当前位置：文档之家 › 溢流坝坝体过水设计探讨

溢流坝坝体过水设计探讨

  • 格式：pdf
  • 大小：146.42 KB
  • 文档页数：3

第２４卷第３期　
２０１８年３月　
水利科技与经济　

Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　
Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．３　

Ｍａｒ．，２０１８　

溢流坝坝体过水设计探讨　
龚斌锋，叶永　
（三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌４４３００２）　

［摘要】巫山某水电站三号取水坝既要具有拦水和泄水功能还要具备引水功能，而且溢流　
坝坝体过水应满足工程要求。结合工程实例，对溢流坝坝形、坝内管道结构和消能防冲等技　
术问题进行阐述，为同类工程设计提供参考。　
［关键词］溢流坝；坝体过水；设计　
［中图分类号］ＴＶ２１２　［文献标识码］　Ｂ　［文章编号］　１００６—７１７５（２０１８）０３—０ｏ１１一Ｏ３　

１　工程概况　坝的来水量为Ｑ＝３·６３　ｍ　／ｓ。　
巫山某水电站工程属Ｖ等小（Ⅱ）型水利工　
程，电站三号取水坝按５级设计，其结构安全级　别为Ⅲ级。三号取水坝主要功能是引水和拦水，　即将二号坝的来水通过坝体管道引向电站主渠，　同时还需将上游河谷富余水量引向主渠。三号　坝正常蓄水位５７１．７０７　ｍ，设计洪水位　５７３．１５７　ｍ，校核洪水位５７３．３８７　ｍ，坝顶高程　５７０．７０　ｍ，坝高３．７　ｍ，坝顶全长１８　ｍ。二号取水　２坝体过水管径拟定　由于坝体管长较短，采用加工工艺简单、造　
价便宜、使用寿命长且承受外压能力强的钢筋混　
凝土管。　
坝体过水管道设计流量３．６３　ｍ　／ｓ，根据钢筋　
混凝土管经济流速２～４　ｍ／ｓ，选择２、２．５、３、３．５　
和４　ｍ／ｓ进行比较分析，结果见表１。　

表１不同管径损失计算表　

由表１可知，当经济流速取２　ｍ／ｓ时，总水头　
损失最小，此时管径为１．５２　ｍ，实际工程管径取　
１．６　ｍ较为适宜。　

３溢流坝设计　
根据《溢洪道设计规范》（ＳＬ　２５３—２０００）　

３．３．１条，采用开敞式实用堰时，堰顶下游宜优先　
采用ＷＥＳ型幂曲线，堰顶上游堰头可采用双圆　
弧、三圆弧或椭圆曲线。　
溢流坝顶部曲线是控制流量的关键部位，由　
于ＷＥＳ坝面曲线的流量系数较大且剖面较瘦，　
工程量较省，坝面曲线用方程控制。故近年来，　

［收稿日期］２０１７—０８—２６　
【作者简介］　龚斌锋（１９９５一），男，湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向为水利工程；叶永（１９６９一），湖北汉川人，教　
授，博士后，三峡大学硕士生导师，主要从事农村水利研究与设计工作．　
第２４卷第３期　
２０１８年３月　
水利科技与经济　

Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　
Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．３　

Ｍａｒ．，２０１８　

我国多采用ＷＥＳ曲线。　３．１三段圆弧曲线　ＷＥＳ型溢流堰顶部曲线以堰顶为界，分为上　游段和下游段两部分，坐标原点设在堰顶最高　点，上游段采用三圆弧曲线　。堰顶上游段堰面　
曲线按上游坝面为铅直面时的三段圆弧曲线　，　
计算成果见表２。　

表２堰顶上游三段圆弧曲线计算表　

３．２堰面幂曲线　堰面曲线计算成果见表３，实用堰剖面见　
堰顶下游采用ＷＥＳ型曲线，通过计算堰面　图１。图１中　为定型设计水头，一般为校核洪　
幂曲线方程为：　水位时堰顶水头的７５％　９５％　。　
Ｙ＝Ｏ．２６１ｘ　（１）　
表３堰顶下游幂曲线坐标表　

坐标　
编　号　
ｌ　２　３　４　５　６　７　８　９　１Ｏ　Ｉ１　１２　
０．００　０．３Ｏ　０．６０　０．９０　１．２　１．５　１．８　２．１　２．４　２．７　３．０　３．０６　
Ｙ　０．００　０．０３　０．１０　０．２１　０．３７　０．５５　０．７７　１．Ｏ３　１．３２　１．６４　１．９９　２．０７　

－
永位置　竺　２　
丽　１　：！！　，　

ｌ　ｌｆ＝三！　

Ｏ　ｔ　

．。，
／＼　

图１　
３．３反弧段特征点　
ＷＥＳ实用堰简图　

Ｏ：。它们坐标分别为（　，ｙｂ）、（　，ｙｃ）和（　，　
图１中，反弧段特征点为Ｂ点、ｃ点和圆心　），计算成果见表４。　
表４反弧曲面特征点坐标计算表　

反弧段最低点（ｃ）高程Ｚ＝５６６．３８　ｍ。经验　
算，堰型和堰面曲线满足规范３．３．２条要求。　３．４泄流能力计算　采用《溢洪道设计规范》（ＳＬ　２５３—２０００）中　开敞式ＷＥＳ型实用堰的泄流公式：　Ｑ＝８ｍｏｒ　ｂ　２ｇ　（２）　式中：Ｑ为设计流量，ｍ　／ｓ；　为侧收缩系数，设计　一１２一　情况下取０．９６８，校核情况下取０．９９７；ｏｒ　为淹没　系数；ｍ为流量系数０．５１１　５；ｂ为过流净宽，ｍ；ｎｏ　
为堰顶水头。　
按以上公式进行验算，当溢流坝宽度１２　ｍ，　
并未设置任何设施时，净过流宽度ｂ＝１２　ｍ，溢流　
坝过流能力计算见表５。　
龚斌锋。等：溢流坝坝体过水设计探讨　第３期　
表５溢流坝过流能力计算表　

由表５可知，满足设计流量要求。　
为了保险起见，假设最大泄流量为１０８　ｍ　／ｓ，　
故可知单宽流量为９　ｍ　／（ｓ·ｍ）。　３．５反弧半径　收缩水深ｈ　按《水力计算手册》式４—２一ｌ　计算：　ｃ＋蠢　（３）　式中：９为计算断面单宽流量，ｍ。／ｓ；Ｅｏ为以下游　河床为基准面的泄水建筑物上游总水头，ｍ；　为　计算断面流速系数。取０．９５。　经过试算，ｈ　＝１．２２　ｍ。根据规范３．３．８条，　反弧半径Ｒ应为ｈ　的３—６倍，即３．６６—　７．３２　ｍ，取Ｒ＝６．０　１ＴＪ满足规范要求。　４　溢流坝抵流消能　４．１跃后水深ｈ　根据下游采用的消能工形式，本工程采用矩　形断面平底消能工［４］，则应用式（５）计算：　ｈ：＝　（　丽一１）　（４）　二　式中：Ｆｒ。为收缩断面弗劳德数，Ｆｒ　＝ｇ／（ｈ　√　）；＾　为收缩断面水深，ｍ。　根据计算，跃后水深ｈ　３．３６，而ｈ　＝０．８２，　即ｈ　ｈ　，可判断水流衔接状态是远离水跃，故需　设消能工。下游护坦设计流量按校核洪水流量　１０８　ｍ　／ｓ计算。　４．２护坦计算　４．２．１　护坦长度　下游护坦长度根据水跃长度确定，水跃长度　按《溢洪道设计规范》（ＳＬ　２５３—２０００）公式　（Ａ．５．１—３）进行计算　Ｌ：６．９（ｈ　一ｈ　）　（５）　已知在校核洪水工况时，ｈ　＝１．２２　ｍ，ｈ：＝　３．３６　ｍ，计算得水跃长度为１４．７７　ｍ，故护坦长度　可定为１５　ｍ。　４．２．２护坦厚度　护坦厚度按《水闸设计规范》（ＳＬ　２６５—　２００１）公式（Ｂ．１．３—１）计算：　
ｒ————＝＝＝　
Ｄ＝ｋ１　Ｖｑ　△Ｈ　（６）　

式中：后　为底板厚度计算系数，取０．１５；ｇ为单宽　
流量，ｍ　／ｓ；ＡＨ为设计工况时上下游水位差，１ＴＩ。　
经计算，护坦厚度Ｄ＝０．３７　ｍ，设计厚度可取　
０．５　ｍ。　
４．３海漫计算　
海漫长度按《水力计算手册》经验公式计算：　
厂————：＝＝＝＝　
Ｌ＝ｋ　√ｇ　△Ⅳ　（７）　

式中：｜ｉ｝　为海漫长度计算系数，取８—９，本次计算　
取８；ｇ为单宽流量，ｍ　／ｓ；△　为设计工况时上下　
游水位差，ｍ。　
经计算，海漫长度Ｌ＝１９．９　ｍ，故海漫长度可　
定为２２　ｍ。　

５　结　语　
１）对溢流坝的坝型、坝体过水和消能方式　
进行设计，在坝型上选用实用堰ＶＩＥＳ曲线，坝体　
过水采用管道形式，消能方式采用抵流消能。经　
计算，得到曲线方程和特征坐标点及相应的护坦　
和海漫长度，实际工程运行良好。　
２）采用从溢流坝坝体内部埋设管道的方式　
引水有工程实际意义。本文仅阐述了有关坝体　
水力学的计算，关于坝体结构稳定及基础防渗处　
理将专门设计研究。　

［参考文献］　
［１］李峰，简新平，刘兴华．溢流重力坝ＷＥＳ堰面设计　
系统［Ｊ］．水利水电技术，２００６（１２）：２５—２６．　
［２］史志鹏，张根广，郭红浩，等．溢流坝堰面曲线由化　
设计的研究［Ｊ］．人民长江，２００９（９）：３４—４０．　
［３］寇荣贤．溢流坝水力设计中定型水头Ｈ＿ｄ的确定方　
法［Ｊ］．陕西水利，２０１０（３）：９０—９１．　
［４］艾克明．国内部分底流消力池运行情况浅析［Ｊ］．水　
利水电技术，１９８７（２）：４６—５１．　

一
１３—

合集下载

电站溢流坝段设计

电站溢流坝段设计

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。

实例探析水利工程溢流坝设计

实例探析水利工程溢流坝设计


Ｈｄ＝１ ． ０ ９ ６×０ ． ８一
×７ ． ０＝９ ． ９ ６
．ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
圆弧 曲线 ， 下游段采用下式标准形式 ：
＝
ｖ ：０ ． ５ ９ ２ ０一
Ｈｄ：０ ． ５ ９ ２×０ ． ８一 ’×７ ０：６ ． ７ ３ ６
２ ． ０ 哦 Ｙ
式 中： 为定 型设 计水头 ， 一般 为校 核洪 水位时堰顶 水头 的７ ５ ％ 一９ ５ ％ 。根 据 调 洪 计 算 可 知 ， 水 库 校 核 洪 水 位 ［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ３— ０ ９— ０ ６ ［ 作者 简介 ］ 王 敏 （ １ ９ ８ ２一） ， 女， 贵州 瓮安人 ， 工程师
直线段后接反弧段 ， 采用挑流 消能 ， 挑流 鼻坎高程 Ｖ 取５ ８ Ｏ ． ０ ｍ（ 下游最高水位 为５ ７ ９ ． ３ ５ ｍ） ， 挑角 取 ０ ＝２ ６ 。 ，
道、 放空埋管孑 Ｌ 、 东 瓜 林 输 水 隧 洞 及 库 内 取 水 口 为 ４级 。
该水 库大坝通过 比选选 择常态 混凝 土重 力坝 ， 共分 为 １ ４ 个 坝段 ， １ 一４ 坝 段为左 岸 挡水 坝段 ， ５ 一９ 坝 段为 溢流 坝段 ， １ ０ 一１ ４ 为右岸挡水坝段 ， 排沙底孑 Ｌ 位于 ４ 坝段， 引 水管 道 位 于 １ ０ 坝段 ， 坝顶全长２ ２ １ ． ４ ８ ｍ， 坝 顶 高 程 为 ６ １ ３ ． ３ ｍ， 最大 坝高为４ ８ ． ３ ｍ。 采用溢流坝和排沙底孔联合 泄洪 的方式 ， 消能方式都 为挑 流式 。
１＝０．１ ７ ５Ｈｄ＝ １ ． ２ ２５ ｍ ２＝０． ２７ ６Ｈｄ＝ １ ． ９ ３２ ｍ ＝０． ２８ ２Ｈａ＝ １ ． ９ ７ ４ ｍ
２ 溢 流 坝 堰 面体 型 设 计
溢流坝段设计

溢流坝段设计


L/
t
k
=3.07>2.5，说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝安全。挑流消能冲坑计算简 图如图 2-2 所示：
上上上上上上பைடு நூலகம்
h2
H
't k H2 tk
h
o
上
上
上
v
上
上
上
L
上2-2 上上上上上上上上上
4.3 溢流坝剖面设计 首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰顶上游部分采用
椭圆曲线，下游部分采用幂曲线。
取 a=0.3，b=0.17 则 aHs=5.68 bHs=2.41 得椭圆方程为：x2/5.682+(2.41-y)2/2.412=1
绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切点 c 的坐标为 （20.01，13.28）。由于上游侧超出基本剖面，故需将溢流坝做成倒悬的堰顶以
满足溢流曲线的要求，倒悬的高度为 4.57m。最后作出反弧段，反弧半径为
B0=nb+（n-1）d+2t=45+9+6=60m 7. 堰顶高程的确定
初拟侧收缩系数 ε=0.95，流量系数 m=0.502。因过堰水流为自由出流，故 σs=1，由堰流公式 Q=σsεmnb（2g）0.5H01.5 计算堰上水头 H0，计算水位分别减 去相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果见表 2-6
16.07
201.07
=215.5-201.07+（0.1～0.2）
=14.5m 取 15m 9. 定型设计水头的确定
堰上最大水头 Hmax=校核洪水位-堰顶高程即：Hmax=217.14-201.07=16.07m 定型设计水头 Hs 为 Hs=（75%～95%）Hmax=12.05～15.27m，取 Hs=14.2m，由 14.2/16.07=0.88 查表知 0.3Hs=4.26m 小于规定的允许值（3～6m 水柱）。
水利水电工程中的水库溢洪道设计探析

水利水电工程中的水库溢洪道设计探析

水利水电工程中的水库溢洪道设计探析摘要：水库溢洪道设计的是否合理，会对水库的安全和工程造价带来较大的影响，因此需要对溢洪道进行合理设计，以此来实现洪水的安全宣泄。

为此，文中分析了水库溢洪道设计中存在的问题，并提出了解决对策，以供参考。

关键词：水利工程;溢洪道设计;对策水利工程中水库主要发挥着拦洪蓄水及调节水流的重要作用。

在水库防洪功能中，水库溢洪道作为最为重要的设施，需要做好溢洪道设计工作，通过对溢洪道设计方案进行优化，以此来全面提高水库溢洪道的质量。

1溢洪道及其分类溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，像一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。

包括：进水渠、控制段、泄槽、出水渠。

溢洪道按泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道。

前者用以宣泄设计洪水，后者用于宣泄非常洪水。

按其所在位置，分为河床式溢洪道和岸边溢洪道。

河床式溢洪道经由坝身溢洪。

岸边溢洪道按结构形式可分为：①正槽溢洪道。

②侧槽溢洪道。

③井式溢洪道。

④虹吸溢洪道。

进水渠起进水与调整水流的作用，控制段常用实用堰或宽顶堰，堰顶可设或不设闸门，泄水段有泄槽和隧洞两种形式。

为保护泄槽免遭冲刷和岩石不被风化，一般都用混凝土衬砌。

消能段多用挑流消能或水跃消能。

当下泄水流不能直接归入原河道时，还需另设尾水渠，以便与下游河道妥善衔接。

溢洪道的选型和布置，应根据坝址地形、地质、枢纽布置及施工条件等，通过技术经济比较后确定。

2溢洪道设计过程中的常见问题分析2.1溢洪道泄流能力不足一般情况下，在水库等水利工程建设中，溢洪道建设所占据的成本比较大，溢洪道的设计和施工会影响到整个水库工程施工建设的成本造价，所以在对溢洪道进行设计过程中，设计人员必须要充分考虑到溢洪道的施工建设成本，争取将溢洪道设计成本造价控制在最小范围内。

因此，为了缩小成本，在溢洪道设计中，设计人员通常会采用洪峰、洪量都比较小的洪水数据来作为溢洪道设计的参考数据，于是，设计出来的溢洪道尺寸与标准尺寸相比就小很多，外加上溢洪道周边岩体风化坍落也会对溢洪道形成一定影响，所以常常会影响溢洪道的泄洪能力，造成泄流能力不足，不能保证安全泄洪。