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1、群 安 水 库 泄 流 能 力 计 算 书(总 6 1 页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-目 录第一章 调洪演算.2设计洪水过程线计算.1泄流能力计算.6调洪演算.18调洪演算原理.18基本数据.20调洪演算结果.20第二章 大坝设计.33坝顶超高计算.33平均波高及波长计算.34平均波浪爬高Rm.35风浪壅高计算.36最终坝顶高程确定.39坝顶宽度计算.40坝坡设计.40坝体排水设计.41坝顶构造.41坝壳料场的选择.41填筑标准设计.42第三章 泄水建筑物计算.42控制段计算.43泄流能力计算.44泄槽的水力计算.46临界水深和临界底坡计算
2、.46水面线计算.46波动掺气水深计算.49挑流消能计算.50校核情况.52第四章 输水建筑物.532洞型尺寸计算.53水利计算.54水面线的计算.54通气孔面积计算.55高速水流防空蚀计算.55弯道水力计算.56消能计算.58隧洞结构计算.58衬砌厚度计算.58分缝.59封堵体的计算.593第一章 调洪演算设计洪水过程线计算根据所给的资料，设计洪水和校核洪水选用时差为 2 小时而施工期洪水选用 1 小时，用内插法进行计算，所得结果见表 1-1-1：表 1-1群安水库洪水过程线时间典型估量m3/sP=%放大倍比放大流量 m3/s#VALUE!#VALUE!1修匀流量m3/s典型估量m3/sP=
3、2%放大倍比放大流量 m3/s#VALUE!#VALUE!修匀流量m3/s7 日0:002:004:006:00:008:0010:00:0012:0014:00:0016:0018:00:0019:0020:00:0022:00:008 日0:00:002:00:004:00:006:00:008:00:0010:00:0012:00:0014:00:0016:00:0018:00:0020:00:0022:00:009日0:00:002:00:004:00:006:00:008:00:0010:00:0012:00:0014:00:0016:00:0018:00:0020:00:0022:
4、00:0010日0:00:002:00:004:00:006:00:008:00:0010:00:0012:00:0014:00:0016:00:0018:00:0020:00:00#VALUE!#VALUE!#VALUE!#VALUE!2#VALUE!#VALUE!#VALUE!#VALUE!22:00:0011日0:00:002:00:004:00:006:00:008:00:0010:00:0012:00:0014:00:0016:00:0018:00:0020:00:0022:00:0012日0:00:00#VALUE!#VALUE!#VALUE!#VALUE!其所生成的图形见下页：分
5、别包括：设计过程校核洪水过程线图 设计过程设计洪水过程线图施工过程校核洪水过程线图 施工过程设计洪水过程线图345泄流能力计算根据资料所给的群安水库水位关系曲线，以及相关的公式：本设计根据确定的泄洪方式，进行泄流能力分析，泄流公式按下式计算。Q mb2 g H0(水力学第四版吴持恭主编 P295)（1-1）式中m-自由出流系数，取：b-溢流孔宽；取 25 米；H0-H0=H+av2/2 g，H取堰上水头，流速水头忽略。所得结果见下表：表 1-2（水库 Q-V-Z曲线）水位下泄流量累计库容（104）水位下泄流量6累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）3219957199681997水位
6、下泄流量累计库容（104）水位下泄流量9累计库容（104）水位下泄流量累计库容(104)水位下泄流量累计库容（104）1998水位下泄流量10累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）199911水位下泄流量累计库容（104）水位下泄流量12累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）2000水位2001下泄流量累计库容（104）水位下泄流量13累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）142002水位下泄流量累计库容（104）水位下泄流量15累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）2003水位下泄流量16累计库容（104）水位下泄流量累计
7、库容（104）200417水位下泄流量累计库容（104）水位下泄流量累计库容（104）水位2005下泄流量累计库容（104）调洪演算调洪演算原理根据水库水量平衡方程：在某一时段内，入库水量减去出库水量，应等于该时段内水库增加或减少的蓄水量。水量平衡方程为Q t-q t=（Q1+Q2）（q1+q2）t=V2-V1（1-2）18（水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P157）式中：Q1计算时段 t始的入库流量，m3/s；Q2计算时段 t末的出库流量，m3/s；Q计算时段平均入库流量，m3/s；q1计算时段初下泄流量，m3/s；q 2计算时段末下泄流量，m3/s；q 计算时段平均下泄流量，m3/s
8、；V1计算时段 t始的水库蓄水量，m3/s；V2计算时段 t末的水库蓄水量，m3/s；t计算时段，一般取1 6 小时，以秒为单位。本次调洪t 为2 小时，7200秒。当已知水库入库洪水过程线时，式（2-2）中的Q1，Q2，Q均为已知；V1，q1是计算时段 t开始时的初始条件，未知数有两个（V2和q 2），需增加一个方程才能求解。假定暂不考虑自水库取水的兴利部门泄向下游的流量，则q 应是泄水建筑物泄流水头H 的函数。当泄洪建筑物尺寸，型式等已定时，有 q=f（H）=AHB(1-3)(水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P158)式中A-系数，与建筑物形式和尺寸，闸孔开度以及淹没系数有关系，B-
9、指数，对于堰流一般为 3/2。式（1-3）最终可用下泄流量q 与库容V 的关系曲线来代替，即 q=f（V）(1-4)(水资源规划及利用（中国水利水电出版社）P158)式（1-2）和式（1-4）组成一个方程组，可求出未知数q 2和V2，然后以此作为下一时段初的数值继续计算。用两个公式调洪计算的方法很多，常用试算法和半图解法。本设计中采用试算法。由于该溢流堰不设闸门，根据资料可知该水库起调水位高程为，相应的库容为900万立方米。19基本数据由于该溢流堰不设闸门，故根据资料可知，该水库的起调水位高程为米，其相应的库容为 900万立方米。调洪演算结果表 1-3设计过程设计水位调洪演算过程（P=2%）入
10、库流量Q时间 t时段（m/s）(1)7 日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0019:0020:0022:008 日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:009 日 0:00(2)246810121416182022242628303234363840424446485052(3)时段平均入库流量(Q1+Q2)/2(4)空时段水量时段下泄时段平均下泄时段下泄流量累计库容104m水库水位 m(Q1+Q2)*t/2(5)空下泄流量 q(6)031(q1+q2)/2(7)空(q1+
11、q2)*t/2(8)空V(104)Z(9)900(10)202:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0010日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0011日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0012日0:00545658606264666870727476788082848688909294969810010210410610811011211411611812012212421表 1-4（校核水
12、位调洪演算过程（P=%）入库流量m3/s时段平均流量m3/s(Q1+Q2)/2(4)空时段洪量104m3时段下泄流量m3/s时段平均下泄流量m3/s(q1+q2)/2(7)空(q1+q2)*t/2(8)空V(104)(9)900Z(10)时段下泄洪量水库库水位时间t(1)7日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0019:0020:0022:008日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:009日0:002:00时段(2)123456789101112131415161718192
13、021222324252627Q(3)(Q1+Q2)*t/2(5)空q(6)0416790224:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0010日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0011日0:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0012日0:00282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616290199823结果见下表
14、：调洪演算成果表项目宽度及频率最大下泄流量(m3/s)相应水位(m)相应库容(104m3)所生成图形如下：设计洪水（2%）B=25m校核洪水（P=%）24表 1-5施工期校核调洪演算表时间(1)23日20:00:0021:00:0022:00:0023:00:0024日0:00:001:00:00时段(2)123456Q(m)(3)(Q1+Q2)/2(4)空(Q1+Q2)*t/2(5)空25下泄流量 q(6)0(q1+q2)/2(7)空(q1+q2)*t/2(8)空V(104)(9)900Z(10)2:00:003:00:004:00:005:00:006:00:007:00:008:00:0
15、09:00:0010:00:0011:00:0012:00:0013:00:0014:00:0015:00:0016:00:0017:00:0018:00:0019:00:0020:00:0021:00:0022:00:0023:00:0025日0:00:001:00:002:00:003:00:004:00:005:00:007891011121314151617181920212223242526272829303132333426506:00:007:00:008:00:009:00:0010:00:0011:00:0012:00:0013:00:0014:00:0015:00:0016
16、:00:0017:00:0018:00:0019:00:0020:00:0021:00:0022:00:0023:00:0026日0:00:001:00:002:00:003:00:004:00:005:00:006:00:007:00:008:00:009:00:0035363738394041424344454647484950515253545556575859606162273210:00:0011:00:0012:00:0013:00:0014:00:0015:00:0016:00:0017:00:0018:00:0019:00:0020:00:0063646566676869707
17、17273表 1-6 施工期设计洪水位调洪演算表时间(1)23日20:00:0021:00:0022:00:0023:00:0024日0:00:001:00:002:00:003:00:004:00:00时段(2)24681012141618Q(3)(Q1+Q2)/2(4)空(Q1+Q2)*t/2(5)空下泄流量 q(6)0(q1+q2)/2(7)空(q1+q2)*t/2(8)空V(104)(9)900Z(10)285:00:006:00:007:00:008:00:009:00:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:00
18、21:0022:0023:0025日0:00:001:00:002:00:003:00:004:00:005:00:006:00:007:00:008:00:009:00:0010:0011:00202224262830323436384042444648505254565860626466687072747678802912:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:0026日0:00:001:00:002:00:003:00:004:00:005:00:006:00:007:00:008:00:009:00:0010:00
19、11:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:008284868890929496981001021041061081101121141161181201221241261281301321341361381401421441461030结果见下表：调洪演算成果表项目宽度及频率最大下泄流量(m3/s)相应水位(m)相应库容(104m3)所生成图形如下：设计洪水（2%）B=25m校核洪水（P=%）3132第二章大坝设计根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）规定，坝顶高程分别按照正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高、设计水位加正常运用下的
20、坝顶超高、校核水位加非常运用条件下的坝顶超高进行计算，因该地区地震烈度为6 度，故还需考虑正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高加上地震涌浪高度，最后取以上四种工况最大值，并保留一定的沉降值。坝顶超高计算为保证水库不漫顶，必须在正常运用和非常运用期间的静水位以上有一定的超高。一般用表示。d=R+e+A（2-1）（水工建筑物（第五版）中国水利水电出版社）式中：R-最大波浪在坝坡上的设计爬高，m;e-风浪引起的坝前水位壅高，m;A 安全加高，m表 2-1 土石坝的安全加高表 2-1坝的级别正常运行条件非常运行条件（a）非常运行条件（b）11 50234，50 50（注：非常运用条件（a）适用于山区、丘陵
21、区，非常运行条件（b）适用于平原区，滨海区。）该坝属于3 级水工建筑物，安全加高分别取：正常运用条件下，非常运用条件下。一.正常情况下：33平均波高及波长计算平均波高及平均波长宜采用莆田试验站公式计算：（规范 SL2742001 P49）g D0.450.0018（2）ghg Hm0.7Wm 0.13th0.（7）th（2-2）22g HWWm0.70.13th0.（7）2W0.5T 4.438hmm（2-3）2 2HmgTmLmth2Lm（2-4）式中：hm 平均波高，m；Tm 平均波周期，s；W 计算风速,m/s；（根据“规范”（SL2742001）第条规定 P16，计算大坝波浪爬高时，所
22、采用的设计：正常运用条件下，采用多年平均最大风速的倍；非常运用条件下，采用多年平均最大风速；根据气象资料统计，群安水库多年平均最大风速为s，最大吹程为。则其正常运用条件下的风速为12 1.5=18m/s，非常运用条件下的风速为 12m/s。）；D 风区长度.m；也称有效吹程。（当从坝闸前算起到对岸的最大直线距离小于5 倍的水域宽度时，D可取坝闸前到对岸的最大直线距离；当从坝闸前算起到对岸的最大直线距离大于 5 倍的水域宽度时，D可取 5 倍的水域宽度；当沿风向两侧水域较窄或为不规则形状或有岛屿等障碍物时，D可采用有效风区长度。）此处取 2120m；Hm水域平均水深，m；（按照吹程范围内河床地形
23、与水深,剖断面进行加权平均，只是水深在波浪计算中的影响很小，我们一般用最大水深代替计算。此处Hm=正常蓄水位坝底高程。取）g 重力加速度，取 s；Lm 平均波长，m。带入数据计算：34ghmW2得：平均坡高 hm=gD0.450.0018（2）gHm0.7W 0.13th0.（7）th2gHWm0.70.13th0.（7）2W0.5T 4.438h平均周期mm =*=平均波长 Lm=平均波浪爬高RmRmKKW1 m2hmLm（2-5）=0.75 1 0.385 11.8441 2.5（规范2 0.5949SL2742001 P51）式中：Rm 波浪的平均爬高，m；K 斜坡的糙率渗透性系数，根据
24、护面类型由（规范 SL2742001 P52）查得，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得；表 2-2粗糙渗透性系数K35护面类型光滑不透水护面（沥青混凝土）混凝土或混凝土板草 皮砌 石抛填两层块石（不透水基础）抛填两层块石（透水基础）KKw 经验系数，由风速 W、坝迎水面前水深 H、重力加速度 g 所组成的无维量W/gH，由（规范 SL2742001 P52）查得，W/gH 18/9.81*(1994.7 1933)0.732(正常运用情况)，W/gH 12/9.81*(1994.7 1933)0.488（非常运用情况），故查得经验系数Kw=；表 2-3经验系数 k m 单坡的坡度系数，
25、若坡角为，即等于 cot，本设计取。（由水工建筑物天津大学 中国水利水电出版社 第五版 P219查得）风浪壅高计算风浪壅高按（规范 SL2742001 P51公式）W/gH12345KwKW2De cos（规范 SL2742001 P51）（2-6）2 gHm式中：e 计算处的风壅水面高度，m；D 风区长度，m；K 综合摩阻系数，取10-6；计算风向与坝轴线的夹角，()；取 0。W 风速，m/s；取 18m/s。由于水库所在地区地震基本烈度为 7，按水工建筑物抗震设计规范（SL29397 P20），水工建筑物抗震计算的上游水位可采用正常最高蓄水位，地震区的地震涌浪高度，可根据设计烈度和坝前水深
26、，一般涌浪高度为，该水库地震涌浪高度取用；设计烈度为 8、9 度时安全超高应计入坝和地基在地震作用下的附加沉陷，故不考虑地震作用的附加沉陷计算。KW2De cos2 gHm363.6 10-6 182 2120 0.002042 9.81 61.7YR eA 0.00204 0.7 0.5949 1.29698二 在非常运用条件下1.平均波高及平均波长：gD0.450.0018（2）ghgHm0.7Wm 0.13th0.（7）th22gHWWm0.70.13th0.（7）2W0.5T 4.438hmm2 2HmgTmLmth2Lm式中：其中：hm 平均波高，m；Tm 平均波周期，s；W 计算风
27、速,m/s；（根据“规范”（SL2742001）第条规定 P16，计算大坝波浪爬高时，所采用的设计：正常运用条件下，采用多年平均最大风速的倍；非常运用条件下，采用多年平均最大风速；根据气象资料统计，群安水库多年平均最大风速为s，最大吹程为。则其正常运用条件下的风速为12 1.5=18m/s，非常运用条件下的风速为 12m/s。）此处为非常运用条件下取 12m/s；Lm 平均波长，m；D 风区长度 m；也称有效吹程。（当从坝闸前算起到对岸的最大直线距离小于 5倍的水域宽度时，D可取坝闸前到对岸的最大直线距离；当从坝闸前算起到对岸的最大直线距离大于 5 倍的水域宽度时，D可取 5 倍的水域宽度；当
28、沿风向两侧水域较窄或为不规则形状或有岛屿等障碍物时，D可采用有效风区长度。）此处取；Hm 坝前水深，m；（取校核洪水位）g 重力加速度，（取 s）代入数据计算：370.45gD0.00180.722w gH w hm=0.13th 0.72m th0.7gwgH 0.13th 0.7m2 w 得 hm=m则Tm 4.438hm20.50.5 4.438 0.24613 2.201742gTm9.81 2.20174Lm 7.56872 2 3.142.平均波浪爬高 RmRm式中：Rm 波浪的平均爬高，m；KKw1 m2hmLm K 斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由规范 SL2742001
29、P52查得，护面类型选用砌石护坡，根据护面类型查规范得；Kw 经验系数，由风速 W、坝迎水面前水深 H、重力加速度 g 所组成的无维量W/gH，由（规范 SL2742001 P52）查得，W/gH 18/9.81(1994.7 1933)0.732，故查得经验系数Kw=；代入数据计算得Rm3.风浪壅高 eKKW1 m2hmLm1 0.75 0.2461 7.56871 2.520.3802KW2De cos2gHm3.6 10 12 2120 0.0009082 9.81 61.7式中：e 计算处的风壅水面高度，m；62 D 风区长度，m；取 2120m K 综合摩阻系数，取10-6；计算风向
30、与坝轴线法线的夹角，()；取 0。38 W风速，m/s；取12m/s。其他符号同前。代入数据计算得其相应的安全加高Y R e A 0.00908 0.4 0.38017 0.7811最终坝顶高程确定根据碾压式土石坝设计规范（SL274 2001）第条规定：坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值：正常蓄水位加正常运用条件下的坝顶超高：+1.=；设计洪水位加正常运用条件下的坝顶超高：+1.=；校核洪水位加非常运用条件下的坝顶超高：+0.=；正常蓄水位加非常运用时的坝顶超高再加上地震涌浪高度：+0.+=。经计算可以看出该大坝坝顶高程由校核情况控制为，取。精确结果见下表
31、：表 2-4 各种工况下的坝顶高程计算情况计算项目正常运用情况正常蓄水位上游静水位（m）河底高程（m）坝前水深（m）吹程（km）风向与坝轴线夹角（）180.0.arcot1/0.0.0.0.0.0120.设计洪水位1935非常运用情况正常蓄水位校核洪水位风浪引起坝前雍高（m）风速V（m/s）波高hm(m)护坡粗糙系数上游坝面坡脚平均波浪沿坝面爬高Rm（m）39安全超高（m）地震安全加高（m）坝顶高程（m）010坝顶宽度计算根据碾压式土石坝设计规范（SL2742001）第条规定：土石坝坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素确定。如无特殊要求，高坝的顶部宽度可选用 1015m，中、低坝可选用
32、510m。坝顶的最小宽度也可按经验公式R=H（2-7）式中：H为坝高，m，H=；R为所求坝顶宽度。R H 66.2 8.14由于 5m 时，k 值见规范表；当 p1/hd时，取 k=。该堰上游面坡度取（y/x 3:1），在溢洪道设计规范（SL2532000 P37）表可可查出 k=，n=。具体表格如下：表 3-1堰面曲线参数上游面坡度 y/x3:03:13:2则公式可写为:xxy12345436789101.850KNR1aR2b 2.000 3.060.850y由此式可绘出下游曲线。上游堰头曲线由双圆弧曲线组成，其相关参数如下：R1=，R2=，a=，b=；泄流能力计算开敞式 WES型实用堰的
33、泄流能力可按公式-溢洪道设计规范（SL2532000 P41）计算：QcmsB 2 g H0（3-2）式中Q 流量，m3/sB 溢流堰总净宽度，定义 B=nb=25m；b 单孔宽度，；n 闸孔数目,2;s 淹没系数。H0计入行近流速的堰上总水头，;（由水力学吴持恭第四版 P308知：当P1/Hd时，行近流速 v0很小，计算中可以略去不计（即认为H0H）；此时若堰高P1继续增加，过堰水舌的轨迹不再发生明显变化，流量系数也不再随堰高 P1而变，称为高堰。而本设计中P1/Hd 4.1/3.06 1.3399 1.33，故不计行近流速）g 重力加速度,m/s;m 实用堰流量系数 经下表溢洪道设计规范（
34、SL2532000 P42）取值,计算后取（亦可由水力学吴持恭第四版 P305中的图查的）;H0/HdP1/Hd4432P1/Hd 4.1/3.06 1.3399;H0/Hd 3.6/3.06 1.1765c上游堰坡影响系数,经下表取值，取为；上游堰面坡度 y:x度P1/Hd3:13:23:3闸墩侧收缩系数；1 0.2Kn 10H0溢洪道设计规范（SL2532000）(3-3)nb上式适用于 H0/b，当 H0/b，H0/b 仍取值。式中0中墩形状系数；取；k边墩形状系数；采用圆弧形，k=；得：1 0.2Kn 10H03.6 1 0.2 0.72 1 0.30 0.9712 nb2 12.53
35、2Q cmsB 2 gH0 0.997 0.509 0.9712 25 2 9.81 3.632 372.791 Q=s m3/s，可以满足最大洪峰下泄流量。45泄槽的水力计算临界水深和临界底坡计算泄槽采用矩形断面其临界水深和临界底坡可按公式-水力学（吴持恭第四版P221、225）计算：hkq23g (3-4)ikgk (3-5)ck2Bk11Ck Rk6 (3-6)n式中 q泄槽单宽流量，m3/s；2 动能修正系数，近似的取；aq21（372.69 26）n泄槽槽身糙率系数，；g Rk水力半径，m；Bk泄槽宽度，m。计算过程如下：h 339.81 2.76k 2 hk 26 2 2.76 2
36、6 31.52；Rk11116Ck Rk 2.276 81.91n0.014Akk26 2.76 2.2731.52整理得：hk 2.76m,ik 0.00177水面线计算根据溢洪道设计规范（SL2532000 P48）可知，泄槽上游接实用堰时，起始计算（1）起始断面水深计算断面定在堰下收缩断面处，泄槽起始断面水深h1小于hK,可按下式计算：h146q2 gH0 h1cos (3-7)式中Q 计算断面单宽流量，m3/s m；H0起始计算断面渠底以上总水头，取，泄槽底坡坡角，arccot4.5 14起始计算断面流速系数，取为；表 3-2其实断面水深试算结果h1(左边)右边h1(左边)右边12）采
37、用逐段试算法进行水面线计算具体做法是把河流分为若干段，然后对每一段s 应用以下公式进行计算22(h2v22cos s EsE sd E su2 g)(h1cos1v12 g)i J=i Ji Jn2v2J R4/3473-8）3-9）（式中Es流段的两端断面上断面比能差值；Esd流段下游断面比能；Esu流段上游断面比能；J流段平均水力坡度；s分段长度，m；h1、h2分段始、末断面水深，m；v1、v2分段始、末断面平均流速，m/s；1、2流速分布不均匀系数，取；泄槽底坡角度，（）；i泄槽底坡，i tg；J分段内平均摩阻坡降；n泄槽槽身糙率系数，查SL253 2000 附录表；v分段平均流速，v(
38、v1 v2)/2，m/s；R分段平均水力半径，R (R1 R2)/2，m。经计算得最终结果见下表表 3-3 水面线计算表hvv2/2gR(h1+h2)/2空(v1+v2)/2空(R1+R2)/2空EsEs空J空S空S空48波动掺气水深计算已知各断面的水深后，利用公式计算出掺气高度，水深加掺气高度等于掺气水深。水流掺气水深可按溢洪道设计规范（SL253 2000 P49）公式：hb(1式中：hb,h泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，m；V不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；修正系数，可取m，流速大者取大值。本设计取。代入数据计算，计算结果如下表表 4-5 掺气水深计算表hvS空49S空hbv
39、100)h（3-10）最大值：，取。挑流消能计算水舌挑距：水舌挑距按水舌外缘计算，按溢洪道设计规范（SL2532000 P56）公式计算：L 式中：12v1sincos v1cosv12sin2 2 g(h1cos h2)（3-11）gL 自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m；挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，30；h1挑流鼻坎末端法向水深，m，；h2鼻坎坎顶至下游河床高程差，m，如计算冲刷坑最深点距鼻坎的距离，该值可采用坎顶至冲刷坑最深点高程差；。1鼻坎坎顶水面流速，ms，可按鼻坎处平均流速 v 的倍计；关于鼻坎平均流速 v，由（溢洪道设计规范SL2532000P56
40、）可知，可由两种方法计算：一、按流速公式计算。使用范围，S 18q2/3：v 2 gZ0（3-12）5021 hfZ0hjZ0（3-13）1.5hf 0.014S0.0767Z0/q（3-14）式中 v鼻坎末端断面平均流速，m/s；Z0鼻坎末端断面水面以上的水头，m；流速系数；hf泄槽沿程水头损失，m；hj泄槽各项局部水头损失之和，m，可取hj/Z0为；S泄槽流程长度，m；q泄槽单宽流量，m/（s m）。二、按推算水面线方法计算鼻坎末端水深可近似利用泄槽末端断面水深，按推算泄槽段水面线方法求出；单宽流量除以该水深，可得鼻坎断面平均流速。本次设计我采用第二种方法计算。h h1/cos30 0.7
41、463，v q372.6919.208,V11.1V 21.128A260.7463122】63.503代入数据得：L【v1sincos v1cosv1sin2g（h1cosh2）g冲坑深度：冲刷坑最大水垫深度按（溢洪道设计规范SL2532000P57）公式计算：T Kq1/2Z1/4（3-15）式中：T自下游水面至坑底最大水垫深度，m；K 综合冲刷系数，查规范取；q鼻坎末端断面单宽流量，m(s.m)Z上，下游水位差，为;3代入数据计算得：T 0.814.34261.3448.475111校核情况挑距L 62.503 2.5TR 2.5 8.47 21.2所以满足要求。52第四章 输水建筑物计
42、算洞型尺寸计算在设计通过 16m/s的一定流量时，对于无压隧洞，要用明渠均匀流公式QACRi，先假定断面尺寸，进行试算，一直算到和设计规定的流量相等的方式来确定隧洞的断面尺寸，根据泄流初步拟定 3m 洞径的输水隧洞设计，断面尺寸的高宽比为 1：。在隧洞的井口之后用抛物线、斜坡段及反弧段与导流洞的洞身相接。表孔进口后的抛物线段底板应符合射流曲线并有一定的安全值，以便闸门在不同开度时均能保持一定的正压。由于本设计的起始流速为水平，所以抛物线方程为：x242Hy（水工建筑物天津大学 P388）（4-1）式中 H-工作闸门处孔口顶缘的最大设计水头，；（）。-修正流速及保持边界正压的系数，一般在范围内，
43、取；x,y-横，纵坐标代入数据计算：表 4-1抛物线底板曲线表y(m)x(m)进水口采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，其体形应符合孔口泄流的形态，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时还应尽量减少局部水头损失，以提高输水能力，本工程进口段喇叭口的顶板和边墙采用椭圆曲线，其方程为：x2y22 1（水工建筑物天津大学 P391）（4-2）2ab1234567式中 a-椭圆长半轴，对于顶板曲线为闸门处的孔口高度，对于边墙曲线为闸门处的孔口宽度；b-椭圆短半轴，对于顶板曲线为闸门处的孔口高度的 1/3，对于边墙曲线为闸门处的孔口宽度 1/3，。x2y2 1所以根据可知 顶板223.25 1.
44、08x2y2 1详 见隧洞详图。边墙2.620.87253隧洞平面布置见枢纽总布置图（其中上游进口距围堰 40m，出口距离坝脚线 30m处，进口与河道的夹角约为 350，出口夹角为 450，距出口 13 米处设一半径为 58m的弯道。水利计算规范规定无压隧洞洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的 15%，此时洞内水深为，=125。无压隧洞洞身过流能力的计算按照明渠均匀流公式：QACRi（水力学清华大学版 P108）（4-3）式中 A过水断面面积，；（*）C谢才系数，c R水力半径，。i洞底的纵坡降，。代入数据计算111 61R 0.756 63.55。n0.015QACRi 6.01 63
45、.55 0.75 0.007 27.67水面线的计算下游只需 16m/s水流就可以满足要求，又因隧洞的泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，所以此时的上游水头为：3/2（水力学清华大学版 P247）(4-4)Q msb 2 gH0式中 b隧洞的过水断面的宽度，s淹没系数，本隧洞下游为自由出流，s=1；m流量系数，m=。代入数据计算，H0H0332Qmb2g16 2.660.322 2 9.81 2.622所以当闸前水头为时，就可满足下游需水，洞内水面线最高。54表 4-6水面线计算表：HAVv2/2g(m)ES(m)ES(m)R(m)Ji Js(m)S(m)(m)(m2)(m/s2)通气孔
46、面积计算根据最大通气量来确定通气管的面积，当闸门全开时，出现通气量的最大值：a 0.09vwva（4-5）式中 a通气管的断面面积，m；闸门后的管道断面面积，；V闸门孔口处的流速，s；V通气管的允许风速，40m/s；代入数据计算0.09v2.3 7.33 0.09 0.037m2va40得：a 高速水流防空蚀计算高流速水工隧洞应按沿程水流空化数计算：水工隧洞设计规范（SL2792002 P39）55p0 pa pv（4-6）12pv02式中 P0计算断面处的时均动水压力，；Pv谁的汽化压力，（由于当地库坝区的多年平均温度为，查规范表可知）；水温（）05101520253040Pv(kpa)Pa
47、计算断面处的大气压力，不同高程按式估算：Pa(10.33/900)9.81(10.331938.5/900)80.24kpa海平面以上的高程，；v0计算断面上的水的流速，s。代入数据计算，3.1480.241.3 3.1480.241.3 0.044210.5100019.232v02得=由所计算的水流空化数查表可知曲线段可采用 70100m，直线段可采用 100150m。近壁层掺气浓度应大于 4%。弯道水力计算急流弯道段内外侧横向水位差分别按小扰动冲击波理论及经验公式计算，两结果中取大值。按冲击波理论计算：1.波角1按下式计算sin1式中Fr 1扰动线上游来流弗劳德数；h1扰动线上游来流断面
48、水深，1m；v1扰动线上游来流断面流速，s。56gh11（4-7）Fr 1v1代入数据计算，sin19.81 1 0.5096.1519.81 1 0.509F6.15r 1所以，1 30.62，Fr 1 1.9652.最大横向水面差所在断面位置转角0的计算：1b0=tg(rb 4.2402)tg1式中 b弯道槽宽，；r0弯道中心线的曲率半径，58m；1波角，；0第一个外侧最高水位所对应的圆心角，（）。3.边墙水深的计算：131 3 tgF tg 11r 1F2r 1式中弯道圆心角，59；Fr相应转角处，内外侧水流弗劳德数；1积分常数。由0时，h h1 1 m，FrFr 1 1.965，代入上
49、式可得1 48.53所以，内侧水深 110 3 tg 13F tg1r 1F2 44.29r 1试算得Fr 2.23，h 0.47m外侧水深 13110 3 tgF tg1r 1F2 52.77r 1试算得Fr 1.73，h 1.087。所以弯道水面差为按经验公式计算：574-8）4-9）（v2b h k（4-10）gr0式中 h弯道外侧水面与中心线水面的高差，m；b弯道的宽度，；r0弯道中心线的曲率半径，58m；k超高系数，由表查得，k=1.v22.6 0.173m代入数据计算，h k9.81 58根据以上计算取大值，所以城门洞的高度满足要求。消能计算当上游水深为时，满足下游需水且为最不利跳
50、流。由此可得，挑流鼻坎的反弧半径 R 可采用反弧最低点最大水深 H的 612倍，本工程反弧半径取 10m，挑角取 27。L 12v1sincos v1cos v12sin2 2 g(h1cos h2)（4-11）g式中 L自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距；挑流水舌水面出射角，近似取鼻坎挑角，27；h1挑流鼻坎末端法向水深，；h2鼻坎坎顶至下游河床高程差，；v1鼻坎坎顶水面流速，按顶处平均流速的倍计，鼻坎末端水深为，所以v1 1.116 5.21m/s；1.3 2.6代入数据计算，L 15.212sin90 cos27 1.3cos271.32sin227 2 9.81(1.3