侧槽溢洪道课程设计
四．消能防冲设计
本溢洪道所处地质条件一般，为节省消能防冲设施的工程投资，在泄槽末端采用挑流式消能。
溢洪道挑流鼻坎的形式采用连续式 （参考《水力学》P233页），挑流坎由连续面板与齿墙组成，挑流坎齿墙的结构形式用重力式（参考课本P101页）。
1. 挑坎尺寸及参数拟定
（1）鼻坎高程：
下游河床高程为0 m , 挑坎顶部距下游河床4m ，即H坎 =4 m。
（2）反弧半径R:
R一般取（8~10）hc , 故取R=9hc ( hc 为反弧段最低点水深 )。
（3）挑射角度：
挑射角 θ=30°（较适当的挑射角为θ=15°～30°，当θ＜45° 时，θ
越大，空中挑距越大）
2. 挑距离计算
水舌挑距L 按下式计算：
坎顶水面流速v1 按鼻坎处平均流速v 的1.1倍计，即
（ H0 为水库水位至坎顶的落差）
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h1 ----- 坎顶垂直方向水深， ( h 为坎顶平均水深 )；
h2 ----- 坎顶至河床面高差， 如冲坑已经形成，可算至坑底； φ ----- 堰面流速系数，可按经验公式计算 【注： K为流能比， ③ ；
, q为单宽流量，式③用于K=0.004~0.15
范围内，当K＞0.15时，取φ=0.95 ；（参考《水力学》P232页）】 。 (以故
，
;
,
=32-4=28 m , 所
,
取坎顶平均水深h 近似等于泄槽末端断面（10-10断面）的水深h10 =1.0207m
计
算
,
所
以
h=h10=1.0207m
，故
坎顶至河床面高差h2 =4 m 。)
所以水舌挑距 :
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3. 最大冲刷坑深度 T计算
（1）最大冲坑水垫厚度tk 按下式估算：
式中 tk ----- 水垫厚度，自水面算至坑底； q ----- 单宽流量， H ----- 上下游水位差 ； K ----- 冲坑系数，取k=1.6 。 （ 单宽流量
，下游水位取为河床高程0 m , 所以
； k=1.6 。）
；
最大冲坑水垫厚度tk求得后，根据河床水深可求得最大冲刷坑深度 T ，T=
tk =16.478 m 。
计算过程及结果见 “表6”。
表6 - 计算挑距与冲坑 槽底宽b（m） 8 8 8 8 8 挑射角θ 20 25 30 40 45 水深h=h10 H设 1.0207 1.0207 1.0207 1.0207 1.0207 32 32 32 32 32 H坎 4 4 4 4 4 高差H0 28 28 28 28 28 单宽流能比 K 流速系数φ 流速 q 18.75 0.0404045 0.8989205 23.1762 18.75 0.0404045 18.75 0.0404045 18.75 0.0404045 18.75 0.0404045 0.8989205 23.1762 0.8989205 23.1762 0.8989205 23.1762 0.8989205 23.1762 17
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续： 表6 - 计算挑距与冲坑 垂直水深h1 0.959 0.925 0.884 0.782 0.722 挑距L 上下游水(m) 位差H 45.691 50.684 54.745 59.120 59.127 32 32 32 32 32 冲坑系数 k 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 水垫厚度 tk 16.478 16.478 16.478 16.478 16.478 冲坑深度 T sin θ 0.342 0.423 0.5 0.643 0.707 cos θ 0.94 0.906 0.866 0.766 0.707 高差h2 4 4 4 4 4 16.478 16.478 16.478 16.478 16.478 2.77 3.08 3.32 3.59 3.59
挑流消能安全与否可根据水舌挑距L 与最大冲坑深度 T 的比值L / T 来判断。一般认为：基岩倾角较陡时，要求L / T＞2.5 ；基岩倾角较缓时，要求L / T＞5.0 。
由 “表6” 的计算结果可知当挑射角θ=30° 时，L / T = 54.745 / 16.478 = 3.32 ＞2.5 , 所以满足挑流消能安全要求 。
侧槽溢洪道的纵剖面、泄槽的纵断面、横断面和挑流鼻坎的形式见“图 6 – 侧槽溢洪道-纵剖面图”。
五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图
侧槽溢洪道的各种剖面及其他图片见CAD图纸ce-01 “侧槽溢洪道各种剖面图-汇总” 。
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2014-06-14
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