溢流坝水力计算说明书基本资料：某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设溢流坝。

溢流坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为1:0.7，上下游堰高相等，溢流坝共5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，由平面闸门控制。

坝址附近河段较为顺直，断面为有主槽和边滩的台地形，主槽断面近似为矩形，并且断面变化较小，平均槽深为9.62m，平均宽度为52m。

拟采用底流式衔接与消能形式。

（1）根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，本工程等级为五等，主要建筑物属于五级。

（2）水库水位：正常蓄水位：434.20m设计洪水位：435.00m防洪限制水位：432.00m（3）五十年一遇设计洪水位对应的下泄流量为1250.00m3/s；（4）百年一遇校核洪水的下泄流量为1400.00m3/s。

（5）坝址上下游河床高程均为405.0m。

（6）溢流坝轮廓尺寸如下图1所示（7）河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。

一．溢流坝下游河槽的水力计算由“基本资料”可知，溢流坝坝址处附近河段较为顺直，河槽按矩形断面计算。

河道的比降i为0.001，糙率n为0.04，河槽宽度b为52m，河槽深度为9.62m。

河槽的设计流量按五十年一遇的设计洪水位435.00m对应的下泄流量设计，即Q设为1250.00m3/s;坝址处下游河底的高程均为405.0m。

1. 计算水库在设计洪水位（五十年一遇）即下泄流量为Q设=1250.00m3时河槽正常水深的计算河槽正常水深应按明渠均匀流计算，对矩形断面，各水力要素为：过水断面面积: A=bh过水断面湿周: x=b+2hA水力半径： R=x1R1/6谢才系数： C=n断面平均流速： v=AC Ri河槽流量： v=AC Ri河槽这一正常水深h t，要求采用试算法。

计算：当Q流=1250.00m3/s时，依据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表1所示：表1：水库设计洪水位时，河槽正常水深h t试算表。

单位：m由表1可知，河槽正常水深h t=8.71则坝下游水位为：V=河槽底高程+h t=405.00+8.71=413.71 m2． 计算水库在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量为Q 设=1400.00m 3/s 时河槽正常水深的计算河槽这一正常水深h t ，要求采用迭代法，即由上述各式解得正常水深h t 的迭代式为：h （j+1）=bb inQ 52j 53)h 2()(当Q=1400.00m 3/s 时，根据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表2所示：表2：水库校核洪水位时，河槽正常水深h t 计算表。

单位：m由表2可知：校核洪水位时，河槽正常水深h t =9.39m 则坝下游水位为405.0+9.39=414.39m3. 计算并绘制溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线。

表3： 溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线计算表.注： 其中序号5点为：防洪限制水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。

序号9点为：正常蓄水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。

序号11点为：设计洪水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。

序号13点为：百年一遇水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。

根据上表建立坐标，按比例绘制曲线.（二）确定溢流堰的堰顶高程；设计溢流坝剖面根据“资料”，五十年一遇的设计洪水量为溢流坝的设计流量，即Q设为1250.00m3/s，其对应的设计洪水位为435.00m，溢流坝按实用堰流计算，并采用WES型实用堰剖面。

1. 确定溢流坝坝顶高程已知溢流坝共设5孔，每孔净宽为8m ，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m ，边墩采用圆弧形，其宽度为1m ，堰顶设置平板闸门控制流量。

① 计算堰上设计水头H d =6.12 m堰上全水头 H 0=322⎪⎪⎭⎫⎝⎛g mB Q S εσ采用WES 型实用堰，并假定P/H d ＞1.33，则流量系数m d =0.502，设堰为自由出流，即淹没系数s σ=1.0，H 0=322⎪⎪⎭⎫⎝⎛g mB Q S εσ=328.9240502.09.011250⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=6.2496 m查表7.2得闸墩形状系数45.00=δ; 查图7.9得边墩形状系数7.0=k δ。

因==82496.60b H 0.78＜1 按bH 0=0.78代入计算 {}nbH n K 00)1(2.01δδε-+-=={}78.05145.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-=0.922H 0=328.9240502.0922.011250⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=6.15 m因769.0815.60==b H ＜1 按bH0=0.769代入计算{}nbH n K 00)1(2.01δδε-+-=={}769.05145.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-=0.923H 0=328.9240502.0923.011250⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯=6.15 m因768.0814.60==b H ＜1 按bH0=0.768代入计算{}nbH n K 00)1(2.01δδε-+-=={}768.05145.0)15(7.02.01⨯⨯⨯-+-=0.923此时，所求得的ε不变，为0.923。

说明H 0=6.15 m已知上游河槽宽为52m ，设计洪水位为435.00m ，河床高程为405.00m ，河槽断面近似为矩形，故上游过水断面面积为：A=52⨯（435-405）=1560 m2801.015601250===A Q Vm/s 堰上设计水头 H d =H 012.68.92801.015.62220=⨯-=∂-g V计算溢流坝坝顶高程坝顶高程=堰上设计洪水位-H d =435-6.12 =428.88 m2. 设计溢流坝剖面按资料溢流坝采用WES 剖面如图 溢流坝剖面由上游垂直段AB ，上游曲线段AO ，下游曲线段OC ，下游直线段CD ，下游反弧段DE 组成。

①下游斜坡段CD 坡度md=0.7 а=55°—59° ②堰的前沿即堰顶0点上游段BO 采用三圆弧，其半径与水平尺寸确定如下：堰顶O 点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为： R 1=0.5H d =0.5⨯6.116=3.058mX 1=—0.175 H d =—0.175⨯6.116=1.0703m R 2=0.2 H d =0.2⨯6.116=1.2232 X 2=—0.276 H d =1.688m R 3=0.04 H d =0.2446m X 3=—0.282 H d =1.7247m O 点下游的曲线方程为： （dH y ）=0.5（dH x ）85.1y=0.5⨯85,085.1116.6x =322.985.1x由已知得OC 曲线段计算结果表4：根据表4中数值可绘得堰顶下游曲线OC坡度m d =0.7的下游直线段CD 与曲线OC 相切于C 点，C 点坐标X C Y C 可如下求得：对堰面曲线求一阶导数xy d d =322.985.1X 0.85=0.198 X 0.85直线CD 坡度为：xy d d =xm 1=7.01 故有 0.198X c 0.85=7.01X c =85.01198.07.01⎪⎭⎫⎝⎛⨯=10. 226Y c=()322.9226.1085.1=7.915坝下游反弧半径r 按下式计算 r=（0.25~0.5）（H d +Z max ）式中上下游水位差Z max =435—413.71=21.29故 r=（0.25~0.5）（6.116+21.29）=6.85~13.703 取r=8m反弧曲线的上端与直线CD 相切与D 点下端与河床相切于E 点，D 点E 点及反弧曲线圆心O 点得坐标，可用作图法法或下面的分析法确定。

（1）反弧曲线圆心O ’点X 0’=X c +m x (P 2—y 2)+rcot （25518000-）Y 0’= P 2—rP 2为下游堰高 X 0’=25.57m Y 0’=15.884m （2） E 点X E ’= X 0’=25.57m Y E ’= P 2=23.884m （3） D 点 X D =19.017m Y D =20.47m根据上述计算结果可绘得堰剖面曲线图。

（三）确定水库的校核洪水位；计算水库在正常蓄水位防洪限制水位时的过堰流量；绘制水库(堰上)的“水位～流量”关系曲线。

（计算数据在表5中）1.确定水库的校核洪水位。

已知流量为1400 m 3/s ，计算堰上水头，先假定33.11>Hp ，可不考虑行进流速水头，；；流量系数取为0.510，假定侧收缩系数为0.9.先按自由出流，取淹没系数1.0670.66.194051.09.01400320=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=H m查表得，闸墩形状系数为1.45，边墩形状系数为0.7[]nb H n k 00)1(2.01ξξε-+-= 917.0405.010=-=H ε 把0.917代入公式重新计算0H590.66.194051.0917.01400320=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=H m=d H H 0 1.072查表可得=dm m1.015 即 m=0.509 和上面假定近似 所以假定成立。

即堰上水头为6.590 m2、求正常蓄水时的下泄流量已知正常蓄水位是434.20 m,因为计算水头不等于设计水头，所以d H H ≠即d m m ≠=0H 434.20-428.86=5.34 m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数[]nbH n k 00)1(2.01ξξε-+-= 933.0405.010=-=H ε 根据869.00=d H H 查表可得=m 0.4962302H g mb Q s εσ==1011m 3/s3、求防洪限制水位时的下泄流量已知防洪限制水位是432.00 m,因为计算水头不等于设计水头，所以d H H ≠即d m m ≠=0H 432.00-428.86=3.14 m由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数[]nbH n k 00)1(2.01ξξε-+-= 961.0405.010=-=H ε 根据511.00=d H H 查表可得=m 0.4522302H g mb Q s εσ==428 m 3/s4.绘制水库（堰上）“水位～流量”关系曲线如图。

（四）计算水库在正常蓄水位、防洪限制水位时溢流坝下游河槽的正常水深。

表5 水库（堰上）与坝（堰）下游河槽“水位～流量”关系曲线坐标表 单位：m（五）计算水库在正常蓄水位闸门关闭的情况下，每米宽溢流坝段上所受的静水总压力。

净水总压力P=106798KN 作用点（压力中心）D=9.19m 绘制静水压强分布图于溢流坝剖面图。