【導(dǎo)讀】站工程等別為Ⅳ等，擋水壩為4級(jí)建筑物，次要建筑物為5級(jí)。循技術(shù)規(guī)范，盡量采用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)；風(fēng)，以使設(shè)計(jì)成果達(dá)到較高水平；圓滿(mǎn)完成要求的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)結(jié)果要有獨(dú)特見(jiàn)解，有創(chuàng)新、有應(yīng)用價(jià)值；數(shù)至少在6000字以上，并有必要的圖表。設(shè)計(jì)繪圖，要求結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、表達(dá)完整清晰，要符合GB規(guī)定。決實(shí)際問(wèn)題的能力。

　　

【正文】 孔口形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便。僅適用于淹沒(méi)損失不大的中小工程。 ?大孔口溢流式：這種形式的溢流孔超泄能力不如開(kāi)敞是溢流也不利于排除其他漂浮物。 計(jì)算 ⑴ 計(jì)算公式 42 通過(guò)兩種孔口形式的對(duì)比，本次采用開(kāi)敞式孔口。他能使水流有較好的超泄能力。 通過(guò)溢流孔的下泄流量 ： ?Q ??? 總溢設(shè) 232 ?HgmnbQ ??溢 初擬閘孔總凈寬 : qQL 溢設(shè)? 設(shè)計(jì)閘孔總凈寬： nbL? 溢流前緣總長(zhǎng)： dnnbL )1(0 ??? （ m） 式中： 0Q —— 經(jīng)過(guò)電站和泄水孔等的下泄流量； ? —— 系數(shù)，正常運(yùn)用時(shí)取 ～ ，校核運(yùn)用時(shí)取 。 q —— 單寬流量 m3/，對(duì)一般軟弱巖石常取 30～ 50m3/ 左右，對(duì)地質(zhì)條件好、下游尾水較深和采用消能效果較好的消能工，可以選取較大的單寬流量。 n —— 孔口數(shù)，孔口寬為 b，則孔口數(shù) bLn /? ，一般選用略大于計(jì)算值的整數(shù)。 d —— 閘墩的厚度，中間閘墩約為孔徑的 11~78，邊閘墩約為 11~10 11 。 ? —— 閘墩側(cè)收縮系數(shù)，與墩頭有關(guān)，根據(jù)規(guī)范 SL2822020 中可取 ? =0. 90～ 。 m —— 流量系數(shù)，曲線型實(shí)用堰的流量系數(shù)主要取決于上游眼高于設(shè)計(jì)水頭之比 dHP堰頂全水頭與設(shè)計(jì)水頭之比 dHH?以及堰上游坡度。 g —— 重力加速度， 2/sm ； ?H —— 堰頂水頭， m。 (2)計(jì)算 ?、確定單寬流量?Q ??? 總溢 43 所以? ?smQ / 3?????? ??總溢正 ? ?sm / 3?????? ??總溢校 根據(jù)地質(zhì)條件來(lái)看，巖石為較好巖石。所以去 q=50? ?sm/3 所以溢流前緣總凈寬qQL 溢? ? ?mqQ ??? 溢正 ? ?mqL ??溢校 ?、選定閘門(mén)單孔寬度：對(duì)于大、中型壩常用 b=86m。所以閘門(mén)單孔寬度 b=9m,n取 5。 ?、閘墩的厚度 d取 ,所以取 2m。 ④ 、閘門(mén)總凈寬 ? ?mnbB 4595 ????總正 總校 ⑤ 、溢流前緣總寬度? ?dnLL 10 ??? ? ? ? ? ? ?mdnLL 522154410 ????????正 ? ? ? ? ? ?mdnL ????????校 設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算 計(jì)算情況 Q總（ m3/s） Q溢設(shè)（ m3/s） q（ m3/） b 單孔總寬（ m） 設(shè)計(jì)L(m) n B 閘門(mén)總寬L。（ m） 44 （ m) 校核洪水 3654 50 9 5 45 52 設(shè)計(jì)洪水 2231 50 9 5 45 取流量系數(shù) ?m , 側(cè)收縮系數(shù) ?? ， 則根據(jù) 232 ?HgmnbQ ??溢 可得322 ?????????gmnbQH? 溢? 1）、設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：? ?mH 32 ??????? ??????? 則 設(shè) 計(jì) 洪 水 位 時(shí) 的 堰 頂 高 程 為 設(shè) 計(jì) 洪 水 位 減 去?H (=). 則設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的堰頂高程： 2）、校核洪水位時(shí)：? ?mH 32 ??????? ??????? 則設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的堰頂高程為設(shè)計(jì)洪水位減去?H(=). 則校核洪水位時(shí)的堰頂高程為： 所以取堰頂高程為： 二、消能防沖設(shè)計(jì) 通過(guò)溢流壩頂下泄的水流，具有很大能量，所以要采取有效的消能措施，保護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計(jì)的原則：消能效果好，結(jié)構(gòu)可靠，防止空蝕和磨蝕，以保證壩體和有關(guān)建筑物的安全。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)壩址地形，地址條件，樞紐布置，壩高、下泄流量等綜合考慮。 溢流壩常用的消能方式是：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能。 挑流消能是利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄 急流拋向空中，然后落入離建筑物較遠(yuǎn)的河床，與下游水流相銜接的消能方式。挑流消能通過(guò)鼻坎可以有效地控制射流落入下游河床的位置、范圍、和流量分布，對(duì)尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)果簡(jiǎn)單，施工、維修方便。工程量小。但下游沖刷較嚴(yán)重，堆積物較多，尾水波動(dòng)與霧化較大。挑流消能適用于基巖比較堅(jiān)固的中、高水頭各類(lèi)泄水建筑 45 物，應(yīng)用較廣泛，較經(jīng)濟(jì)。 底流消能：底流消能是通過(guò)水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多余?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面漩滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪切和摻混作用。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果 好、對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小等優(yōu)點(diǎn)，多用于中、低水頭。但護(hù)士坦較長(zhǎng)，土石方開(kāi)挖量和混凝土澆筑量一般都較大，與挑流消能比較，底流消能在經(jīng)濟(jì)方面往往不利。 綜上所述：選用連續(xù)式挑流消能 （一）、挑流鼻坎的設(shè)計(jì) 挑流鼻坎的型式多樣，采用連續(xù)坎。根據(jù)試驗(yàn)，鼻坎挑射角度一般采用?? 2520 —?? ，本次設(shè)計(jì)采用 ?20?? 。鼻坎高程一般高出最大下游水位 1～2m，所以鼻坎高程為： ? ? ?? 。鼻坎反 弧半徑 R 一般采用? ?h104— ， h 為鼻坎上水深 (二 )、水舌挑射距離和沖刷坑深度的計(jì)算 水舌挑射距離按水舌外緣計(jì)算，其估算公式為： ? ?? ?21221121 2s i nc o sc o ss i n1 hhggL ???? ??????? 其中： L 為水舌挑射距離（ m）； g 為重力加速度（ 2sm ） ； 1? 為坎頂水面流速（ m/s），約為鼻坎處平均流速的 倍； ? 為挑射角度； 1h 為坎頂平均水深 h 在鉛直向的投影， ?cos1 hh ? ； 2h 為坎頂至河床面的高差（ m）。 1）、鼻坎處水流平均流速用水力學(xué)挑流消能的計(jì)算公式 gH2?? ? 式中： ——? 堰面流速系數(shù) 46 ——H 庫(kù)水位至坎頂?shù)母卟? ?? ? ? ? ??????? 因?yàn)? ?? BhAQ ?? ，其中 B為鼻坎處水面寬， h 為坎頂平均水深 所以 )( 50 mBQh ???? ? 所以反弧半徑 ? ? ? ?mhR —— ?? 2）、坎頂平均水深：? ?mhh ???? ?? 3)、坎頂至河床面的高差：? ? ??? 4）、坎頂水面流速：? ?sm / ???? ?? 5）、挑距 LLL ???39。 ①? ?? ? 1 0220202 ?????L ? ?? ② ? ?mTL ????? ?? ? ?mLLL 39。 ?????? 沖刷坑深度的估算公式為 : Hqtk ?? 式中： kt 為水墊厚度，即水面至坑底的距離（ m）； q為單寬流量； H為上下游水位差（ m）； ? 為沖坑系數(shù)，對(duì)于堅(jiān)硬較完整的基巖 ? =～ ，堅(jiān)硬但完整性較差的基巖 ? =～ 。 所以：? ?mt k ???? 則最大沖坑深度： ? ? ? ?mt k 39。 ???? 則：39。 ??ktL 47 滿(mǎn)足《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定要求，所以挑流形成的沖刷坑不會(huì)影響大壩的安全。 三、溢流壩的剖面設(shè)計(jì) 溢流壩的基本剖面為三角形，上游面為鉛直，下游面傾斜。溢流面由頂部曲線段、中間 直線段和反弧段三部分組成。 （一）頂部曲線段 maxH 為校核洪水位時(shí)對(duì)應(yīng)的堰頂高程：? ?mH ? 堰頂?shù)亩ㄐ驮O(shè)計(jì)水頭? ? ? ?mHd m ax ???? — ?。?? ?mHd 10? 采用 WES 型溢流堰頂部曲線以堰頂為界分上游段和下游段兩部分 上游段曲線用三圓?。? ? ?mHR d ?? ? ?mHx d ???? ? ?mHR d ?? ? ?mHx d 7 ???? ? ?mHR d ?? ? ?mHx d 8 ???? 下游段曲線，當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)的計(jì)算公式為： yHx d ? 所以： xHxy d ?? 按上式的的坐標(biāo)值如下表所示 x(m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 y(m) 0 48 0 . 1 7 5 H d0 . 2 6 7 H d0 . 2 8 2 H dR1=0.5HdR2=0.2HdR3xy 圖 31 WES 型堰面曲線 （二）反弧段的設(shè)計(jì) 根據(jù) DL 5108— 1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于挑流消能， R=(4～10)h,為校核洪水閘門(mén)全開(kāi)時(shí)反弧段最低點(diǎn)處的水深。當(dāng)流速小于 16m/s 時(shí)取下限；流速較大時(shí)，宜采用較大值。取 R=11(m)。 （三）中間直線段 中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩段的下游坡相同 坡度 ? ? 的下游直線段 CD 與曲線 OC相切與 C點(diǎn)， C點(diǎn)坐標(biāo) ,ccxy 可如下求的： 對(duì)堰面求一階導(dǎo)數(shù) xdxdy ? 直線 CD的坡度為： ?? mdxdy 所以， ?cx ?cy 反弧曲線的上端與直線 CD 相切于 D點(diǎn)，下端與鼻坎末端相切與 E點(diǎn)。 D點(diǎn)、 49 E點(diǎn)及反弧段曲線 10 的坐標(biāo)，可利用作圖法或分析法確定 1）、確定 反弧圓心 39。O 點(diǎn)的坐標(biāo)（ ?x ， ?y ）及直線與反弧切點(diǎn) D（ Dx ， Dy ）的坐標(biāo)： 圓心高程： ???? R? 所以： ? ?my ???? 2）、直線與反弧切點(diǎn) D為： ? ?myRy D o s ?????? ?? ? ?mtg yyxx CDCD ?????? ? ? ?mRxx D i i n ?????? ?? ? 所以： C（ ,） ,D（ ,） ,O（ ,）， A（ ,）。 1:0.8DCORhβ 50 圖 32 溢流壩剖面圖 進(jìn)水口段的確定 進(jìn)水口段包括：進(jìn)水口、閘門(mén)室、通氣孔、攔污柵、平壓管和漸變段幾部分。 進(jìn)水口高程的確定： 校核 洪水位 設(shè)計(jì)洪水位 正常蓄水位 死水位 正常蓄水位下的相應(yīng)庫(kù)容 萬(wàn) m3 調(diào)節(jié)庫(kù)容 0萬(wàn) m3 死庫(kù)容 萬(wàn) m3 水庫(kù)死水位高程為 ，根據(jù)《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL285－ 2020，有壓式進(jìn)水口最小淹沒(méi)深度，防止產(chǎn)生貫流式漏斗漩渦考慮，最小淹沒(méi)深度可按下式估算： 。取，邊界復(fù)雜和側(cè)向水流系數(shù)，對(duì)稱(chēng)水流?。?；閘孔斷面平均流速（）；閘孔高度（表示最小淹沒(méi)深度；式中：/2/1??????CsmsVmdSC V dS S=CVd189。= 5 189。= 所以 ，進(jìn)水口淹沒(méi)深度為 。進(jìn)水口頂高程為 ==；進(jìn)水口底板高程為 ==。 1)、進(jìn)水口尺寸擬定： 12222 ?? byax 式中： a =（ 1～ ） D，取 a=1 =, b= D = = 所以： 12222 ?? byax 閘門(mén)段： ～ 倍引水?dāng)嗝娣e，閘門(mén)高 H=4m，寬 B= 51 2）、漸變段：事故閘門(mén)后接一漸變段，漸變段施工復(fù)雜，所以不宜太長(zhǎng)。但為使水流平順，也不宜太短，一般采用洞身直徑 d 的 ~ 倍。洞身直徑d=，漸變段長(zhǎng)度 L=2 =。漸變段長(zhǎng)度由方形變?yōu)閳A形。 3）、通氣孔面積： ? ?aaQa V? 式中： a 為通氣孔斷面面積 2m ； aQ 為進(jìn)水口進(jìn)水流量，一般為最大引水流量量， 3ms； ??aV 為通氣孔允許風(fēng)速，壩式進(jìn)水口取 70～ 80 3ms； ? ?aaQa V? =247。 80= 2m 4）、沖沙底孔：靠近進(jìn)水口，施工前期的導(dǎo)流底孔可作為后期的沖沙底孔。 引水管道的確定 本電站最大引用流量為 ／ s,廠房為壩后式廠房，采用從壩上直接引水，壩內(nèi)埋管，后接明 鋼管引水至廠房機(jī)組。 根據(jù)規(guī)范，我國(guó)一般采用以下規(guī)范：當(dāng)作用設(shè)計(jì)水頭在 3070m 時(shí)，為 36m／ s,設(shè)計(jì)水頭在 70100m 時(shí)為 57m／ s，明鋼管和地下埋管為 46m／ s，鋼筋混凝土管為 24m／ s。 本工程壓力管道的設(shè)計(jì)流量為 247。 3= m3／ s 經(jīng)濟(jì)流速設(shè)計(jì)為 3 m／ s，需要管道直徑為 D，根據(jù)公式計(jì)算： D= ?????? VeQd?4= Qd 壓力管道的設(shè)計(jì)流量為 ／ s Ve經(jīng)濟(jì)流速，取 5 所以管道直徑取 52 水電站廠房的布置設(shè)計(jì) 電站的基本參數(shù) 設(shè)計(jì)洪水位（ 30 年一遇），下游水深 校核洪