济投资小，便于管理等因素优选开敞式，最终确定泄流建筑物形式：开敞式表孔泄流。
(2）孔口尺寸拟定
①由于为开敞式表孔泄流，故堰顶高程和正常蓄水位高程相等，即Z堰顶=Z正=126.5m。
②单宽流量q和溢流前沿宽度L拟定
前面已经分析该工程属于中小型工程，可直接根据地质条件来确定q。根据规范：
1、对于破碎的岩石：q=（20~50）?/（s·m）
2、对于中等坚硬岩石：q=（50~70）?/（s·m）
3、对于坚硬岩石：q=（70~200）?/（s·m）
坝址岩层以砂岩为，主夹泥岩和页岩，且岩石节理、裂隙发育，整体性差，风化强，故应对应规范中的破碎岩石：q=（20~50）?/s，由于河床的风化深度达（3~5）m，为一般的弱岩，考虑下游河床的消能防冲，根据q=Q校/B可知，溢流前沿宽度B越大，q越小，则越安全，综上：取q=28?/（s·m）。
根据B=Q校/q=588/28=21m，故B=21m。由于选择开敞式表孔泄流，故无需设闸门，即n=1，则孔口尺寸就是溢流前沿宽度B=21m。
(3）特征水位计算 ①堰型选择—WES
WES型溢流堰顶部曲线以堰顶为界分上游段和下游段两部分。溢流堰的具
体的设计见第三章。根据下游堰面曲线函数关系式：
当上游坝面为直立时，取n=1.85，K=2。
Hd：设计定型水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%~95%，即：Hd=
(n?1)xn?KHdy（0.75~0.95）H校
②特征水位确定 (1)校核洪水位Z校：
由Hd=(0.7~0.95)H校，Hd越小堰越薄，工程量越小，考虑到气蚀对堰面的影响，最后取：Hd=0.8H校 ,则H校/Hd=1/0.8=1.25，此时H校 就是堰上水头HW，则H校/Hd=Hw/Hd=1.25，由于可根据下表三内插得：m=0.512 表三：当P1≥1.33Hd时，流量系数m的值 Hw/Hd 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 m 0.436 0.451 0.464 0.476 0.486 0.494 0.501 0.507 0.51 0.513 注：P1：上游堰高 根据公式: Q=εσmB2gH3/2
ε：侧收缩系数，一般在0.9~0.95，本设计取ε=0.92 σ：淹没系数，为自由出流σ=1
m：流量系数，由计算得出m=0.512 B：堰顶宽，由计算得出B=28m g取9.8m2/s
得到H校的计算公式：
H校?Q校????m2g
????23- 4 -
将数据带入上式得：
H校=[Q/(εσmB2g)]2/3=[588/(0.92?1?0.512?21?2?9.8)]2/3=5.65m；
Hd=0.8H校=4.52m
Z校=Z堰+H校=126.5+5.65=132.15m
根据水位~库容关系曲线（图一）得总库容V总=657.6（万立米）。根据总库容查询规范SL252-2000确定该工程等别为Ⅳ等，主要建筑物的级别为4级。
（2）设计洪水位Z设 计算方法：试算法。
首先假定一个堰上水头H设，计算H设/Hd值，查附表3，可得出流量系数m，代入公式Q=B ,求出设计洪水H设。与资料给的设计洪水（2%）Q设=450m3/s比较，误差不超过1%即可。
已知：设计洪水（2%）Q=450?/s；Hd=4.52m；
流量公式：Q=εσmB2gH3/2
误差公式：Δ=|Q设-Q(2%)|/Q(2%) 计算结果如表4所示：
堰上流量系数 设计洪水Q误差 方案 水头HHd H设/Hd Q(2%)（m3/s） 3设（m/s） Δ(%) m 设（m） 1 5 1.11 0.507 484.8 450 7.73% 2 4.9 1.08 0.506 469.4 450 4.31% 3 4.8 4.52 1.06 0.505 454.2 450 0.93% 4 4.75 1.05 0.504 446.3 450 0.08% 5 4.77 1.06 0.505 450 450 0
根据表格数据，方案3,4，5均满足要求，考虑误差最小，最终选择方案5，即：
H设=4.77m
设计洪水位Z设=堰顶高程+设计水头=126.5+4.77=131.27m
第三章 挡水坝的设计
一 坝顶高程Z顶确定
??m2g?1.5 （1）基本公式和参数的确定
Z顶={Z设+Δh设；Z校+Δh校}max Δh=h1%+hz+hc
h1%：累计频率为1%时的波浪高度，m；
hz：波浪中心线高于静水位的高度，m； hc：安全加高，根据SL252-2000《水利水电工程工程等级划分及洪水标准》 按表5选取。
永久挡水性建筑物安全加高(m)
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表5：
坝的级别 运用情况 1 设计情况 校核情况 0.7 0.5 2 0.5 0.4 3 0.4 0.3 4 0.3 0.2 Δh的计算涉及到的官厅公式:
hl?0.0166V05/4D1/3L?10.44?hl?hz?0.8?hl2L hl：累计频率为5%时的波浪高度，m； L:波浪长度，m； D：吹程，D=3km；
2）具体分析和计算
由于官厅公式，适用于V0<20m/s及D<20km.波高hl，当gD/V02=20~250时，为累计频率为5%时的波浪高度h5%；且h1%=1.24h5%,。
根据V设=（1.5~2）Vmax;Vmax=15m/s；则取V设=25m/s;通过计算得到：
cth2?HLgD/Vo=9.8*3000/25=47.09在（20，250）之间，符合运用条件，故为累计频率为5%的波高。 1.设计情况
①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*255/4*31/3=1.338m h1%=1.24h5%=1.659m
②波长：L=10.4(h1%)0.8=10.4*（1.659）0.8=15.592m ③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.554m ④查表5得hc=0.3m
因此△h=h1%+hz+hc=2.513m
Z设=131.27+2.513=133.78m 2. 校核情况
①波高：h5%=0.0166*V05/4D1/3=0.0166*155/4*31/3=0.707m h1%=1.24h5%=0.877
②波长：L=10.4(h1%)0.8=10.4*（0.877）0.8=9.363m ③壅高：hz=(πh1%2/L)cth(2πH)/L=0.258m ④查表5得hc=0.2m
因此△h=h1%+hz+h=1.335m H=132.15+1.335=133.49m
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具体计算结果见下表6： 表6：
项目 Z上（m） V0m/s h5% h1% L(m) hz(m) hc(m) Δh=h1%+hz+hc(m) Z坝(m) 所以取Z坝=133.78m 设计洪水位 校核洪水位 131.27 25 1.338 1.659 15.592 0.554 0.3 2.513 133.78 132.15 15 0.707 0.877 9.363 0.258 0.2 1.335 133.49 二．建基面高程确定Z基
根据《混凝土重力坝设计规范》：
1、坝高＞100m，可建在新鲜、弱风化、微风化下部基岩上； 2、坝高=50~100m，可建在微风化至弱风化上部基岩上； 3、坝高小于50m时，可建在弱风化中部至上部基岩上。、
根据该地的地形地质条件，建基面可设在弱风化处，由地形剖面图可知，高程为85m左右。故挡水坝的坝高可估算为：
H坝=Z顶-Z基=133.78-85=48.78m
坝高小于50m，可建在弱风化中上部，取Z基=86m；故Hmax=47.78m
三．坝顶宽度b
根据设备布置运行施工检修和交通等要求，b=（8%~10%）Hmax，且≮2m，常态混凝土重力坝坝宽b≮3m，碾压混凝土重力坝坝宽b≮5m。本设计为常态混凝土坝，b≮3m。
b=（0.08~0.1）*47.78=（3.8224~4.778）m；取b=4m
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四．上下游坝坡的确定
根据工程经验，一般情况下，上游坡率n=0.0~0.3；下游坝坡坡率m=0.6~0.8；且下游坝坡的坝内延长线在上游坝面的交点J位于正常蓄水位附近。
初步拟定时，考虑到应力分配合理和防止坝踵出现拉应力，初步取坝上游坡率n=0.1，下游坝坡坡率m=0.8.取J点刚好在正常蓄水位处，即ZF=Z正=126.5m。故可初步绘出剖面图（图1）
已知：AB=4m,AH=47.78m； Z坝=133.78m，ZF=Z正=126.5m， Z基=86m，m=0.8，n=0.1。 求解：
1. AJ=Z坝-Z正=7.28m； 即可定出J点
由几何关系得： tanα=1/m=1/0.8，
EH=0.8HJ=0.8*40.5=32.4m
连接EJ与AF交于F,则定出了下游起坡点。 2. 上游起坡点一般为离建基面的距离为
坝高的三分之一左右，即距建基面为：47.78/3=15.92m.取CH=16m。 DH=0.1CH=1.6m则可大致定出剖面图。
五．坝体强度及稳定性校核计算
1）荷载组合：
根据SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》中所规定的几种组合情况，如下表7所示：
考虑本设计的实际状况，根据上表荷载组合，考虑基本组合的第（1）（2）项，特殊组合的第（1）项和施工竣工情况。由于设计洪水情况满足则正常蓄水位情况必然满足，则基本组合只需计算第（2）项。
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