【正文】 根據(jù)公式 Q=ε1σsmnb g2 H3/2 ， 式中： ε1： 側(cè)收縮系數(shù)，與邊墩、閘墩及閘墩頭部的型式、堰孔的數(shù)目、堰孔的尺寸、全 大大大大的 水頭等有關(guān)， ε1=~，取 ε1=； σs： 淹沒系數(shù)，為自由出流 σs=1； n： 堰孔數(shù)，本設(shè)計中為 1； m： 流量系數(shù)，由計算得出 m=； b： 堰頂寬，由計算得出 b=26m； g取 。 帶入公式 有： H 校 =[Q/(ε1smnb g2 )]2/3=[588/( 9 .8 122610 .5 1 210 .9 0 ?????? )]2/3= Hd= H 校 =*= 查 水位 ~庫容關(guān)系 表 確定總庫容 V 總 =565（萬 m3） 根據(jù)工程效益、總庫容 查詢規(guī)范 SL252— 20xx，該工程的等別為Ⅳ等 ，水工建筑物級別為 3級 。 二、 孔口尺寸擬定及設(shè)計洪水位、校核洪水位 的 確定 （一） 堰頂高程的擬定 因為是開敞式溢流壩身泄水，并無調(diào)節(jié)等要求，因此堰頂高程 就是 正常蓄水位高程 ，即為。 （二） 堰頂溢流前沿寬度的擬定 因為砂巖中還夾有泥巖、頁巖等，砂巖本身強度也不高，且不完整，因此從消能防沖考慮， 4 應(yīng)按破碎巖石處理，單寬流量 q=20～ 50m3/s，又綜合考慮了 以上四 方面的因素，初步選定單寬流量 q=(sm)， 按 渲 泄最大洪水時的流量 Q 校 =588m3/s 考慮，得到溢流前沿寬度 為： L=Q 校 /q=588/=26m （三） 設(shè)計洪水位、校核洪水位 的計算 原理： 試算法。首先假定一個堰上水頭 H 設(shè) ， 計算 H 設(shè) /Hd值 ，查附圖 3，寧村水庫 Hw / Hd與流量系數(shù) m 關(guān)系曲線，得出流量系數(shù) m，代入公式 Q=ε1σsmnb g2 H 設(shè) 3/2 求出設(shè)計洪水 H 設(shè) 。 與 資料給的 設(shè)計洪水（ 2%） Q 設(shè) =450m3/s 比較，誤差不超過 1%即可。 已知 : 由 以上計算知 堰頂高程為 ，單寬流量 q=，及前沿寬度 L=26m。 由 確定工程等級過程推求得校核洪水位為 Z 校 =+=。 計算過程： 通過多次試算 結(jié)果簡單列表如下： （表 1） 方案 堰上水頭 H設(shè) （ m） Hd H 設(shè) /Hd 流量系數(shù) m 設(shè)計洪水 Q 設(shè)（ m3/s） 設(shè)計洪水（ 2%）Q 設(shè)（ m3/s） 誤差 一 % 二 % 三 % 經(jīng)過多次試算，方案一、二 、 不滿足設(shè)計規(guī)范，方案 三 滿足設(shè)計要求。故選定方案 三 作為設(shè)計依據(jù)。 即 H 設(shè) =。 推求設(shè)計洪水位 ： Z 設(shè) =+=。 三、 擋水壩設(shè)計 （一）壩頂高程的確定 重力壩壩頂高程按壩頂上游防浪墻頂高程 計， 按下式計算， 取 其 大 值 。 防浪墻頂高程 =設(shè)計洪水位 +△ h 設(shè) 防浪墻頂高程 =校核洪水位 + △ h 校 其 中設(shè)計洪水位、校核洪水位 已計算得出， 只需求 △ h 即可 。 △ h=h1%+hz+hc 式中： h1% ： 累計頻率為 1%時的波浪高度 ； hz： 波浪中心線高于靜水位的高度 ； hc： 安全加高，按表 5 選用 。 5 表 2 安全加高 hc 運用情況 壩的級別 1 2 3 設(shè)計情況（基本情況） 校核情況（特殊情況） 根據(jù)官廳 水庫 公式求 h1%、 hz： 設(shè)計情況 ①波高 ： hl=*V05/4D1/3=*305/4*31/3= 由于 gD/Vo2=*3000/302= 在（ 20， 250） 之間，故 為 累計頻率為 5%的波高 。 參照 SL27420xx《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》估算累計頻率為 1%的波高 ： h1%=*h5%= ② 波長： L=(h1%)=*（ ） = ③壅高： hz=(π h1%2/L)cth(2π H)/L= ④查表 5 得 hc= 因此 △ h=h1%+hz+h=++= H=+= 校核情況 ①波高： h1%=*= ② 波長： L=(h1%)=*（ ） = ③壅高： hz=(π h1%2/L)cth(2π H)/L= ④查表 5 得 hc= 因此 △ h=h1%+hz+h=++= H=+= 相比取大者，所以壩頂高程為 。 （二） 建基面高程 的確定 根據(jù)該壩的地形地質(zhì)條件，建基面可設(shè)在弱風(fēng)化處，在高程為 85m~86m 附近，該設(shè)計取建基面高程為 （三） 壩頂寬度的確定 根據(jù)《混凝土重力壩規(guī)范》 SDJ2178，壩頂寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置運行檢修施工和交通等需要確定，并應(yīng)考慮抗震特大洪水時搶護以及其他特殊要求。 壩頂寬度一般取 (8%~10%)H，且不小于 2m。常態(tài)混凝土壩壩頂最小寬度為 3m，碾壓混凝土壩為 5m。 H== B=(~)H=(~)*=~ 考慮施工要求，取 B= （四） 上下游壩坡坡率及起坡點位置的確定 6 根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下，上游坡率 n=0~,下游坡率 m=~。根據(jù)寧村水庫工程地質(zhì)條件， 初 擬 n=， m=。 上游面設(shè)置為垂直，不設(shè)起坡 下游起坡點 起坡高程可按基本三角形頂點約在正常蓄水位以上擬定，且低于壩頂高程，如下圖。 G 點為下游壩坡坡面延長線與上游面交點。 F 點為下游起坡點。（壩頂高程為 ，正常蓄水位為 ，建基面高程為 84m。） ①當(dāng) J 點恰好在正常蓄水位與上游壩面交點時： BJ=AG== GF=5/= AF=AG+GF= ②當(dāng) J 點恰好在壩頂與上游壩面交點時： BJ=AG=0m GF=45/= AF=AG+GF= 因此，設(shè)計中 AF 應(yīng)在 ~之間， 取 AF=8m。 FI=AHAF== 重力壩底寬 DE DE= *+5= （五） 壩面優(yōu)化 通 過電算對比分析，可知最優(yōu)方案為：下游起坡高程： ；下游坡比：；壩頂寬度： 5m；該工況下單位工程量最?。?。 （ 五 ）壩體強度穩(wěn)定承載力極限狀態(tài)設(shè)計 詳見：附表一：擋水壩電算方案 （六） 壩體上游面拉應(yīng)力的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計 詳見：附表一：擋水壩電算方案 （七） 壩體應(yīng)力分析 詳見：附表一：擋水壩電算方案 四、 溢流壩設(shè)計 （一） 溢流壩斷面設(shè)計 溢流堰斷面 設(shè)計包括上游直線段，堰頂曲線段、下游曲線段 、 下游直線段以及反弧段 5 個 7 部分組成 。設(shè)計要求：⑴有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；⑵水流平順 ，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；⑶體形簡單、造價低，便于施工。 ① 上游直線段 在該設(shè)計中，由于擋水壩已經(jīng)確定，故為了不使擋水壩產(chǎn)生側(cè)向水壓力，則溢流壩的上游直線段設(shè)計與擋水壩保持一致。 ② 堰頂曲線段 WES剖面堰頂曲線如右圖。 堰頂 O1點為坐標(biāo)原點（ 0， 0），曲線采用三段復(fù)合圓弧相接。這樣做可使堰頂曲線與堰上游面平滑連接，改善了堰面壓強分布，減小了負(fù)壓。三段復(fù)合圓弧的半徑 R如圖中所示。 R1==*= R2==*= R3==*= 三段復(fù)合圓弧水平坐標(biāo)值： =*= =*= =*= ③ 下游曲線段 該 剖 面 堰 頂 O1 點下游的曲線由公式(y/Hd)=k(x/Hd)n計算，式中系數(shù) k及指數(shù) n決定于堰上游面的坡度，取 k=， n=，代入上述公式得：= 式中的 Hd為不包括行近流速水頭的剖面設(shè)計水頭， Hd=。 計算與下游直線段銜接 處點 A的 坐標(biāo) 。 由于 溢流壩與擋水壩銜接部分有導(dǎo)墻連接，從工程實用 和 經(jīng)濟等方面綜合考慮，擬定下游直線段的坡度 m2=。 對 y 求導(dǎo)， y39。=*, =(*m2)=*(*)= 求得： xA=， yA=，即 A(， )。 x 0 1 2 3 4 5 6 y 0 ④反弧段 溢 流壩面反弧段是使溢流面下泄水流平順轉(zhuǎn)向的工程措施，通常采用圓弧曲線，反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能設(shè)施來確定。根據(jù) DL5108— 1999《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對于挑流消能， R=(4~10)h。 h 為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。 8 查資料下游水位 ~流量關(guān)系曲線， 校核 洪水 （ %） 下， Q=588m3/s時的下游水位為 94m。地面高程 84m，挑砍高度 ~1m，初步擬定為 1m。則有挑砍高程為 94+1=95m。 上游水位至挑砍高程 S1== 流能比 KE=q/( g )=( *)= 壩面流速系數(shù) 3 0 3 ???? EK? = 鼻砍斷面流速 **2* 1 ?? SV ? =反弧段最低點處的水深 h=q/v=因為反弧段流速愈大，要求反弧半徑愈大。當(dāng)流速小于 16m/s 時，取下限；流速大時，宜采用較大值。鼻砍斷面流速為 ，初擬 R=（ 8~10） h=~。取 R=9m ⑤ 下游直線段 由③知， 下游直線段 與壩頂曲線和下部反弧段相切，其與曲線段交點 A(， )， 坡度與非溢流壩段的下游坡相同，取 m2=。 根據(jù)經(jīng)驗，鼻砍挑射角度一般取20176。 ~25176。，擬定為 θ =20176。 因為下游直線段與反弧段相切，且 坡 率 為 ， 由 此 計 算 出∠ BO2C=tan1(1/)=176。 則 O2 所在 高 程 為HO2=84+= 底寬 B= 上游直線段，堰頂曲線段、下游曲線段 、 下游直線段以及反弧段 如圖所示。 （二） 消能防沖設(shè)計 確定鼻坎高程、反弧半徑、挑角 由 溢流壩斷面設(shè)計 部分得知： 鼻坎高程為 95m，反弧半徑為 ，挑角為 20176。 計算挑距和下游沖刷坑深度 ① 挑距的計算 水舌挑射距離是按水舌外緣計算，其估算公式為 ])(2s i nc osc oss i n[1 21221121 hhgvvvgL ???? ???? 式中： L 為水舌挑距， m； g 為重力加速度， m/s2； v1為坎頂水面流速， m/s 約為鼻坎處平均流速的 倍； θ為挑射角度，本設(shè)計為 20176。； h1為坎頂平均水深 h 在鉛直向的投影， h1=hcosθ， 9 約等于 h； h2為坎頂至河床面的高差， m。 v1=v=h1=h= h2=9589=6m L=1/{+*[+2*(+6)]1/2}= ②下游沖刷坑深度的計算 關(guān)于沖刷坑深度，目前還沒有比較精確的公式，可按下式進行估算： t k=α 式中： t k為水墊厚度，自水面至沖刷坑的距離， m； q 為單寬流量， m3/(sm)； H 為上、下游水位差， m； α為沖坑系數(shù)，對堅硬完整的基巖，取 ~，堅硬但完整性較差的基巖，取 ~，軟弱破碎、裂隙發(fā)育的基巖，取 ~。 q=(sm) H== α = t k= α=**=m ht為沖刷坑后的下游水深，則沖刷坑深度為 ts=t kht== （三）導(dǎo)墻設(shè)計 邊墩或?qū)敻叱虘?yīng)根據(jù)計算水面線加 上 ~ 的超高確定。對非直線段適當(dāng)增加，根據(jù)經(jīng)驗計算導(dǎo)墻高度取 3 米。 各控制點坐標(biāo)計算見溢流壩斷面設(shè)計部分。 確定控制面的水深，水面線計算如右圖和下表： 表 3 水面曲線計算表格 ： 斷面 h/m A=h X R=A/X R2β/n v J=v2/C2R 0— 0 1— 1 2— 2 10 3— 3 4— 4 5— 5 續(xù)表： J i J αv2/2g ES △ ES △ S ∑△ S 由此得到各控制點水深，確定水面曲線。 （四）壩體強度穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計 詳見：附表二：溢流壩電算方案 （五）壩體正常使用極限狀態(tài)合計 詳見：附表二：溢流壩電算方案 五、 大壩剖面優(yōu)化和應(yīng)力穩(wěn)定分析 利用電算比較得到，溢流壩和擋水壩優(yōu)化斷面的三種可行性方案，計算結(jié)果參見附表。最終確定最優(yōu)方案為： 表 4 大壩剖面優(yōu) 化最優(yōu)方案（單位： m） 壩段 最優(yōu)方案 擋水壩 建基面高程 84 壩頂高程 下游起坡高程 下游坡率 壩頂寬 5 壩底寬 單寬工程量 V（ m3） 952 溢流壩 建基面高程 84 堰頂高程 反弧半徑 下游坡率 坎頂高程 95 壩底寬 單寬工程量 V（ m3） 921 六、 工程量與開挖量計算 根據(jù)地形圖以及各壩段在地形圖中的位置，繪出各壩段開挖線，計算開挖面積，近似取壩段左右兩斷面的開挖面積的平均值為該 壩段的開挖面積。（見附圖） 11 表 5 寧村水庫開挖量計算 壩段（ m） 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 壩段長（ m） 面積（ m2) 開挖量（ m3） 總開挖量 (m3) 表 6 寧村水庫工程量計算 壩段（ m） 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 壩段長（ m） 面積（ m2) 工程量（ m3） 總工程量 (m3) 七、附表 （一）附表一：擋水壩電算方案（方案一為最優(yōu)方案） 方案一： 數(shù)據(jù) ： READ YT,YF,T0,YU,NU,YD,ND DATA ,84,5,84,0, READ Y8,Y9,VZ,FD DATA ,90,30,3 READ Y3,Y4,VF DATA ,94,15 READ RD,YN,RN,NF,UT,UH DATA 24,92,7,20,7, 12 READ F,FF,FC,RC,YC DATA ,1,500,14300, READ YG,XG DATA ,7 LET YY=10 LET XX=10 LET RD=RD/10 LET KP= NEW SPECIFICATION