河岸溢洪道水力计算实例.docx

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(半圆形)，墩厚2米。翼墙为八字形（折线形），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
=0.01，长度为100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i=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25°（30）。上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙（矩形断面），底宽B=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0.65。闸门全开时，闸孔高度=38.0－33.0=5.0米，则堰流和孔流分界时的相应水头为
=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：

式中溢流宽度B=nb=3×10=30米。因溢洪道上游为水库，≈0则≈。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=5（为斜面与水平面的夹角），宽顶堰流量系数m可按及ctg由表11.7查得；侧收缩系数按下式计算：
1－0.2[(n－1)]
其中孔数n=3；对尖圆形闸墩墩头，0.25；对八字形翼墙，0.7。因闸后为陡坡段，下游水位较低，不致影响堰的过水能力，为宽顶堰自由出入流，取1。
设一系列库水位，计算相应的H，m，和，计算成果列于表1
表1
库水位
（米）
（米）
m

(米/秒)35.0
37.0
39.0
40.72.0
4.0
6.0
7.72.83
8.00
14.70
21.360.25
0.125
0.083
0.0650.382
0.383
0.383
0.3840.984
0.965
0.952
0.938142
394
713
1024（三）孔流流量计算
因胸墙底缘为圆弧形，闸孔流量可按具有圆弧底缘的平面闸门下自由孔流流量公式计算
Q=eB
已知=5.0米，B=30米，H≈H自由孔流流量系数，由表11.12取闸孔流速系数0.95，垂向收缩系数按式计算：

其中系数k=，而门底（即胸墙底）圆弧半径r=0.53米，，则
==0.073

设一系列库水位，计算一系列相应的H，,及Q，计算成果列于表2
库水位
（米）H
（米）
(米/秒)备注40.70
41.50
42.07
42.407.70.
8.50
9.07
9.400.650
0.588.
0.551
0.5320.830
0.821
0.815
0.8130.788
0.780
0.774
0.772988
1086
1150
1186

为设计洪水位
为校核洪水位
图9
按表1及表2的数据绘制库水位与溢洪道流量曲线于图
三﹑绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线
水库设计洪水位为42.07米，由表2知相应闸上水头为9.07米及相应设计流量为1150米秒。
溢洪道水面曲线由闸门后水平段、第一斜坡段及第二斜坡段上的水面曲线所组成。
现分别计算各段的水面曲线。
（一）（一）门后水平段
由图15.7闸门后水平段长度为14.1米。当库水位为设计洪水位时，由表2知垂向
收缩系数=0.815，故闸门后收缩断面水深
=e=0.815×5.0=4.08米
闸孔单宽流量
米3/秒/米
临界水深==5.31米
因，闸后水平段水面曲线为型壅水曲线。
收缩断面至闸门的水平距离为2.5e=2.5×5.0=12.5米，已接近水平段末端，曲线长仅1.6米，不必计算。参照值，取水平段末端水深为4.1米。
（二）（二）第一斜坡段
1、判别底坡类型。
先求正常水深：底坡0.01，底宽34米，矩形断面边坡系数0，糙率n＝0.014，均匀流流量模数
K11500米/秒

=76.7
由附录图解Ⅱ查得0.0785，则
0.0785B=0.0785×34=2.67米
再求临界水深：

表15.10
h
(米)A
(米)
(米)R
(米)R
(米)C
(米秒)v
(米/秒)
(米)E
(米)4.10
4.00
3.90
3.