【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， q2 是不可能的，必須再有一個(gè)方程式 q2=f(V2),與式(4— 2)聯(lián)立，才能同時(shí)解出 V2， q2的確定值，假定暫不計(jì)及自水庫(kù)取水的興利部門(mén)瀉向下游的流量，則下瀉量 q 是泄水建筑物瀉流水頭 H 的函數(shù)，而當(dāng)泄洪建筑物的型式、尺寸等已確定時(shí) q=f(H)=AHB (4— 3) 式中： A — 系數(shù)，與泄洪建筑物的型式、尺寸、閘孔開(kāi)度及淹沒(méi)系數(shù)有關(guān)。 B — 指數(shù)，對(duì)于堰流 B 一般等于 3/2，對(duì)于閘孔出流一般 B=1/2 根據(jù)水力學(xué)公式， H 與 q 的關(guān)系曲線可求。若是堰流 H 即為庫(kù)水位 Z 與堰頂高程之差；若是閘孔出流 H 即為庫(kù)水位 Z 與閘孔中心線高程之差。因此可以根據(jù) H 與 q 的關(guān)系曲線求出 Z 與 q 的關(guān)系曲線 q=f(Z),并且，由庫(kù)水位 Z，又可借助于水庫(kù)容積特性曲線 V=f(Z), 求出相應(yīng)的水庫(kù)蓄水容積 V，則式 (43)可用下泄流量 q 與庫(kù)容 V 的關(guān)系曲線代替，即 q=f(V),與式 (4— 2)聯(lián)立方程組，求解V2， q2。 當(dāng)水庫(kù)承擔(dān)下游防洪任務(wù)時(shí)，要求保持 q 不大于下游允許的最大下泄流量qmax 時(shí)，就要利用閘門(mén)控制流量 q，但計(jì)算的基本公式和方法與上面介紹的是一致的。 本設(shè)計(jì)泄水建筑物是正槽溢洪道 (泄水建筑物型式的選擇和尺寸的確定見(jiàn) 節(jié) )。采用閘門(mén)全開(kāi)式泄洪，故下泄流量是 q=AH3/2,H 即為庫(kù)水位 Z 與堰頂高程之差，由于資料有限僅有 %和 2%的流量及其對(duì)應(yīng)的三日洪峰流量，無(wú)法描繪出洪水過(guò)程線，故采用三角形法擬畫(huà)出洪水過(guò)程線（具體做法見(jiàn)本章 節(jié)）。本設(shè)計(jì)中調(diào)洪演算是為了定出設(shè)計(jì)、 校核水位和相應(yīng)的下泄流量，已知下泄量與水頭的關(guān)系曲線（式 4— 3），通過(guò)假定下泄流量 q，可利用洪水過(guò)程線計(jì)算出水庫(kù)蓄水量 V，通過(guò) V=f(Z)可查出對(duì)應(yīng)的水位，得到 q=f(Z)曲線，通過(guò)兩條 qZ 曲線即得到設(shè)計(jì)、校核水位及相應(yīng)流量。 節(jié) 洪水標(biāo)準(zhǔn)分析 設(shè)計(jì)情況，采用 50 年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。 P=2%的洪峰流量為 m3/s,三日洪量為 965 萬(wàn) m3。 校核情況，采用千年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn) p=%洪峰流量為 m3/s,三日洪量為 1569 萬(wàn) m3。 節(jié) 泄水建筑物型式的選擇 水利樞紐 中的泄水建筑物一般包括設(shè)于河床的溢流壩、泄水閘、泄水孔，設(shè)于河岸的溢洪道、泄水隧洞等。 本設(shè)計(jì)采用壩型為復(fù)合土工膜防滲堆石壩（具體見(jiàn)第六章 節(jié)），因此泄 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 水建筑物一般不布臵在河床。 下面根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，對(duì)正槽溢洪道、側(cè)槽溢洪道及泄水隧洞這三種泄水建筑物進(jìn)行比較選擇。 泄水隧洞布臵得一般原則是：地質(zhì)條件好，路線短，水流順暢，與樞紐其他建筑無(wú)相互不良的影響。洞線宜選擇在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖體完整穩(wěn)定、巖性堅(jiān)硬，上覆巖體厚度大，水文地質(zhì)條件有利和施工方便的地段。避開(kāi)圍巖破碎、地下水位高或滲水量很大的 巖層和可能坍塌的不穩(wěn)定地帶，同時(shí)防止洞身離地表太淺。 本工程壩址區(qū)地處華夏系及新華夏系構(gòu)造復(fù)合部位，壩址區(qū)斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖層坍塌和撓曲常見(jiàn)。 壩址區(qū)巖石的透水性及相對(duì)不透水層經(jīng)先導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)，左岸相對(duì)不透水層埋深 10~24 米，上部透水層 q 值為 ~，大者達(dá)到 ，屬中等 嚴(yán)重透水層。 本工程壩高 52 米，正常蓄水位 米，因此要避開(kāi)透水層而布臵泄水隧洞，工程量顯然很大，而且本工程地質(zhì)條件不好，故不采用隧洞泄洪。 河岸溢洪道是布臵在攔河壩壩肩或攔河壩上游水庫(kù)庫(kù)岸的泄洪通 道，水庫(kù)的多余的來(lái)洪經(jīng)此泄往下游河床，常以堰流方式泄水，有較大的超泄能力。 正槽溢洪道 —— 過(guò)堰水流方向與堰下泄槽縱軸線方向一致。 側(cè)槽溢洪道 —— 水流過(guò)堰后急轉(zhuǎn)近 90176。，再經(jīng)泄槽下泄。 從地質(zhì)條件上來(lái)說(shuō)，溢洪道應(yīng)力爭(zhēng)位于較堅(jiān)硬的巖基上，但較泄洪隧洞要求較低，但在地基條件差的基巖上，注意襯砌和防沖得設(shè)計(jì)。 同時(shí)對(duì)于堆石壩而言，河岸溢洪道可與壩體相接，從而既可減少溢洪道的開(kāi)挖量，也可以減少壩體的填筑量。 因此，本工程泄水建筑物采用河岸溢洪道。 正槽溢洪道在水力學(xué)上的特點(diǎn)是，泄流能力完全由堰的型式、尺寸以及堰頂水頭 決定，過(guò)堰流量穩(wěn)定于某一值后，泄槽各斷面的流量也隨之都達(dá)到同一值，故水流平順?lè)€(wěn)定，運(yùn)用安全可靠，另外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。 側(cè)槽溢洪道在當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且河岸陡峭，布臵正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大的開(kāi)挖量時(shí)，可能成為比較經(jīng)濟(jì)的泄水建筑物。與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道前緣可少受地形限制，而向上游庫(kù)岸延伸，由增加溢流前緣寬度而引起開(kāi)挖量增加較少，從而可以以較長(zhǎng)的溢流前緣寬度換取較低的調(diào)洪水位，或換取較高的堰頂高程。 本工程的溢洪道布臵在左岸（說(shuō)明見(jiàn) 節(jié)），岸坡較陡優(yōu)選側(cè)槽溢洪道，但是，溢洪道的興建需 要注意和解決的問(wèn)題是，高水頭、大流量及不利地形地質(zhì)條件下，高速水流引起的一系列水力學(xué)和結(jié)構(gòu)問(wèn)題，而側(cè)槽溢洪道的水流現(xiàn)象復(fù)雜，進(jìn)槽水流須立即轉(zhuǎn)彎近 90176。，再順槽軸線下泄，對(duì)每一個(gè)不同的側(cè)槽斷面，其所通過(guò)的流量是不相同的，然而，側(cè)槽內(nèi)的水流現(xiàn)象的復(fù)雜性，并不僅僅表現(xiàn)在流量的沿程的變化上，水流自堰跌入側(cè)槽后，在慣性的作用下，沖向側(cè)槽對(duì)岸壁，并向上翻騰，然后再重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個(gè)橫軸螺旋流。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 考慮到側(cè)槽溢洪道水流現(xiàn)象的復(fù)雜，而且，本工程地質(zhì)條件較差，建側(cè)槽溢洪道對(duì)結(jié)構(gòu)方面的要求會(huì)很高，危險(xiǎn)性大，同 時(shí)由于本樞紐的壩體不是很高，正槽溢洪道的開(kāi)挖量不會(huì)增加很大。 綜上所述，結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，泄水建筑物采用正槽溢洪道，布臵于左岸與壩體相接。 節(jié) 調(diào)洪演算及建筑物尺寸的確定 調(diào)洪演算過(guò)程 通過(guò)洪水資料，作出設(shè)計(jì)情況和校核情況下的洪水過(guò)程線； 假定堰高、堰寬，確定各情況下的起調(diào)流量； 假定不同的下泄流量 q,由洪水過(guò)程線求出庫(kù)容 V，由庫(kù)容 V，查水位 庫(kù)容曲線，找出相應(yīng)的水位 H，從而，對(duì)于每一組情況下可作出一條 Q~H 曲線； 根據(jù)公式 Q=εm g2 H3/2,又可作出一條 Q~H 曲線； 對(duì)應(yīng)于每一種情況，可從 QH 圖中確定相應(yīng)的 Q 和 H 值。 洪水過(guò)程線的模擬 由于本設(shè)計(jì)中資料有限，僅有 p=2%、 p=%的流量及相應(yīng)的三日洪水總量，無(wú)法準(zhǔn)確畫(huà)出洪水過(guò)程線。設(shè)計(jì)中采用三角形法模擬洪水過(guò)程線。根據(jù)洪峰流量和三日洪水總量，可作出一個(gè)三角形（如圖中虛線），根據(jù)水量相等原則，對(duì)三角形進(jìn)行修正，得到一條模擬的洪水過(guò)程線（如圖中的實(shí)線）。 計(jì)算公式 計(jì)算采用 公式： Q=εmB g2 H3/2 式中：ε — 側(cè)收縮系數(shù)，ε =； m— 流量系數(shù)， m=； B— 溢流孔口凈寬； H— 堰上水頭。 圖 41 三角形法 圖 42 洪水過(guò)程線 圖 43 調(diào)洪演算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 計(jì)算結(jié)果 計(jì)算結(jié)果如下表： 方案 堰頂高程(m) 設(shè)計(jì)洪水位 (m) 設(shè)計(jì)下泄流量 (m3/s) 校核洪水位 (m) 校核下泄流量 (m3/s) 超高（ m） 1 堰頂寬 B=8米 2 3 4 堰頂寬 B=10米 5 6 注：超高△ Z =校核洪水位 正常蓄水位； 發(fā)電引用最大流量 5m3/s，相對(duì)較小，在計(jì)算時(shí)不予考慮。 方案選擇 以上方案中，上游水位超高△ Z 均小于 ，滿足要求，但方案 3 中 Q 泄=255m3/s，大于最大下泄流量 250m3/s，故方案 3 先舍去，剩下的五組方案均能滿足以上的兩個(gè)條件，因而方案的選擇需通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選定。本設(shè)計(jì)對(duì)此只做定性分析，同時(shí)也考慮與導(dǎo)流洞結(jié)合的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)△ Z 大，壩增高，大壩工程量加大； B 大則增加隧洞的開(kāi)挖及其它工程量，而 Q/B 越大消能越困難，襯砌要求也高。方案 1， 2 雖然 B 小，但是 Q/B 及水頭較大，增加閘門(mén)及啟閉設(shè)備的造價(jià)，且△ Z 相對(duì)較大，主體工程較大，故不予采用。方案 4， 5， 6 中，△Z 依次 減小，而 Q 及水頭 H 增大不多，故最后采用方案 6。即堰頂高程 ，溢流孔口凈寬 10m；該方案設(shè)計(jì)洪水位 ，設(shè)計(jì)下泄流量 m3/s，校核洪水位 ，校核泄洪量 m3/s。 堰頂高程的確定 堰頂上游 L型擋墻應(yīng)超過(guò)水庫(kù)靜水位以上高度 Δh=2hL+h0+hc 式中： 2hL — 波浪高度 2hL=Vf — 計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)情況為 速；校核情況為最大風(fēng)速。 D — 庫(kù)面吹程 (km)。 h0 — 波浪中心線高出 靜水位高度， h0=LLLh24 2? cthLLH1? 。 hc — 安全超高。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 安全超高見(jiàn)下表： 土壩壩頂安全超高值 (m) 運(yùn)用情況 壩 的 級(jí) 別 1 2 3 4 正常 非常 L型防浪墻高程 =max??? ?? ??校設(shè)校核洪水位設(shè)計(jì)洪水位 hh 通過(guò)計(jì)算： △ h 設(shè) =， △ h 校 = 則 設(shè)計(jì)洪水位 +△ h 設(shè) =+= 校核洪水位 +△ h 校 =+= ∴防浪墻頂高程 =，取為 。 壩頂高程 == 閘門(mén)的設(shè)計(jì) 因?yàn)?B=10m，不是很寬，采用單扇閘門(mén)擋水，選用平板閘門(mén)。閘門(mén)的高度由擋正常蓄水位確定，取 5m；則其寬高比為 滿足在 至 的范圍之內(nèi)。另外布臵時(shí)將閘門(mén)放在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼著堰面下泄。 閘墩 (邊墩 )的長(zhǎng)度應(yīng)滿足工作橋、交通橋及啟閉機(jī)等布臵要求，取 8m。閘墩高 度取決于閘門(mén)和啟閉機(jī)的形式，應(yīng)保證開(kāi)啟后的閘門(mén)底緣高出水庫(kù)最高洪水位，并留有一定安全超高，取 ,閘墩厚度取 。 堰前喇叭口進(jìn)水口底板高程取 。 泄水建筑物的設(shè)計(jì) 溢流堰采用實(shí)用堰的形式；消能方式為挑流消能。 實(shí)用堰堰頂高程從上得為 ，挑出高程為 。 1） 溢流面曲線 曲線1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 堰面曲線采用 WES 曲線。如上圖示的冪曲線（曲線 1）的方程為：yKHx ndn 1?? 式中： dH — 定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂?shù)淖畲笞饔盟^ maxH 的 75%~95%計(jì)算； nK? — 與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，壩面鉛直時(shí)，, ?? nK ，當(dāng)壩面坡度為 3： 1 時(shí)， , ?? nK 。 溢流面曲線坐標(biāo) x， y 的原點(diǎn)在堰頂，上游采用橢圓曲線，方程為 : 1)( )()( 2 222 ???ddd bHybHaHx ~?a aba ?? 本設(shè)計(jì)中： mH ? ， 所以， mHd ? ； , ???? Knba 所以：冪曲線為： yx ?? 橢圓曲線為： 1)( )()( 2222 ??? yx 溢流壩面下游反弧段的半徑為收縮斷面水深 ch 的 10 倍。 如右圖示，根據(jù)能量方程得，2222 ccid hgqhaH ???? 其中 ai 為堰頂高程 與反弧段最低點(diǎn)的高程差。 通過(guò)試算法計(jì)算出 mhc ? 。 得到反弧段的半徑 mhR c )~()10~6( ?? ，取 R=。 中間以直線光滑連接。 計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，橢圓曲線的長(zhǎng)軸只有 ,當(dāng)工作閘門(mén)布臵于堰頂后，難以布臵檢修閘門(mén)。故設(shè)計(jì)中在 橢圓段 后先與一水平 ，以水平線代替，并取其長(zhǎng)度與壩頂相同為 5m。下游部分則與上面設(shè)計(jì)相同。 2） 挑射距離與沖刷坑深度的估算 水舌挑距估算公式： ])(2s i nc osc oss i n[1 21221121 hhgvvvgL ????? ???? 式中： L — 水舌挑距，為鼻坎末端至沖刷坑最深點(diǎn)的距離； 1v — 坎頂水面流速， 1v =q/ 1h =。 ? — 鼻坎挑射角度 ,? =30176。 。 1h — 坎頂平均水深在鉛直面上的投影 , 1h =。 2h — 坎頂至河床表面之差 , 2h =. WES 堰面曲線 斷面2斷面1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 計(jì)算得 L= 沖刷坑深度的估算公式： tHhKt Krr ??? 39。 式中： rt — 沖刷坑深度； H — 上下游水位之差 ,H=