【導讀】站工程等別為Ⅳ等，擋水壩為4級建筑物，次要建筑物為5級。循技術規(guī)范，盡量采用國內(nèi)外的先進技術與經(jīng)驗；風，以使設計成果達到較高水平；圓滿完成要求的設計內(nèi)容，設計結果要有獨特見解，有創(chuàng)新、有應用價值；數(shù)至少在6000字以上，并有必要的圖表。設計繪圖，要求結構合理、工藝性好、表達完整清晰，要符合GB規(guī)定。決實際問題的能力。

　　

【正文】 孔口形式的優(yōu)點是結構簡單，管理方便。僅適用于淹沒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敞是溢流也不利于排除其他漂浮物。 計算 ⑴ 計算公式 42 通過兩種孔口形式的對比，本次采用開敞式孔口。他能使水流有較好的超泄能力。 通過溢流孔的下泄流量 ： ?Q ??? 總溢設 232 ?HgmnbQ ??溢 初擬閘孔總凈寬 : qQL 溢設? 設計閘孔總凈寬： nbL? 溢流前緣總長： dnnbL )1(0 ??? （ m） 式中： 0Q —— 經(jīng)過電站和泄水孔等的下泄流量； ? —— 系數(shù)，正常運用時取 ～ ，校核運用時取 。 q —— 單寬流量 m3/，對一般軟弱巖石常取 30～ 50m3/ 左右，對地質條件好、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 。 ? —— 閘墩側收縮系數(shù)，與墩頭有關，根據(jù)規(guī)范 SL2822020 中可取 ? =0. 90～ 。 m —— 流量系數(shù)，曲線型實用堰的流量系數(shù)主要取決于上游眼高于設計水頭之比 dHP堰頂全水頭與設計水頭之比 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)地質條件來看，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 ?、選定閘門單孔寬度：對于大、中型壩常用 b=86m。所以閘門單孔寬度 b=9m,n取 5。 ?、閘墩的厚度 d取 ,所以取 2m。 ④ 、閘門總凈寬 ? ?mnbB 4595 ????總正 總校 ⑤ 、溢流前緣總寬度? ?dnLL 10 ??? ? ? ? ? ? ?mdnLL 522154410 ????????正 ? ? ? ? ? ?mdnL ????????校 設計洪水位和校核洪水位時的各項參數(shù)計算 計算情況 Q總（ m3/s） Q溢設（ m3/s） q（ m3/） b 單孔總寬（ m） 設計L(m) n B 閘門總寬L。（ m） 44 （ m) 校核洪水 3654 50 9 5 45 52 設計洪水 2231 50 9 5 45 取流量系數(shù) ?m , 側收縮系數(shù) ?? ， 則根據(jù) 232 ?HgmnbQ ??溢 可得322 ?????????gmnbQH? 溢? 1）、設計洪水位時：? ?mH 32 ??????? ??????? 則 設 計 洪 水 位 時 的 堰 頂 高 程 為 設 計 洪 水 位 減 去?H (=). 則設計洪水位時的堰頂高程： 2）、校核洪水位時：? ?mH 32 ??????? ??????? 則設計洪水位時的堰頂高程為設計洪水位減去?H(=). 則校核洪水位時的堰頂高程為： 所以取堰頂高程為： 二、消能防沖設計 通過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，保護下游河床免受沖刷。消能設計的原則：消能效果好，結構可靠，防止空蝕和磨蝕，以保證壩體和有關建筑物的安全。設計時應根據(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的河床，與下游水流相銜接的消能方式。挑流消能通過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，對尾水變幅適應性強，結果簡單，施工、維修方便。工程量小。但下游沖刷較嚴重，堆積物較多，尾水波動與霧化較大。挑流消能適用于基巖比較堅固的中、高水頭各類泄水建筑 45 物，應用較廣泛，較經(jīng)濟。 底流消能：底流消能是通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉變?yōu)榫徚?，以消除多余動能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面漩滾與底部主流間的強烈紊動、剪切和摻混作用。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果 好、對地質條件和尾水變幅適應性強以及水流霧化很小等優(yōu)點，多用于中、低水頭。但護士坦較長，土石方開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）、挑流鼻坎的設計 挑流鼻坎的型式多樣，采用連續(xù)坎。根據(jù)試驗，鼻坎挑射角度一般采用?? 2520 —?? ，本次設計采用 ?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算 水舌挑射距離按水舌外緣計算，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挑流消能的計算公式 gH2?? ? 式中： ——? 堰面流速系數(shù) 46 ——H 庫水位至坎頂?shù)母卟? ?? ? ? ? ??????? 因為 ?? 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)，對于堅硬較完整的基巖 ? =～ ，堅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 滿足《混凝土重力壩設計規(guī)范》的規(guī)定要求，所以挑流形成的沖刷坑不會影響大壩的安全。 三、溢流壩的剖面設計 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 為校核洪水位時對應的堰頂高程：? ?mH ? 堰頂?shù)亩ㄐ驮O計水頭? ? ? ?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 上游段曲線用三圓弧： ? ?mHR d ?? ? ?mHx d ???? ? ?mHR d ?? ? ?mHx d 7 ???? ? ?mHR d ?? ? ?mHx d 8 ???? 下游段曲線，當壩體上游面為鉛直時的計算公式為： yHx d ? 所以： xHxy d ?? 按上式的的坐標值如下表所示 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）反弧段的設計 根據(jù) DL 5108— 1999《混凝土重力壩設計規(guī)范》規(guī)定：對于挑流消能， R=(4～10)h,為校核洪水閘門全開時反弧段最低點處的水深。當流速小于 16m/s 時取下限；流速較大時，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， C點坐標 ,ccxy 可如下求的： 對堰面求一階導數(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，下端與鼻坎末端相切與 E點。 D點、 49 E點及反弧段曲線 10 的坐標，可利用作圖法或分析法確定 1）、確定 反弧圓心 39。O 點的坐標（ ?x ， ?y ）及直線與反弧切點 D（ Dx ， Dy ）的坐標： 圓心高程： ???? R? 所以： ? ?my ???? 2）、直線與反弧切點 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 進水口段的確定 進水口段包括：進水口、閘門室、通氣孔、攔污柵、平壓管和漸變段幾部分。 進水口高程的確定： 校核 洪水位 設計洪水位 正常蓄水位 死水位 正常蓄水位下的相應庫容 萬 m3 調(diào)節(jié)庫容 0萬 m3 死庫容 萬 m3 水庫死水位高程為 ，根據(jù)《水利水電工程進水口設計規(guī)范》 SL285－ 2020，有壓式進水口最小淹沒深度，防止產(chǎn)生貫流式漏斗漩渦考慮，最小淹沒深度可按下式估算： 。取，邊界復雜和側向水流系數(shù)，對稱水流?。婚l孔斷面平均流速（）；閘孔高度（表示最小淹沒深度；式中：/2/1??????CsmsVmdSC V dS S=CVd189。= 5 189。= 所以 ，進水口淹沒深度為 。進水口頂高程為 ==；進水口底板高程為 ==。 1)、進水口尺寸擬定： 12222 ?? byax 式中： a =（ 1～ ） D，取 a=1 =, b= D = = 所以： 12222 ?? byax 閘門段： ～ 倍引水斷面積，閘門高 H=4m，寬 B= 51 2）、漸變段：事故閘門后接一漸變段，漸變段施工復雜，所以不宜太長。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=，漸變段長度 L=2 =。漸變段長度由方形變?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 為進水口進水流量，一般為最大引水流量量， 3ms； ??aV 為通氣孔允許風速，壩式進水口取 70～ 80 3ms； ? ?aaQa V? =247。 80= 2m 4）、沖沙底孔：靠近進水口，施工前期的導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 鋼管引水至廠房機組。 根據(jù)規(guī)范，我國一般采用以下規(guī)范：當作用設計水頭在 3070m 時，為 36m／ s,設計水頭在 70100m 時為 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計流量為 247。 3= m3／ s 經(jīng)濟流速設計為 3 m／ s，需要管道直徑為 D，根據(jù)公式計算： D= ?????? VeQd?4= Qd 壓力管道的設計流量為 ／ s Ve經(jīng)濟流速，取 5 所以管道直徑取 52 水電站廠房的布置設計 電站的基本參數(shù) 設計洪水位（ 30 年一遇），下游水深 校核洪