水力计算实训报告
溢流坝水力计算说明书
基本资料：
某水利工程在台地形河谷筑坝，主槽设溢流坝。溢流坝为WES型，上游面垂直，下游直线段坡度为1:，上下游堰高相等，溢流坝共5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，由平面闸门控制。坝址附近河段较为顺直，断面为有主槽和边滩的台地形，主槽断面近似为矩形，并且断面变化较小，平均槽深为，平均宽度为52m。拟采用底流式衔接与消能形式。
（1）根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，本工程等级为五等，主要建筑
物属于五级。
（2）水库水位：
正常蓄水位：434.20m
设计洪水位：435.00m
防洪限制水位：432.00m
（3）五十年一遇设计洪水位对应的下泄流量为s；
（4）百年一遇校核洪水的下泄流量为s。
（5）坝址上下游河床高程均为。
（6）溢流坝轮廓尺寸如下图1所示
（7）河道平均坡降i=，糙率n=。
一．溢流坝下游河槽的水力计算
由“基本资料”可知，溢流坝坝址处附近河段较为顺直，河槽按矩形断面计算。河道的比降i为，糙率n为，河槽宽度b为52m，河槽深度为。河槽的设计流量按五十年一遇的设计洪水位对应的下泄流量设计，即Q设为s;坝址处下游河底的高程均为。
1. 计算水库在设计洪水位（五十年一遇）即下泄流量为Q设=1250.00m3时河槽正常水深的计算
河槽正常水深应按明渠均匀流计算，对矩形断面，各水力要素为：
过水断面面积: A=bh
过水断面湿周: x=b+2h
A
水力半径： R=
x
1R1/6
谢才系数： C=
n
断面平均流速： v=AC Ri
河槽流量： v=AC Ri
河槽这一正常水深h t，要求采用试算法。
计算：
当Q流=1250.00m3/s时，依据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表1所示：
表1：水库设计洪水位时，河槽正常水深h t试算表。单位：m
由表1可知，河槽正常水深h t=
则坝下游水位为：
V=河槽底高程+h t
=+
=413.71 m
2．计算水库在校核洪水位（百年一遇）即下泄流量为Q设=1400.00m3/s时河槽正常水深的计算
河槽这一正常水深h t，要求采用迭代法，即由上述各
式解得正常水深h t 的迭代式为：
h （j+1）=b
b i
nQ 5
2j 5
3)
h 2()
(
当Q=s 时，根据上述公式，河槽正常水深h t 计算结果如表2所示：
表2：水库校核洪水位时，河槽正常水深h t 计算表。单位：m
由表2可知：校核洪水位时，河槽正常水深h t =9.39m 则坝下
游水位为+=414.39m
3. 计算并绘制溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线。 表3： 溢流坝下游河槽的“水位～流量”关系曲线计算表.
注： 其中
序号5点为：防洪限制水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号9点为：正常蓄水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号11点为：设计洪水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。 序号13点为：百年一遇水位时的坝下游河槽水深和对应的下泄流量。
根据上表建立坐标，按比例绘制曲线.
（二）确定溢流堰的堰顶高程；设计溢流坝剖面
根据“资料”，五十年一遇的设计洪水量为溢流坝的设计流量，即Q设为s，其对应的设计洪水位为，溢流坝按实用堰流计算，并采用WES型实用堰剖面。
1.确定溢流坝坝顶高程
已知溢流坝共设5孔，每孔净宽为8m，闸墩头部采用半圆形，墩厚为2m，边墩采用圆弧形，其宽度为1m，堰
顶设置平板闸门控制流量。 ① 计算堰上设计水头H d = m
堰上全水头 H 0=3
22?
??
?
??g mB Q S εσ
采用WES 型实用堰，并假定P/H d ＞，则流量系数m d =，设堰为自由出流，即淹没系数s σ=，
H 0=3
22???
?
??g mB Q S εσ
=3
28.9240502.09.011250
?
??
?
???????
=6.2496 m
查表得闸墩形状系数45.00=δ; 查图得边墩形状系数7.0=k δ。
因==
82496
.60
b H ＜1 按b
H 0
=代入计算
{}
nb
H n K 0
0)1(2.01δδε-+-=
={}78.05
1
45.0)15(7.02.01???-+-
=
H 0=3
28.9240502.0922.011250
???
?
??
?????
=6.15 m
因
769.0815.60==b H ＜1 按b
H
0=代入计算
{}
nb
H n K 0
0)1(2.01δδε-+-=
={}769.05
1
45.0)15(7.02.01???-+-
=
H 0=3
28.9240502.0923.011250
???
?
??
?????
=6.15 m
因
768.0814.60==b H ＜1 按b
H
0=代入计算
{}
nb
H n K 0
0)1(2.01δδε-+-=
={}768.05
1
45.0)15(7.02.01???-+-
=
此时，所求得的ε不变，为。说明H 0=6.15 m
已知上游河槽宽为52m ，设计洪水位为435.00m ，河床高程为405.00m ，河槽断面近似为矩形，故上游过水断面面积为：
A=52?（435-405）=1560 m 2
801.01560
1250===
A Q V
m/s 堰上设计水头 H d =H 012.68
.92801.015.622
2
0=?-=?-g V 计算溢流坝坝顶高程
坝顶高程=堰上设计洪水位-H d =
=428.88 m
2. 设计溢流坝剖面
按资料溢流坝采用WES 剖面如图 溢流坝剖面由上游垂直段AB ，上游曲线段AO ，下游曲线段OC ，下游直线段CD ，下游反弧段DE 组成。
①下游斜坡段CD 坡度md= а=55°—59°
②堰的前沿即堰顶0点上游段BO 采用三圆弧，其半径与水平尺寸确定如下：
堰顶O 点上游三圆弧的半径及其水平坐标值为：
R 1==?3.058m X 1=— H d =—?1.0703m R 2= H d =? X 2=— H d =1.688m R 3= H d =0.2446m X 3=— H d =1.7247m O 点下游的曲线方程为： （
d
H y ）=（
d
H x ）85.1 y=?85
,085.1116.6x =322
.985.1x
由已知得OC 曲线段计算结果表4：
根据表4中数值可绘得堰顶下游曲线OC
坡度m d =的下游直线段CD 与曲线OC 相切于C 点，C 点坐标X C Y C 可如下求得：
对堰面曲线求一阶导数
x
y d d =
322
.985
.1=
直线CD 坡度为：
x
y d d =
x
m 1=
7
.01 故有
7.01 X c =85
.01
198.07.01?
?
?
???=10. 226
Y c
=()322
.9226.1085
.1=
坝下游反弧半径r 按下式计算 r=（~）（H d +Z max ） 式中上下游水位差Z max =435—=故 r=（~）（+）=~
取r=8m
反弧曲线的上端与直线CD 相切与D 点下端与河床相切于E 点，D 点E 点及反弧曲线圆心O 点得坐标，可用作图法法或下面的分析法确定。
（1）反弧曲线圆心O ’点
X 0’=X c +m x (P 2—y 2)+rcot （
2
551800
0-）
Y 0’= P 2—r
P 2为下游堰高 X 0’=25.57m Y 0’=15.884m （2） E 点
X E ’= X 0’=25.57m Y E ’= P 2=23.884m （3） D 点 X D =19.017m Y D =20.47m
根据上述计算结果可绘得堰剖面曲线图。
（三）确定水库的校核洪水位；计算水库在正常蓄水位防洪限制水位时的过堰流量；绘制水库(堰上)的“水位～流量”关系曲线。（计算数据在表5中）
1.确定水库的校核洪水位。
已知流量为1400 m 3/s ，计算堰上水头，先假定
33.11
>H
p ，可不考虑行进流速水头，；；流量系数取为，假定侧收缩系数为.先按自由出流，取淹没系数
670.66.194051.09.014003
2
0=?
??
? ?????=H m
查表得，闸墩形状系数为，边墩形状系数为
[]
nb H n k 00)1(2.01ξξε-+-= 917.040
5.010
=-=H ε 把代入公式重新计算0H
590.66.194051.0917.01400
3
20=?
??
? ?????=H m
=d H H 0查表可得=d
m m
即 m= 和上面假定近似 所以假定成立。即堰上水头为 m
2、求正常蓄水时的下泄流量
已知正常蓄水位是 m,因为计算水头不等于设计水头，所以
d H H ≠即d m m ≠
=0H 5.34 m 由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数
[]
nb
H n k 0
0)1(2.01ξξε-+-= 933.040
5.010
=-
=H ε 根据869.00=d H H 查表可得=m
23
02H g mb Q s εσ==1011m 3
/s
3、求防洪限制水位时的下泄流量
已知防洪限制水位是 m,因为计算水头不等于设计水头，所以
d H H ≠即d m m ≠
=0H 3.14 m 由上面可知堰为自由出流，侧收缩系数
[]
nb
H n k 0
0)1(2.01ξξε-+-= 961.040
5.010
=-
=H ε 根据511.00=d H H 查表可得=m
23
02H g mb Q s εσ==428 m 3
/s
4.绘制水库（堰上）“水位～流量”关系曲线如图。 （四）计算水库在正常蓄水位、防洪限制水位时溢流坝下游河槽的正常水深。
表5 水库（堰上）与坝（堰）下游河槽“水位～流量”关系曲线坐标表 单位：m
（五）计算水库在正常蓄水位闸门关闭的情况下，每米宽溢流坝段上所受的静水总压力。
净水总压力P=106798KN 作用点（压力中心）D= 绘制静水压强分布图于溢流坝剖面图。
（六）坝下消能设计。
1.水流衔接计算
坝址处hc 计算公式为：)
(2)(022
)1(i c i c h E g q h -=
+?
公式中Eo=P1+Ho
其中P1= 堰上水头 Ho=H+Vo 2
∕2g 查表φ= 采用迭代法计算
水流衔接形式计算如下表6 单位：m
根据表6计算结果证明，该坝水流衔接形式均发生远离式水跃，则需采取消能措施，采用挖深式消力池 2.消力池设计及其计算 （1）消力池设计流量的确定
消力池设计流量由表6的计算结果确定消力池设计流量为1250m 3
/s 。 （2） 估算池深t
c j
h h d -='
'σ
05.1=j σ
即 d=?（3）建池后：采用迭代法进行跃前水深试算
()()()
i c i c h E g q h -=
+02
12? 取9.0=?
()()
02
12E g q h c ?=
=
()()()102
22c c h E g q h -=
?=
()()()
202
32c c h E g q h -=
?=
所以取c h =
76.51812
32'
'=???
? ??-+=c
c
c gh q h h t
c j h h
d -='
'σ=
?
1.628m
(
)()
???
????
?-
=
?2'
'1
2
'2
1
12c j
t z h h g
q σ
?校核：
07.176
.5125
.042.4628.1'
''
'=++=
?++=
=
c
z
t c
T j h h d h h σ 符合要求
()
()445.6225.13.109.69.6'
'=-?=-=c c i h h L m
8.46445.6275.0=?=k L m
绘制消力池于溢流坝剖面图上.
杨凌职业技术学院水利工程学院
工程水力计算综合实训报告书
专业班级: 工程监理10006班姓名 : 杨艺丰
学号 :
指导老师: 鄂军良
完成时间: 2011/12/11
共页数 : 14 页附图: 3 幅