头m 1.08
溢流堰采用宽顶堰形式
m——流量系数/0.32
（一）、侧槽长度计算
L——侧槽长度m24.51L=Q/[m（2*g）^0.5*H^1.5]
取侧槽L m24.50
槽端长度m0.50
（二）、拟定侧槽尺寸
b0——起始断面底宽m2
b L——末端断面底宽m4
n1——溢流堰侧的坡比/0.5
n2——靠岸侧的坡比/0.5
i——底坡坡比/0.001
（三）、选定侧槽末端水深h k及控制段尺寸
1、控制断面临界水深及相应流速计算
h k——控制断面临界水深m 2.13h k=[aQ^2/(g*b L^2)]^(1/3)侧槽段及控制段近似按矩形断面计算V k——控制断面临界水深的相应流速m/s 4.57V k=Q/（b L*h k）侧槽末端底宽b L同控制段
2、侧槽末端水深及相应流速计算
b L/b0/2b L/b0=5时，b L/b0=1.5；
η——h L/h k的系数/ 1.28b L/b0=1时，b L/b0=1.2；其余内插计算h L——侧槽末端水深m 2.72h L=η*h k
V L——侧槽末端的相应流速m/s 3.59V L=Q/（b L*h L）
3、控制段末端坎高
ζ——局部水头损失系数/0.2
d——控制段末端坎高m0.09d=(h
-h k)-(1+ζ)[(V k2-V L2)/(2*g)]
L
4、计算侧槽各断面水深
q——溢流堰单宽流量m³/s 1.56
h i-1=h i +Δy-i ΔX V i-1=Q i-1/（b i-1*h i-1）
糙率n 0.0140.0140.0140.0140.014水面宽B
4.00 3.49 3.00 2.50 2.00过水断面面积（m²）
10.8711.5610.949.717.99湿周Х（m）9.4410.1110.3010.279.99水力半径R（m） 1.15 1.14 1.060.950.80临界坡度i k
0.00432680.00532270.0064775460.0080576560.01035临界水深h k
2.131965
1.9294203
1.645795587
1.200878663
0.249356
试算法计算各断面间的水位差及各断面水深（忽略水流阻力影响）
项目单位数值
Q i ——i断面流量m³/s 39.00Q i-1——i-1断面流量
m³/s 29.33b i ——i断面底宽m 4.00b i-1——i-1断面底宽
m 3.49h i ——i断面水深m 2.72h i =h i+1
h i-1——i-1断面水深m
3.09ΔX——断面间的距离m 6.2Δy——断面间的水位差m 0.378试算值V i ——i断面流速m 3.59V i =V i+1
V i-1——i-1断面流速m 2.72Δy——断面间的水位差
m
0.566281
()()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-+-++⨯
=
∆------111111i i i i i i i
i i
i i Q Q Q V V V Q Q V V g Q y。
