溢流坝水力计算一、基本资料:为了解决某区农田灌溉问题.于某河建造拦河溢流坝一座，用以抬高河中水位，引水灌溉.进行水力计算的有关资料有：设计洪水流量为550m3／s；坝址处河底高程为43。
50m；由灌区高程及灌溉要求确定坝顶高程为48。
00m;为减小建坝后的壅水对上游的影响，根据坝址处河面宽度采用坝的溢流宽度B＝60m；溢流坝为无闸墩及闸门的单孔堰，采用上游面铅直的三弧段WES型实用堰剖面，并设有圆弧形翼墙；坝前水位与河道过水断面面积关系曲线，见图15.2；坝下水位与河道流量关系曲线，见图15。
3；坝基土壤为中砾石;河道平均底坡;=i河道实测平均糙率04.000127n.=.0二、水力计算任务:1．确定坝前设计洪水位；2．确定坝身剖面尺寸；3．绘制坝前水位与流量关系曲线；4．坝下消能计算；5．坝基渗流计算;6．坝上游壅水曲线计算。
三、水力计算1、确定坝前设计洪水位坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头d H ，已知坝顶高程为4800m ，求出d H 后，即可确定坝前设计洪水位。
溢流坝设计水头d H 可用堰流基本方程(10.4)3202H g mB Q ⨯=σε计算．因式中σε及、0H 均与d H 有关,不能直接解出d H ,故用试算法求解。
设d H ＝2.53m,则坝前水位＝48。
00+2。
53＝50。
53m ．按坝前水位由图15。
2查得河道过水断面面积A 0＝535m 2,又知设计洪水流量，则s m Q /5503=mgav H H m g av s m A Q v d 586.2056.053.22056.08.9203.10.12/03.1525550202000=+=+==⨯⨯====按设计洪水流量Q ,由图15.3查得相应坝下水位为48。
17m ．下游水面超过坝顶的高度15.0066.0586.217.017.000.4817.480<===-=H h mh s t 下游坝高 0.274.1586.250.450.400.4300.4801<===-=H a m a 因不能完全满足实用堰自由出流条件:故及,0.215.0010≥≤H aH h s 为实用堰淹没出流。
根据10H aH h t 及值由图10.17查得实用堰淹没系数999.0=σ。
因溢流坝为单孔堰,溢流孔数n ＝1；溢流宽度60==b B m 。
按圆弧形翼墙由表10。
4查得边墩系数7.0=k ζ.则侧收缩系数nb H n k 00])1[(2.01ςςε+--=994.0601586.27.02.01=⨯⨯⨯-= 对于WES 型实用堰，当水头为设计水头时,流量系数502.0==d m m .于是可得溢流坝流量sm H g mB Q /6.550586.28.9260502.0994.0999.02323230=⨯⨯⨯⨯⨯==σε计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的d H 值是正确的,故取设计水头d H =2.53m 。
坝前设计洪水位＝坝顶高程+d H ＝48.00+2。
53—50。
53m 2、确定坝身剖面尺寸坝项上游曲线的有关数据计算如下：mH b m H b m H R m H R m H R d d d d d 698.053.2276.0276.0443.053.2175.0175.0101.053.204.004.0506.053.22.02.0265.153.25.05.021321=⨯===⨯===⨯===⨯===⨯==m H b d 713.053.22818.02818.03=⨯==坝顶下游曲线方程为402.453.22285.185.085.185.085.1x x H x y d =⨯==按上式计算的坝顶下游曲线坐标x 、y 区列于表l5.3。
因下游坝高m m a 105.41<=，故取坝末端圆弧半径为m a R 25.25.45.05.01=⨯==按上述数据绘制的坝身剖面图见图15。
43、绘制坝前水位与流量关系曲线不同水头H 的溢流坝流量仍按3202H g mB Q σε=计算．现以H ＝2。
0米为例说明求流量的方法.因0A 为未知，无法计算0v 及0H ，故先取m H H 0.20=≈．又因下游水位与Q 有关,尚无法判别堰的出流情况，可先按自由出流算出Q 后，再行校核．对于自由出流，1=σ.根据791.053.20.20==dH H ,由图10。
5查得m ＝0。
485．侧收缩系数995 .06010.2 7.2.01])1[2.010=⨯⨯⨯-=+--=nbHnkςςε（则流量的第一次近似值smHgmBQ/6.36228.9260485.0995.01232323=⨯⨯⨯⨯⨯==σε按坝前水位＝480+2。
0＝50.0m,由图15．2查得A0＝459m2，则smAQv/79.04596.362===表15。
3x(米）y(米) x(米）y(米) x(米）y（米)0。
000.250.500.751。
001.251.500。
0000.0040。
0630.1330.2270.3430。
4811.752.002。
252。
502。
753.003.250.6400。
8191.0181。
2371。
4761.7342。
0113。
503。
754.004.254。
504.755.002.3062.6202.9523.3033.6714.0574。
461图15。
4995.0601031.27.02.01031.2031.00.22031.08.9297.00.120020=⨯⨯⨯-==+=+==⨯⨯=εααm gvH H mg v则流量的第二次近似值sm Q /371031.28.9260485.0995.01323=⨯⨯⨯⨯⨯=因流量的微小变化，对0v 及0H 影响甚小，故以上所求Q 值可认为正确．校核出流情况。
按s m Q /3713=由图15.3查得相应的坝下水位为47.20m.则0.222.2031.250.415.0394.0031.280.080.000.4820.47010>==<-=-=-=-=H a H h mh s s 满足实用堰自由出流条件．为自由出流，原假设的出流情况是正确的．再设几个H ,按上法计算相应的Q ,计算成果列于表15.4.按表15.4的数据绘制坝前水位与流量关系曲线于图15.5。
表15。
4图15。
54、坝下消能计算（一)确定消能设计流量设一系列流量Q ，求出一系列相应的临界水跃跃后水深''c h 及t h c -''(t 为下游水深)．绘出)(''t h c -～Q关系曲线．由该曲线找出相应于)(''t h c -为最大值时的流量即为消能设计流量．现以Q ＝229.9m 3／s 为例求)(''t h c -值。
单宽流量m s m B Q q ⋅===/83.3609.2293临界水深 m g q h k 144.18.983.30.13232=⨯==α由表15.4查得，则m H 516.10= m a H T 016.65.4516.1100=+=+=26.5144.1016.60==k h T 按90.00=ϕ及k h T 由附录图Ⅳ查得2.2''=k c h h ，则 mh h k c 517.2144.12.22.2''=⨯==按s m Q /9.2293=由图15.3查得相应坝下水位为46。
2m ，则相应下游水深 m t 7.25.432.46=-= 于是m t h c 183.07.2517.2''-=-=-设一系列Q 值，按上述方法求得一系列相应的)(''t h c -值，计算结果列于表15。
5．由表15.5可知，相应于)(''t h c -最大值时的s m Q /803=，故采用消能设计流量为80m 3／s 。
当380m Q =／s 时,下游发生远离水跃，需做消能工，现拟做消力池。
(二）求消力池深度d 已知380m Q =/s ，由表15.5查得q =1.333m 3m s ⋅m t m T m h k 25.1288.5566.00===，，．则342.9566.0288.50==k h T 208.2566.025.1==k h t 按k k h t h T ,0及90.0=ϕ由附录图Ⅳ查得素55.0=kh d ,则池深 m h h dd k k311.0566.055.0=⨯==采用4.0=d m ． 消力池池底高程＝河底高程md 1.434.05.43=-=-（三）求消力池长度l05.10566.04.0288.50=+=+k h d T 则 mh h h h m h h h h k kc c k kcc 528.1566.070.2142.0566.025.0''''=⨯===⨯==则水跃长度m h h l c c i 563.9)142.0582.1(9.6)(9.6''=-=-=故池长 m l l l j 65.7563.98.008.00=⨯+=+=采用l ＝8m 。
(四）求海漫长度H q K l p ∆=式中q 为相应于设计洪水流量时的单宽流量，由表15.5查得；m s m q ⋅=/177.93上下游水位差41.212.4853.50=-=∆H m ；河床土壤为中砾石，取系数=K 8。
故得m l p 20.3041.2177.90.8==采用。
m l p 30=5、坝基渗流计算坝基渗流主要是计算渗径长度和坝底渗流压强．因本工程对控制渗流量要求不高,故不必计算渗流量．坝基渗流按上下游最大水位差的情况计算．最大水位差出现在坝前水位与坝顶齐平、坝下无水的情况，即最大水位差m H 5.45.430.48=-=(一）计算渗径长度为增加渗径长度和减小坝底渗流压力，于坝前增设一长5m 厚0.5m 的重拈土防渗铺盖层。
初步拟定的坝底轮廓线如图l5.4所示．折算渗径长度水平铅直L L L 31+= 其中ml l l l l l l L ml l l l l l L 64.205.04.05.00.35.70.30.10.573.57.12.05.05.05.00.10.10.122131212111110987654322222141310987654321=+++++++=++++++==+++++++=+++++=-------------水平铅直则m L 61.1264.203137.5=⨯+=坝基土壤为中砾石(有反滤层),由表查得渗径系数5.20=C ，则m H C 25.115.45.20=⨯=因H C L 0>，坝底轮廓线长度满足防渗要求.(二）计算坝底渗流压强按计算闸底渗流压强的方法求得坝底各点的渗流压强列,p 于表15.6。