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1、. . . . 水土保持治沟骨干工程溢 洪 道 设 计 . . . 主要容：1、调洪演算2、溢洪道布置3、水力设计4、建筑物结构设计 5、设计实例一、调洪演算采用公式：qp Qp (1)qpMBh1.5式中：qp 溢洪道最大下泄流量(m3/s)Qp设计洪峰流量(m3/s)Wp设计洪水总量(万m3)Vt调节库容 (万m3)M溢洪道(宽顶堰)流量系数取1.5B溢洪道底宽(m)H溢洪道水深(m)进行调洪，先假设一个滞洪水深，可从库容曲线上查得总库容，由此减去起调水位以下的库容(死库容)，即得调节库容，再用上述公式可计算得溢洪道底宽。列表如下：调洪演算结果表项目水位H(m)滞洪水深h(m)V淤V调W总
2、Q泄bq设计情况校核情况通过粗调，可确定溢洪道的底宽，也可大致确定滞洪水深和溢洪道的下泄流量。根据溢洪道宽B，及qpMBh1.5 设不同h，求qp，并利用库容曲线， 查出与h相应的H总和V总，然后在库容曲线上方绘制Hqp曲线。 Hqp曲线表h溢q溢H 总V总00.5有了以上条件，就可以根据某一时段进库水量与出库水量之差，求得该时段库水量增减的变化过程，基本公式如下：Vtt (S1S2) tSt式中：Vt时段库水量增减量(增为正)(m3/s)；t时段历时(s)；Q1、Q2时段始末进库流量(m3/s)；q1、q2时段始末溢洪道泄量(m3/s)；S1、S2为上、下时段蓄水率(m3/s)S为平均蓄水率
3、时段时段历时t(s)入库流量(m3/s)出库流量q(m3/s)蓄水率S(m3/s)平均蓄水率(m3/s)库容增减(万m3)时段末库容(万m3)时段末水位(m)0123说明：1、表中、栏由洪水过程线中抄来；2、先假设栏，则=-，由此可以算出，=，=死库容+，由查库容曲线可得出；3、由查Hqp曲线得出q，若与假设一致，试算完，若不一致，则应重新假设，重复上述计算，至相符为止。4、试算当V出现负值时，详调结束。二、溢洪道布置1、一般规定l 溢洪道布置包括进水渠，控制段，泄槽，消能防冲设施及出水渠。 l 溢洪道的布置应根据地形，地质，工程特点，枢纽布置，坝型，施工及运用条件，经济指标等综合因素进行全面
4、考虑。l 溢洪道布置应结合枢纽总体布置全面考虑，避免放水建筑物在布置上的相互干扰。l 溢洪道布置应合理选择泄洪消能布置和型式，出口水流应与下游河道平顺连接，避免下泄水流对坝址下游、河床和岸坡的严重淘刷， 保证枢纽其它建筑物的正常运行。l 溢洪道的位置应选择有利的地形和地质条件布置在岸边或垭口，并宜避免开挖而形成高边坡。l 当两岸坝肩山势陡峻而布置上又需要较大的溢流前缘宽度时，可采用侧槽式或其他型式的进口。l 溢洪道进、出口的布置，应使水流顺畅。l 溢洪道轴线宜取直线。如需转弯时，宜在进水渠或出水渠段设置弯道。l 当溢洪道靠近坝肩布置时，其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定。2、进水渠l 进水渠
5、的布置应遵循下列原则：1）选择有利的地形，地质条件。2）在选择轴线方向时，应使进水顺畅。3）进水渠较长时，宜在控制段之前设置渐变段，其长度视流速等条件确定，不宜小于2倍堰前水深。4）渠道需转弯时，轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度，弯道至控制堰(闸)之间宜有长度不小于2倍堰上水头的直线段。l 进水渠进口布置应因地制宜，使水流平顺入渠，体型宜简单。l 当进口布置在坝肩时，靠坝一侧应设置顺应水流的曲面导水墙，靠山一侧可开挖或衬护成规则曲面。l 当进口布置在垭口面临水库时，宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式。l 进水渠底宽顺水流方向收缩时，进水渠首，末端底宽之比宜在1.53之间，在与控制段连接处应与
6、溢流前缘等宽。底板宜为平底或不大的反坡。l 基岩上的进水渠渠底可不衬护。当水头损失较大或不满足不冲流速要求时，是否衬护，应通过经济比较确定。l 当岩性差时，应进行衬护。l 进水渠的直立式导墙的平面弧线曲率半径不宜小于2倍渠道底宽。导墙顺水流方向的长度宜大于堰前水深的2倍，导墙墙顶高程应高于泄洪时最高库水位。l 紧靠土石坝坝体的进水渠，其导墙长度以挡住大坝坡脚为下限。距控制段2倍堰前水深距离以的导墙，其墙顶应高出泄洪时最高库水位；2倍堰前水深长度以远的导墙，可设置为下潜式，其墙顶应超出坝面适当高度。3、控制段控制堰的型式应根据地形，地质条件，水力条件，运用要求，通过技术经济综合比较选定。堰型可选
7、用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰，宽顶堰，驼峰堰等型式。开敞式溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。侧槽式溢洪道的侧堰可采用实用堰，堰顶可不设闸门。侧槽断面宜采用窄深式梯形断面。靠山一侧边坡可根据基岩特性确定，靠堰一侧边坡可取10.510.9。 当溢洪道紧靠坝肩时，控制段的顶部高程应与大坝坝顶高程协调一致。 4、泄槽在选择泄槽轴线时，宜采用直线。当必须设置弯道时，弯道宜设置在流速较小，水流比较平稳，底坡较缓且无变化的部位。 泄槽在平面上设置弯道时，宜满足下列要求：1)横断面流速分布均匀。2)冲击波对水流扰动影响小。3)在直线段和弯段之间，可设置缓和过渡段。4)为降低边墙高度和调整水流，宜在弯道及缓
8、和过渡段渠底设置横向坡。5)矩形断面弯道的弯道半径宜采用610倍泄槽宽度。泄量大，流速高的泄槽，弯道参数宜通过水工模型试验确定。泄槽的纵坡，平面及横断面布置，应根据地形，地质条件及水力条件等进行经济技术比较确定。1)泄槽纵坡宜大于水流的临界坡。当条件限制需要变坡时，纵坡变化不宜过多，且宜先缓后陡。2)泄槽横断面宜采用矩形断面。当结合岩石开挖采用梯形断面时，边坡不宜缓于11.5，并应注意由此引起的流速不均匀问题。5、消能防冲设施溢洪道消能防冲设施的型式应根据地形，地质条件，泄流条件，运行方式，下游水深及河床抗冲能力，消能防冲要求，下游水流衔接及对其他建筑物影响等因素，通过技术经济比较选定。河岸式
9、溢洪道可采用挑流消能或底流消能，亦可采用面流，戽流或其他消能型式。挑流消能可用于岩石地基的高，中水头枢纽。溢洪道挑流消能设施的平面型式可采用等宽式，扩散式，收缩式.挑流鼻坎可选用连续式，差动式和各种异型鼻坎等。6、出水渠当溢洪道下泄水流经消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置出水渠。选择出水渠线路应经济合理，其轴线方向应顺应下游河势。出水渠宽度应使水流不过分集中，并应防止折冲水流对河岸有危害性的冲刷。三、水力设计对于骨干坝而言，溢洪道水力设计主要包括如下容：1 泄流能力计算。2 水面线计算。3 消能防冲水力设计。4 弯道水力计算。溢洪道的水力设计应满足下列要求：1 泄流能力必须满足设计和校
10、核工况下所要求的泄量。2 体型合理，简单，水流平顺，稳定，并避免发生空蚀。3 下泄水流不得影响坝肩及岸坡的稳定。(一)进水渠进水渠水力设计应使渠水流平顺，稳定，水面波动及横向水面比降小，并应避免回流和漩涡。进水渠中的设计流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道不冲流速，且水头损失较小。渠道设计流速一般控制在35m/s。渠道水面线可由引水渠首部到位于堰前35倍堰上水头处的控制断面之间建立能量方程，用试算法计算。(二)泄槽泄槽段的水力设计，应根据布置和最大流量计算诸水力要素，确定水流边壁的体型，尺寸及需要采取的工程措施。泄槽段的水面线，应根据能量方程用分段求和法计算，计算中应正确确定起始计算断面及其水深
11、。计算公式：E1iLE2hf E1iLh1E2h2hf对于大陡坡而言，陡坡起始水深近似为临界水深。泄槽段底坡变化处，应采用曲线连接：当底坡由缓变陡时，可采用抛物线连接，抛物线方程可按下式计算：式中x，y以缓坡泄槽段末端为原点的抛物线横，纵坐标，m；缓坡泄槽底坡坡角，()；Ho抛物线起始断面比能，m；h抛物线起始断面水深，m；v抛物线起始断面流速，m/s；a流速分布不均匀系数，取a1.0；K系数，对于落差较大的重要工程，取K1.5，对于落 差较小者，取K1.11.3。 当底坡由陡变缓时，可采用圆弧连接，圆弧半径R可采用36倍变坡处的断面水深h，流速大者宜取用大值。泄槽段边墙高度，应根据计入波动及
12、掺气后的水面线，再加上0.51.5m的超高。对于收缩(扩散)段，弯道段等水力条件比较复杂的部位，宜取大值。(三)消能防冲l 底流消能底流消能防冲的水力设计，应满足下列要求：1 保证消力池形成低淹没度稳定水跃，并应避免产生两侧回流。2 消力池宜采用等宽的矩形断面。3 护坦上是否设置辅助消能工，应结合运用条件综合分析确定。当跃前断面平均流速超过1618m/s时，池不宜设置趾墩，消力墩等辅助消能工。底流消能的水力设计，应对各级流量进行计算，确定池底高程，池长及尾坎布置等。消力池两侧边墙高度，可根据跃后水深加适当超高确定。对于不设辅助消能工的消力池水力计算，按水利部规公式进行计算。消力池跃后水深计算：
13、h2(1)消力池长度计算： Lk(35) h2消力池深度的确定：d1.1 h2hs式中hs为紧接消力池出口的下游沟道水深，可根据下游沟道断面(一般近似按梯形断面考虑)利用明渠均匀流公式试算得出，土基糙率系数取0.04。l 挑流消能挑流消能水力设计，应对各级流量进行系列计算。挑流水舌抛距， 按下式计算：式中L自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m；挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，()；h1挑流鼻坎末端法向水深，m；h2鼻坎坎顶至下游河床高程差，m，如计算冲刷坑最深点距鼻坎的距离，该值可采用坎顶至冲坑最深点高程差；v1鼻坎坎顶水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。关于鼻坎平均流速v，可按下列两种方法计算：1、按流速公式计算。适用围，S18q2/3： 式中v鼻坎末端断面平均流速，m/s；Zo鼻坎末端断面水面以上的水头，m；流速系数；hf泄槽沿程损失水头，m；hj泄槽各项局部损失水头之和，m，可取hj /Z0 为0.05；S泄槽流
