【文章內容簡介】 /sina式中，Y t——切點縱坐標,為 ；a——直線段壩面與水平方向的夾角，為 55176。；Ⅲ 從堰頂曲線起點到計算點(X i,Yi)的壩面距離：L=L c,t+Ls；Ⅳ 計算邊界層厚度 δ：按 Bauner 公式計算，δ=(L/K) ,式中，K——壩面粗糙高度，對于混凝土壩面，建議取 ～，這里取 ；Ⅴ 計算單寬流量，對于閘墩內(Xi)，q=Q/36= m 3/s。對于閘墩外部(Xi),q=Q/(36+6)= m3/s；Ⅵ 按下式，推求勢流水深 hp。H+Y i=hpcosa+q2/2ghp2 ； Ⅶ 正交于壩面的水深為 h=hp+。按照上述計算過程將計算列于表 32。表 32 壩面不摻氣水深計算分段 i Xi Yi 斜率 Xi/Hd Lc/Hd Lc Ls L δ q hp hWES 段 1 2 3 4 5 直線段 6 7 注：表中單位均為國際單位。③ 摻氣及波動水深計算當弗氏系數(shù) Fr2 時 ，應考慮波動幾摻氣后水面升高的影響。摻氣水深公hgqFr??式hb=h(1+ζv/100)式中 h，h b——摻氣及波動前、后水深（m） ；v——摻氣及波動前計算斷面上的平均流速(m/s)；ζ——修正系數(shù)，一般為 ～。采用 。計算過程整理如表 33 所示表 33 摻氣及波動水深計算Xi Yi q h Fr hb （4）成果整理將上述的計算結果整理并繪制，得到如圖 34 所示的水面線。閘墩校 圖 34 溢流壩水面線第四章 放空壩段設計計算 放空計算（1）放空要求放空形式：從正常水位放空到死水位；從正常水位放到溢流堰頂為表孔和深孔聯(lián)合泄水；從溢流堰頂?shù)剿浪粸樯羁讍为毿顾Ｒ笤?40 天內放空。放空時段擬選在最枯時段（1～4 月） 。防空時需考慮河流的來流量。（2）基本資料多年月平均來流量（見說明書表 ） ；水位庫容曲線（見藍圖）堰頂高程：； 表孔尺寸：三孔，寬 12 米；深孔尺寸：一孔，4； 孔中心線高程：153；壩基高程：136 正常水位： 死水位：（3）計算過程①將放空過程分為若干小段（7 段，每 米一段） ，以方便計算和提高計算精度。同時在水位庫容曲線上差出相應的庫容。②計算出堰頂平均水頭和堰流流量。平均水頭為兩水位的平均值。堰頂流量，式中：mε=，B=312=36。只有在正常水位到堰頂水位的過2/30HgBmQ???程放考慮此流量。③計算出深孔的平均水頭極其流量。平均水頭為兩水位的平均作用水頭。深孔流量,式中：μ——孔口流量系數(shù)，對于深孔取 ～，擬取 ；A k g2Ak???出口處面積，為 4=14m2。④計算下泄總流量，對于從正常高水位到堰頂高程為堰流流量加上深孔流量；從堰頂?shù)剿浪粸樯羁琢髁?。⑤放空的庫容，為此段時間所防空的時間。⑥時間，放空所用的時間，為庫容除以總流量。表 41 放空計算水位 庫容 堰頂平均水頭 堰流流量 深孔平均水頭 深孔流量 總流量 放空庫容 時間(s)正 178 +09 +09 +04175 +09 +05 +08 +05頂 +08 +05170 +08 0 0 249084 +05 +08 0 0 1041105 +06死 +08 0 0 +05注：流量和庫容的單位分別為 m3/s， m 3⑦總共所花費時間：2838621 秒，折算為 （40）天。（4）結果分析孔口尺寸為 4，孔中心高程 153 的放空孔，在 1～4 月進行放空，可在 天內完成，完全滿足 40 的要求。 下游消能防沖計算（1）消能形式：連續(xù)式的挑流鼻坎；（2）要求結果：挑射角、鼻坎高程、反弧半徑；（3）基本要求：①連續(xù)式的挑流鼻坎的挑射角，根據(jù)我國的工程實踐經驗，以 20176。～25176。為宜，定采用 20176。的挑射角。②鼻坎高程以高于下游水位 1～2 米為宜。初可將坎底最底點高程定為下游最高水位，即下游校核水位 米，可以保證鼻坎的高程高出下游水位少許。③鼻坎反弧段半徑 R 以 4～10 倍的 hc 為宜，hc 為鼻坎上的水深，定為 R=6hc.（4）計算過程求鼻坎最低點處的水深。根據(jù)水力學知識建立壩段水流的能量方程為：E=hc+Vc2/2gφ 2 式中: E0 ==33mΦ——流速系數(shù)，對于該樞紐為中等長度的溢流面，取為 Vc——該斷面流速 hc——該斷面處水深則：——Ⅰ???斷面流速 cqV式中：q——該處單寬流量 s/)(. ???????即 ——Ⅱcch1583V聯(lián)列Ⅰ、Ⅱ兩式解得： Vc=hc=則反弧段半徑為 R=6hc =6=該反弧上游必須和無壓段的拋物線銜接并相切。根據(jù)以上做圖，鼻坎最高點高程為，高出下游最高水位（） 米，滿足高出下游最高水位 1～2 米的設計要求。 水力校核（1）計算工況：校核工況和設計工況。（2）基本原理：鼻坎設計完畢后，還需驗算該挑流消能是否會危及建筑物的安全，常用沖坑上游坡做為標準，即： ckiLti??式中 tk——沖坑深度（米） ；L——沖坑最深深度距建筑物距離；i——沖坑上游坡；ic——安全臨界坡，可取 1/3～1/4。（3）計算過程①校核情況下挑距計算： )h(g2sinvcosinv(g1L 212112 ?????式中： L ——水舌拋距，按水舌外緣計算（m） ；v1 ——坎頂水面流速，；sm/).(...01 ???????θ——鼻坎挑射角，θ=20176。；q ——鼻坎處的單寬流量，　　　　　　　 ；sgh /)(. ????????h1——坎頂垂直方向水深，h 1=hc/cosθ=；h2——坎頂與河床間的高差，h 2==；帶入計算得： L=。沖刷坑計算： ???式中： α 1 ——沖坑系數(shù)，由于該樞紐地基巖石完整堅硬，取 ；q ——單寬流量，q=；H ——上下游水位差，H==33m；帶入計算： tk==；沖坑上游坡 ???Ltk滿足要求。②設計情況下挑距計算： )h(g2sinvcosinv(g1L 212112 ?????式中： L ——水舌拋距，按水舌外緣計算（m）v1 ——坎頂水面流速， sm/529.)(..0 ???????θ——鼻坎挑射角，θ=20176。q ——鼻坎處的單寬流量，；smgh /)( ????????h1——坎頂垂直方向水深，h 1=q/v1=h2——坎頂與河床間的高差，h 2==帶入計算得： L=沖刷坑計算： ???式中： α 1 ——沖坑系數(shù)，由于該樞紐地基巖石完整堅硬，取 q ——單寬流量，q=H ——上下游水位差，H==帶入計算： tk==沖坑上游坡 ???Ltk滿足基本要求。 水面線計算（1）水面線計算的目的深孔中孔頂板高度、導墻高度、閘門門軸位置的確定都需要知道水面線的情況。（2）水面線計算的基本原理基本原理是水力學的能量平衡方程。分別在壩前和計算截面處建立能量斷面，建立能量方程E=hccosa+Vc2/2gφ 2 式中: E0 =178151+y=27+y；Φ——流速系數(shù)，對于該樞紐為中等長度的溢流面，取為 ； Vc——該斷面流速； hc——該斷面處垂直方向上水深； a ——曲線切線和水平方向的夾角。又有 hc=q/Vc，將這兩方程聯(lián)列即可求得該處垂直水深，其中單寬流量為 。（3）計算過程及成果根據(jù)以上的計算原理計算如表。表 42 深孔水面線計算i Xi(m) Yi(m) 角度 α 水深 h(m) 流速 V(m/s)1 0 0 0 2 3 4 5 0 6 7 20 圖 41 深孔水面線示意圖第五章 電站壩段設計計算 基本尺寸擬訂（1）基本資料水輪機型號： ZZ440壓力鋼管直徑： 最大引用流量 80m3/s相應下游水位: （水電站下游設計最低水位）額定出力: 24000kw加權平均水頭： Ha=(178+)/=設計水頭： Hr=Ha=（2）轉輪直徑的確定轉輪直徑為： ????2/3r39。式中： Nr——額定出力，24000kw。Hr——設計水頭，；Q1‘,η——單位流量、效率。在 ZZ440 型水輪機模型綜合特性曲線圖（《水力機械》圖 310）上查得工況點（ =115,σ=）39。10n對應的 =1205L/s,ηm=%,由此確定水輪機效率39。1Qη=。綜上確定轉輪直徑 ????選用與之接近而偏大的標準直徑 D1= 米。（3）轉速和氣蝕系數(shù)的確定①轉速 min/39。10 ????取標準偏大的標準同步轉速為 ②氣蝕系數(shù) min/39。r ??? s/...0Q32/3239。max1 ??在 ZZ440 型水輪機模型綜合特性曲線圖（《水力機械》圖 310）上查得工況點（ =, =）的對應的氣蝕系數(shù)為 σ=。39。r1n39。max1設計水頭 Hr= 對應的氣蝕系數(shù)修正值△σ=（4）安裝高程的確定安裝高程為 2bH0sminT???下 )(????式中： T——安裝高程；?下 min——水電站下游設計最低水位，；b0——導水葉高度，ZZ440 型水輪機相對導葉高度為 ，則b0===；Hs——吸出高，——水電廠房所在地點海拔高程，初擬時為為下游平均水位高程：?；σ——氣蝕系數(shù)為 σ=；△σ——氣蝕系數(shù)修正值△σ=。H——設計水頭， 米。 )04..( ???????滿足允許吸出高的要求（[H s]=4） 。綜上有： ?????（5）尾水管高度長度的確定。其高度是指導葉底環(huán)平面到尾水管板之間的高差。對于轉漿式水輪機，要求h≥ 1，擬訂取 h=== 米。由此確定尾水管高程 。總長度是指從機組中心線到尾水管出口的水平距離。通常要求 L=(～)D 1，這里擬訂 L=== 米。（6）發(fā)電機層樓板高程要求保證下游設計洪水不會淹沒廠房，一般比下游最高水位高出 ～1 米。取 米，即該高程為 +1=。（7）廠房主體尺寸確定壩后式廠房機組段長度約為轉輪直徑的 4 倍左右，即 L1=4D1=4=，取 15 米，并以此作為一個廠房壩段的寬度為 15 米；端機組段長度需要考慮其他一些設備的安裝要求，初擬 L2=17 米；安裝場寬度擬訂為 L3=16 米。由上有，廠房的長度為 L=2L1+L2+L3=63m。第六章 施工導流計算 河床束窄度從地形圖可知，河床底部寬度 108 米，于是可將縱向圍堰修在深孔左側，距離左岸 處。由于兩岸坡度大致相等。大致計算河床束窄度： K= A1/ A2= 一期圍堰計算 一期圍堰為低水圍堰，其高程可按下式計算：Hu=Zd+ Z+??Hd= Zd+式中：Z d——下游水位，由相應的施工期流量查水位 ~流量曲線得； Z——水位壅高， Z= ，對于梯形圍堰，取 ；?gVoc2??——安全超高，由《水利工程施工》表 13《不過水圍堰堰頂安全超高下?限值》查得 δ=；Vc——被束窄河床斷面流速；V0——原河床斷面流速。20 年一遇的導流標準對應的流量為 Q=2800m3/s,由水位—流量關系曲線可查得下游水位 Zd=。由河床剖面圖可看出，河床斷面近似為梯形斷面，右岸坡度近似為1：，左岸坡度為 1：,河谷寬度 108 米，束窄河谷寬度 米。原河床底部高程145 米。所以原河床斷面面積A1= 3852).(????束窄后的河床斷面面積為A2= Ⅰ2..).5.( zz??式中： z——相對河谷的水深。所以 V0 =Q/ A1=2800/385=Vc=Q/ A2=2800/A2 Z= =ZZd=z+ Ⅱ?gVoc2??聯(lián)列ⅠⅡ求解得，水深 z=。水位壅高 Z=z+= 米。?（1）上游圍堰高程：Hu=Zd+ Z+ =++= 米??（2）下游圍堰高程：Hd= Zd+ =+= 米 二期圍堰高程的確定 計算原理采用三角調洪法來進行調洪演算計算上游水位，上游圍堰高程即由上游水位加上波浪爬高和安全超高來確定。下游圍堰高程由調洪演算得到的下泄流量查水位—下泄流量關系曲線得到下游水位加上波浪爬高和安全超高來確定。 調洪演算計算過程如下：,再在圖上任取下列幾個流量值：計算簡圖如圖 61: 時 間流 量 Qnq321V圖 61 洪水過程線的高切林法三角形任取三個流量：q1=1000 m3/s q2=1500 m3/s q3=2022 m3/s三角形底邊長為 1253600=105s則它的面積即庫容為：V=10 52800/2=108 m3同理：V 1=1051000/2=108m3V2=1051500/2=108 m3V3=1052022/2=108 m3 深孔底板高程為 1