设计为堰流式溢洪道,用浆砌石建造。考虑到陡坡式溢洪道具有结构简单、水流平顺、施工方便、工程量小的优点,溢洪道设计为陡坡式。溢洪道由进口段,陡坡段,出口段三部分组成。其中进口段的溢流堰设计为无坎宽顶堰。
4.3 水力计算 4.31溢流堰尺寸计算
溢流堰采用无坎宽顶堰,堰上水深为H=h滞=2.5m,堰长设计为4倍的H,即L=10m,堰顶宽度为B=8.5m。 4.32陡坡段尺寸计算 (1)、计算临界水深hk
陡坡段设计为梯形,底宽B=8.5m,边坡比为1:1。
对于梯形断面陡槽,hk可按照水力学公式试算求得,即
式中:a为不均匀系数,a一般取值1.0;ωk、Bk分别为相应于hk的过水断面面
积和水面宽,ωk=(B+hk)hk,Bk=B+2hk;Q泄=52.5m3/s;g为重力加速度,g=9.81m/s2
试算法:假设一个水深h,可以求得一个流量Q,将h和Q的关系进行线性分析,
做出趋势线,根据趋势线公式代入Q泄=52.5m3/s便可以求得hk 的值。
由流量和水深的关系图中可以求出: 当Q泄=52.5m3/s时,hk =1.47m,此时vk(2)计算临界底坡ik
=3.59m/s
其中Kk为流量模数;ωk 为过水断面面积,ωk=(B+hk)hk;Ck 为谢才系数,
,n为粗糙系数,n=0.02 ;Rk为相应的临界水深hk时的水力半径,
,Xk为相应的临界水深hk时的湿周,。
将hk =1.47m代入公式可得:湿周Xk =12.7m;过水断面面积
ωk=(B+hk)hk =14.6m2;=1.16m; =51.23
综上,Kk=806.8m3/s,ik=0.0042
陡坡段底坡设计为i=1:5,因为ik =0.0042 < i=0.2,所以陡坡水流为急流,可按照陡坡计算。 (3)计算陡坡长度L0
P为陡坡段总落差,坝底高程为796.2m,溢流堰高程为821m,因此P=821-796.2=24.8m;i=1:5=0.2,则(4)计算正常水深h0 利用明渠均匀流公式:
=126.5m。
A为过水断面面积,A=(B+H)H,B=8.5m;C 为谢才系数, ,n为粗
糙系数,n=0.02;R为水力半径,,Xk为湿周,;i为底坡坡
度,i=0.2。
明渠均匀流公式可以转化为只有一个变量h的公式,即:
试算法:假设一个水深h,可以求得一个流量Q,将h和Q的关系进行线性分析,
做出趋势线,根据趋势线公式代入Q泄=52.5m3/s便可以求得hk 的值。
由流量和水深的关系图中可以求出当Q泄=52.5m3/s时,h0 =0.47m (5)计算水面曲线
?L=
1J=(2(h2??2.v2)?(h1??1.v1)22i?J
v21211C.R?v22222C.R)
式中:?L为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深,单位m;i=1:5;i为底坡比降,
J为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度的平均值;h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的水深,单位m;v1,v2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面的平均流速,单位m/s;
?,?12为相邻两过水断面动能修正系数,取1.0。
从水面曲线中计算可以得到∑△L=120.6m,小于陡坡段长度L=126.5m。由此
可以说明陡坡段末端水深达到正常水深。 (6)陡坡终点水深ha和末端流速va
因为求出的水面曲线的长度L=120.6m<溢洪道陡坡段长度L0 =126.5m,所以陡坡段末端水深ha正常水深h0=
,此时Q泄=52.5m3/s,过水断面面积
=52.5÷4.21=12.45m/s
A=(B+H)H=(8.5+0.47)×0.47=4.21m2,
(7)陡坡边墙高度H确定
考虑到陡坡流速较大,参气会使水深增加,故边墙高度H计算公式为:
h为水深;hB为掺气时的水深增加值,当流速V小于或等于20m/s时,
;Δh为安全加高,可取0.5-1.0m。
为了计算和施工的方便,陡坡侧墙的高度由陡坡起始端侧墙高度H始与陡坡末端侧墙高度H末两点连线确定,因此,只需要计算出H始 和H末 两个数值即可。
A、 陡坡起始端:
vk
=3.59m/s,hk =1.47m,则=3.59×1.47÷100=0.05m,Δh=1m,
H始=h+hB+△h=1.47+0.05+1=2.52m,设计为2.6m B、 陡坡末端:
=12.45m/s,ha=0.47m,则
=12.45×0.47÷100=0.059m,
Δh=1m, H末=h+hB+△h=0.47+0.059+1=1.529m,设计为1.6m 4.33出口段尺寸计算
(1)消力池深度S计算 A、求跃后水深h〞:
梯形明渠共轭水深可以运用迭代公式:(出自《水力学》高等教育出版社-吴持恭主编P276)
式中:
;
;h2,i+1 和h1 互为共轭
水深;m1、m2为边坡系数,m1=m2=1;b为底宽,b=8.5m;A为过水断面面积;h1为跃前水深,h1=0.47m;h2为跃后水深。
代入数据得:
=
m2
=132.05m3
由迭代公式计算可得h’’=1.90m B、求尾渠正常水深ht:
尾渠设计成梯形断面,底宽B=8.5m,边坡设计为1:3。
利用明渠均匀流公式:
=2.10
A为过水断面面积,A=(B+3H)H,B=8.5m;C 为谢才系数, ,n
为粗糙系数,n=0.02 ;R为水力半径,,Xk为湿周,;
i为尾渠底坡坡度,可以与土坝下游区域坡降近似相等,在流域沟道坝址地形图上可以看出高程由798m降到796.2m图上直线距离为8cm,图为1:10000的地形图,则实际距离为80m,由此可以求得i=(798-796.2)÷80=0.0225。
明渠均匀流公式可以转化为只有一个变量h的公式,即:
试算法:假设一个水深h,可以求得一个流量Q,将h和Q的关系进行线性
分析,做出趋势线,根据趋势线公式代入Q泄=47.25m3/s便可以求得ht 的值。
由流量和水深的关系图中可以求出当Q泄=52.5m3/s时,ht =0.91m c、消力池深度:
计算公式选用经验公式:
其中:h〞—以陡坡段末端水深ha为跃前水深计算出的跃后水深,单位m; ht—尾渠正常水深,单位m 代入数据得
消力池深度设计为1.25m。 (2)消力池长度计算
=1.2375m
式中:
为折减系数,取值0.75;h”为跃后水深,h”=1.90m;h’为跃前
水深,h’=0.47m 则:
=9.867 m
=0.75×9.867=7.4m,设计为7.5m
4.4 溢洪道结构设计 4.41进口段设计 (1) 引水渠设计
土坝建设在土基上,采用梯形明渠,用浆砌石衬砌。梯形渠道断面边坡采用1:3.0,底宽B=8.5m,侧墙高H=2.6m,厚度为0.4m