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目 录
第一章 调洪演算 1
第二章 非溢流坝设计计算 8
2.1 坝高计算 8
2.2坝挡水坝段稳定及应力分析 8
第三章 溢流坝设计计算 15
3.1堰面曲线 15
3.2 中部直线段设计 16
3.3下游消能设计 16
3.4 水力校核 18
3.5 WES堰面水面线计算 20
第四章 放空坝段设计计算 23
4.1 放空计算 23
4.2 下游消能防冲计算 24
4.3 水力校核 25
4.4 水面线计算 27
第五章 电站坝段设计计算 29
5.1 基本尺寸拟订 29
第六章 施工导流计算 32
6.1河床束窄度 32
6.2一期围堰计算 32
6.2二期围堰高程拟定 33
附录一 经济剖面选取输入及输出数据 36
附录二 坝体稳定应力计算输入输出数据 41
附录三 调洪演算源程序及输入数据 52
第一章 调洪演算
（1）基本资料
水位-容积曲线（见蓝图）；
实测洪水过程线（见蓝图）；
各类型洪峰值（见2.2.3节）
正常（设计）洪水重现期 1000～5 相应频率：0.1%～0.2%
非常（校核）洪水重现期 5000～ 相应频率：0.02%～0.05%
（2）限制条件
起调水位:175.8m，相应流量824.7m3/s；
参加泄洪不涉及放空流量,规定计入发电流量；
最大下泄流量不得不不大于安全泄量,设计和校核分别为m3/s 2500m3/s；
（3）设计和校核洪水过程线推求
设计洪水过程线取频率为0.1%洪水，期洪峰4750m3/s；校核洪水过程线取0.02%，相应洪水期洪峰5600m3/s。运用按峰控制同倍比放大法对典型洪水放大得设计校核洪水过程线。
设计洪水放大系数： ；
校核洪水放大系数： ；
可得设计和校核洪水过程线如图1-2所示
图1-1 溢流堰顶形式
（4）演算方案拟订
①泄洪方式:采用表孔式泄洪；
②拟订演算方案（闸孔宽度和数量）
取容许单宽流量:[q]=70 m3/s;
溢流前净宽:
堰上水深H0依照公式推求 则H0=10.28m
堰顶高程
Z堰顶=Z限-H0=181.20-10.28=170.92m
闸门高
h=Z正常- Z堰顶=178.00-170.92=7.08m 取7米
依照以上基本尺寸现拟订两个方案:
Ⅰ b=11m n=3 堰顶高程170.92
Ⅱ b=12m n=3 堰顶高程170.92
（5）计算工况
计算工况分为校核和设计两种。
（6）计算办法
计算办法：试算法。
由于试算过于复杂且均为重复性计算，考虑用电算。
（7）调洪演算试算法过程
①依照库容曲线Z-V(见蓝图)，拟订泄洪建筑物形式、尺寸，用水力学公式拟定算Q-Z关系为;
②分析拟定调洪开始时起始条件，即起调流量824.7m3/s;
③运用水量平衡式和蓄泄曲线，按试算法列表解算各是段时段末q2、V2。即求解满足方程式
所相应q2、V2；
④将入库洪水Q-t和计算q-t点绘在一张图纸上，两者交点即为所求下泄洪水流量最大值qm；
⑤依照公式即可求得此时相应水头H和上游水位Z。
（8）计算及其成果
依照上面计算办法，编写程序TBD，编写语言为c。源代码及输入数据见附录三
将计算成果列于下：
①计算工况：设计状况下，3孔，每孔11米。
表1-1 调洪演算表一
可知最大下泄流量出当前70-75h之间，用直线内插法计算得最大下泄流量为1900.3m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=1900.3+2400×0.7=2068.3 m3/s〉 m3/s，不满足安全下泄流量规定。
②计算工况：校核状况下，3孔，每孔11米。
表1-2 调洪演算表二
可知最大下泄流量出当前70-75h之间，用直线内插法计算得最大下泄流量为2164.3m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=2164.3+2400×0.7=2332.3m3/s〈2500 m3/s，满足安全下泄流量规定。
③计算工况：设计状况下，3孔，每孔12米。
表1-3 调洪演算表三
可知最大下泄流量出当前70-75h之间，用直线内插法计算得最大下泄流量为1830.84m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=1830.84+2400×0.7=1998.84m3/s〈 m3/s，满足安全下泄流量规定。
④计算工况：校核状况下，3孔，每孔12米。
表1-4 调洪演算表四
可知最大下泄流量出当前75-80h之间，用直线内插法计算得最大下泄流量为2110.66m3/s,考虑电站下泄流量为qmax=2110.66+2400×0.7=2278.66m3/s〈2500 m3/s，满足安全下泄流量规定。
（7）调洪演算成果及其分析
将上述成果整顿为下表
表1-5 调洪演算成果
方案
孔宽(m)
起调流量
类型
qmax(m3/s)
vmax((m3)
zmax(m)
qmax+q电
方案一
36
804.51
校核
2110.66
15.6
180.13
2278.66
设计
1830.84
15.1
179.3
1998.84
方案二
33
979.55
校核
2164.3
16.2
180.74
2332.3
设计
1900.3
15.45
179.84
2068.3
图1-2 洪水过程线
1-典型洪水过程线
2/3-设计/校核洪水来水过程线
4/5-设计/校核下泄洪水过程线
在考虑设计和校核容许下泄流量状况下,只有方案二方能满足限制条件，选用该方案，即3个孔,每孔12米方案。
并绘制该工况下洪水过程线如图1-2所示。
第二章 非溢流坝设计计算
2.1 坝高计算
坝顶高出静水面
Δh=2h1+h0+hc
2h1——波浪高度
校核时，V=15m/s 2h1=0.0166×V5/4×D1/3=0.0166×155/4×31/3=0.71m
设计时，V=30m/s 2h1=0.0166×V5/4×D1/3=0.0166×305/4×31/3=1.68m
h0——波浪中心线高出静水位高度
校核时，2L1=10.4×(2h1)0.8=10.4×1.710.8=7.91m
设计时，2L1=10.4×(2h1)0.8=10.4×1.680.8=15.75m
图2-1 非溢流坝形式
hc——安全超高，依照坝级别为一等知：校核时，hc=0.4m；设计时，hc=0.5m。
由以上可得坝顶超高为：
校核时 Δh=2h1+h0+hc=0.71+0.2+0.4=1.31m
设计时Δh=2h1+h0+hc=1.68+0.56+0.5=2.74m
则 拟定坝顶高程为：
校核时 Z坝顶=180.13+1.31=181.44m
设计时 Z坝顶=179.3+2.74=182.04m
取其中大者即182.04m,作为坝顶高程（如图2-1所示）。
2.2坝挡水坝段稳定及应力分析
2.2.1手算某些（单位：吨•米）
（1）基本原理及计算公式
①抗滑稳定分析重要就是核算坝体沿坝基面或地基深层软弱构造面抗滑稳定安全度。重要计算办法有两种：抗剪断强度公式（Ksh）抗剪强度公式（Ksl）。此工程属于大（一）型工程，因而采用抗剪断强度公式。
抗剪断强度计算抗滑稳定安全系数为：
K′=б
式中 f′——抗剪断摩擦系数；
c′——抗剪断凝聚力；KN/m2
A——滑动面面积；m2
U——作用于滑动面上扬压力；
∑H——作用于滑动面上坝体力在水平方向投影代数和；
∑V——作用于滑动面上坝体力在垂直方向投影代数和。
②设计坝体断面需要满足规定应力条件：在基本荷载组合下，重力坝坝基面最大垂直正应力应不大于坝基容许压应力，最小垂直正应力应不不大于零；对于坝体应力，在基本荷载组合下，下游面最大主压应力不不不大于混凝土容许压应力值，上游面最小主压应力应不不大于零。
图2-2 坝体荷载示意图
（2）计算工况
在这里分两种工况进行计算：设计洪水位+扬压力；设计洪水为+扬压力。
（3）基本资料
坝基高程：Zj=136 坝顶高程：Zd=182.04 坝顶宽度：B=6
上游折坡点：Zuz=151 坡度：n=0.2
下游折坡点：Zdz=172.67 坡度：m=0.7
淤沙高程：Zs=151.5
水容重：γ0=1 混凝土容重：γc=2.4 泥沙浮容重：γs=0.4
排水管距上游坝面距离：Lp=9.5 渗入折减系数：α=0.3
设计时，浪高：hl=1.68 浪长：ll=15.75 波浪中心高：zl=0.56
上游水位：zu=179.3 下游水位：zd=146.58
校核时，浪高：hl=0.71 浪长：ll=7.91 波浪中心高：zl=0.2
上游水位：zu=180.13 下游水位zd=147.13
抗剪断摩擦系数：f′=0.8 抗剪断凝聚力：c′=51.02
坝基长度： l=36.169
（4）基本荷载及其力臂计算
为了以便计算，将个别力按如图所示虚线切割。计算过程列于表2-1。
表2-1 坝体基本荷载计算表
计算公式
荷载值(P)
力臂(L)
设计
校核
设计
校核
自重
W1=• (Zuz-Zj)2•n•γc
54
15.085
W2=(Zd-Zj) •B•γc
662.976
10.585
W3=• (Zdz-Zj)2•m•γc
1129.54
-0.972
W=W1+W2+W3
1873.51
扬压力
U1=•Lp[(zu-zj)+α• (zu-zd)+(zd-zj)]•γ0
302.56
36.17
-13.904
-13.896
U2=(l-lp)[α(zu-zd)+2(zd-zj)]•γ0
413.05
309.51
3.341
3.382
U=U1+U2
715.61
428.84
上
游
水
P1=(zu-zj)2•γ0
937.45
973.73
-14.433
-14.71
P2=(zu-zuz+zu-zj)•(zuz-zj)•n
161.1
168.84
15.992
15.989
泥沙
P3=(zs-zj)2•γs
48.05
-5.167
P4=(zs-zuz+zs-zj) • (zuz-zj) •n•γs
14.4
16.538
下
游
水
P5=(zd-zj)2•γ0
55.97
61.94
3.527
3.71
P6=(zd-zj)2•mc
39.18
43.36
-17.027
-15.488
浪
8.82
1.80
-43.36
-44.13
总和
水平力ΣH=P1+P3-P5+Pl
961.64
铅直力ΣV=W+P2+P4+P6
2096.11
注：力臂和力矩同号（逆时针为正）
（5）稳定分析
抗滑稳定安全系数为
设计时：>3.0
校核时：>2.5
均符合稳定规定。
（6）应力分析
①垂直正应力σyu和σyd
式中： ΣW——作用在计算截面以上所有荷载垂直分力总和。
设计时：ΣW=ΣV-U=1372.59;
校核时：ΣW=ΣV-U=1357.76;
ΣM——作用在计算截面以上所有荷载对截面形心力矩总和。
设计时：ΣW=ΣP•L=-7445.75;
校核时：ΣW=ΣP•L=-7912.79;
T——坝体计算截面沿上下游方向长度，T=l=36.169。
带入求得： 设计时：σyu=3.80 σyd=72.10
校核时：σyu=1.25 σyd=73.83
均未浮现负值（拉应力），符合应力规定。
②剪应力τu，τd
设计时： τu=(p-σyu-puu)n=(43.3-3.80-43.3)×0.3=1.14
τd =(σyd+ pud–p′)m=(72.10+10.58-10.58)×0.7=50.47
校核时： τu=(p-σyu-puu)n=(44.13-1.25-44.13)×0.3=0.375
τd =(σyd+ pud–p′)m=(73.83+11.13-11.13)×0.7=51.681
③水平正应力σxu，σxd
设计时:
σxu=（p-puu）-(p-σyu -puu)n2=(43.3-43.3)-(43.3-3.80-43.3)×0.32=0.342
σxd=（p′-pud）+(σyd+pud- p′)m2=(10.58-10.58)-(72.10+10.58-10.58)×0.72=35.329
校核时：
σxu=（p-puu）-(p-σyu -puu)n2=(44.13-44.13)-(44.13-1.25-44.13)×0.32=0.1125
σxd=（p′-pud）+(σyd+pud- p′)m2=(11.13-11.13)-(73.83+11.13-11.13)×0.72=36.177
④第一主应力σp1u,σp1d
设计时:
σp1u=σyu(1+n2)-(p-puu)n2=3.8(1+0.32)-(43.3-43.3)0.32=4.412
σp1d=σyd(1+m2)-(p′-pud)m2=73.83(1+0.72)-(10.58-10.58)0.72=110.0
校核时:
σp1u=σyu(1+n2)-(p-puu)n2=1.25(1+0.32)-(44.13-44.13)0.32=1.3625
σp1d=σyd(1+m2)-(p′-pud)m2=72.10(1+0.72)-(11.13-11.13)0.72=107.429
⑤第二主应力
设计时:
σp2u=p-puu=43.3-43.3=0
σp2d=p′-puu=10.58-10.58=0
校核时:
σp2u=p-puu=44.13-44.13=0
σp2d=p′-puu=11.13-11.13=0
（5）成果分析
由以上可以看出坝体边沿应力状态良好，未浮现拉应力状况。
2.2.2 电算某些（其中单位均为吨•米）
（1）计算工况：正常洪水位+扬压力；设计洪水位+扬压力；校核洪水位+扬压力。
（2）输入及输出数据参见附录二
（3）计算成果整顿及分析。将计算成果整顿如表2-2所示。
表2-2 应力计算（电算）成果整顿表
①计算工况:正常水位+扬压力
高程
σx
σy
τxy
σ1
σ2
min
max
min
max
min
max
min
max
min
max
172.67
0
15.83
8.4
32.31
0
22.62
8.4
48.14
0
0.31
165
0
11.38
21.29
23.23
0
16.26
21.29
34.62
0
7.51
158
0
16.23
21.96
33.13
0
23.19
49.37
21.96
0
11.90
151
0
21.17
0.2
22.48
0
32.12
21.69
68.36
0
16.13
143
0
29.17
15.53
59.52
-3.64
41.66
16.62
88.68
0
14.37
136
6.54
32.96
9.97
67.27
-1.13
47.09
10.31
100.23
0
10.84
②计算工况:设计水位+扬压力
高程
σx
σy
τxy
σ1
σ2
min
max
min
max
min
max
min
max
min
max
172.67
0
18.74
1.43
38.24
0
26.77
1.43
56.98
0
0.76
165
0
14.48
14.25
29.54
0
20.68
14.25
44.02
0
0.95
158
0
19.50
14.66
39.80
0
27.86
14.66
59.30
0
11.43
151
0.2
25.87
14.20
52.79
0
36.95
14.2
78.66
0
14.53
143
3.89
31.66
8.80
64.61
-1.62
45.23
9.29
96.27
0
10.99
136
5.96
35.45
3.55
72.35
0.80
50.65
6.2
107.80
0
8.51
③计算工况:校核水位+扬压力
高程
σx
σy
τxy
σ1
σ2
min
max
min
max
min
max
min
max
min
max
172.67
0
17.98
2.31
36.70
0
25.69
2.21
54.68
0
0.93
165
0
14.65
13.43
29.90
0
20.93
13.43
44.55
0
7.78
158
0
20.23
12.77
41.29
0
28.90
12.77
61.52
0
11.08
151
0.2
26.95
11.64
54.99
0
38.49
11.64
81.94
0
13.47
143
3.64
32.53
6.02
66.39
-0.7
46.47
6.26
98.92
0
9.27
136
5.72
36.38
0.83
74.25
1.61
51.98
6.2
110.64
0.34
7.27
注：max代表最大值；min代表最小值；表中单位均以吨.米计。
并绘制应力分布图及主应力分布图如图2-3和2-4。
从以上成果及程序输出成果中可以看出坝体内部应力条件良好：没有浮现应力为负值，即拉应力状况，也没浮现压应力超过混凝土极限承载能力状况。
图2-4 主应力分布图
图2-3 应力分量分布图
第三章 溢流坝设计计算
3.1堰面曲线
溢流坝顶部溢流曲线，应使水流平顺通过堰顶，在堰面不产生过大负压，溢流能力较大。
国内先行规范推荐采用WES曲线，其曲线方程（在上游面垂直时）为：
图3-1 WES曲线体型
式中：x,y——堰顶曲线水平和垂直坐标，原点为堰顶最高点；
Hs ——定型设计水头，按堰顶最高水头75～95%计算
Hs =80%(180.13-170.92)=7.37
则WES曲线为
图 3-2 堰顶椭圆体型
WES曲线原点上游采用1/4椭圆曲线，其方程为：
式中：a,b——由于上游面垂直，因此，a=0.3,
hs ——定型设计水头，在这里为7.37m
因此带入得椭圆曲线方程为
3.2 中部直线段设计
溢流坝中部为直线段，规定和非溢流坝基本三角形下游边相重叠，上端和堰顶曲线相切，下端和反弧相切，坡度和非溢流坝保持一致，为1：0.7。其作用是使水流平顺按规定消能方式与下游水位衔接。
下面求WES曲线和直线段切点。
由于曲线和直线相切，那么切点处WES曲线导数值为1/0.7。对WES求导，
y′=(0.0915x1.85)′=0.169x0.85=1/0.7
由此求得切点位于(12.3,9.5)
3.3下游消能设计
（1）消能形式：持续式挑流鼻坎；
（2）规定成果：挑射角、鼻坎高程、反弧半径；
（3）基本规定：
①持续式挑流鼻坎挑射角，依照国内工程实践经验，以20°～25°为宜，定采用25°挑射角。
②鼻坎高程以高于下游水位1～2米为宜。初可将坎底最底点高程定为下游最高水位，即下游校核水位147.13米，可以保证鼻坎高程高出下游水位少量。
③鼻坎反弧段半径R以8～12倍hc为宜，hc为鼻坎上水深，定为R=8hc.
（4）计算过程：
下面求鼻坎最低点处水深。
建立该坝段水流能量方程（图中0-0至1-1断面）：
图3-3 溢流坝能量分析简图
式中：E0 =180.13-147.13=33m
Φ——流速系数，对于该枢纽为中档长度溢流面，取为0.95
Vc——该断面流速
hc——该断面处水深
带入得：
——Ⅰ
断面流速
式中：q——该处单宽流量，q=Q/B=2110.66/（36+2×3）=50.25m3/s
即 ——Ⅱ
联列Ⅰ、Ⅱ两式解得： Vc=23.36m/s
hc=2.15m
则反弧段半径为 R=8hc =8×2.15=17.21m
鼻坎高程为 147.13+R(1-cosθ)=147.13+17.21×（1-cos25）=147.13+1.61=148.74m
高出下游水位1.61米，满足规定。
综上，拟订挑流消能鼻坎型式为持续式鼻坎；反弧半径R=17.21m；挑射角度θ=25°；鼻坎高程顶部148.74m。
3.4 水力校核
（1）计算工况：校核工况和设计工况。
（2）基本原理：
鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能与否会危及建筑物安全，惯用冲坑上游坡做为原则，即：
式中 tk——冲坑深度（米）；
L——冲坑最深深度距建筑物距离；
i——冲坑上游坡；
ic——安全临界坡，可取1/3～1/4。
（3）计算过程
①校核状况下
挑距计算：
式中： L ——水舌抛距，按水舌外缘计算（m）
v1 ——坎顶水面流速，
θ——鼻坎挑射角，θ=25°
q ——鼻坎处单宽流量，q=50.25m3/s
h1——坎顶垂直方向水深，h1=hc/cosθ=2.15/cos25=2.37m
h2——坎顶与河床间高差，h2=148.74-136=12.74m
带入计算得： L=75.15m
冲刷坑计算：
式中： α1 ——冲坑系数，由于该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0
q ——单宽流量，q=50.25
H ——上下游水位差，H=180.13-147.13=33m
带入计算： tk=1.0×50.250.5×330.25=16.99m
冲坑上游坡
满足规定。
②设计状况下
挑距计算：
式中： L ——水舌抛距，按水舌外缘计算（m）
v1 ——坎顶水面流速，
θ——鼻坎挑射角，θ=25°
q ——鼻坎处单宽流量，q=43.59m3/s
h1——坎顶垂直方向水深，h1=hc/cosθ=1.82/cos25=2.01m
h2——坎顶与河床间高差，h2=148.74-136=12.74m
带入计算得： L=77.167m
冲刷坑计算：
式中：α1 ——冲坑系数，由于该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0
q ——单宽流量，q=43.59
H ——上下游水位差，H=179.3-146.58=32.72m
带入计算： tk=1.0×43.590.5×32.720.25=15.791m
冲坑上游坡
满足规定。
（4）成果分析
在校核和设计两种工况下，前面设计消能可以满足安全规定。
3.5 WES堰面水面线计算
（1）水面线计算目
闸墩高度设计、导墙高度、弧形闸门门轴高程拟定都需要懂得溢流面水面线。
（2）基本资料
WES曲线为，堰顶高程170.92，直线段坡度1：0.7。
定型设计水头Hd，按堰顶最高水头75～95%计算Hd =80%(180.13-170.92)=
7.37m。
校核水位：180.13m。相应下泄流量：Q=2110.66m3/s。
规定计算校核水位状况下水面线。
（3）计算过程
在这里使用《水工设计手册6—泄水与过坝建筑物》（如下简称《手册6》）中提供计算水面线办法。
①不掺气水面线头部计算
该堰为高堰，采用《手册6》表27-2-4计算。
堰上水深H=180.13-170.92=9.21，则H/Hd=9.21/7.37=1.25。该表中无相应数据，采用内插法予以补充如表3-1中第4列所示。
表3-1 水面线头部计算
H/Hd
1.00
1.33
1.25
x/Hd
y/Hd
Hd
x
y
-1
-0.94
-1.23
-1.16
7.37
-7.37
-8.55
-0.8
-0.93
-1.22
-1.15
7.37
-5.90
-8.45
-0.6
-0.91
-1.19
-1.13
7.37
-4.42
-8.30
-0.4
-0.89
-1.16
-1.10
7.37
-2.95
-8.08
-0.2
-0.85
-1.12
-1.06
7.37
-1.47
-7.79
0
-0.80
-1.07
-1.01
7.37
0.00
-7.41
0.2
-0.74
-1.02
-0.95
7.37
1.47
-6.98
0.4
-0.65
-0.94
-0.87
7.37
2.95
-6.43
0.6
-0.54
-0.85
-0.77
7.37
4.42
-5.69
0.8
-0.39
-0.73
-0.64
7.37
5.90
-4.74
1
-0.20
-0.56
-0.48
7.37
7.37
-3.51
1.2
0.02
-0.36
-0.27
7.37
8.84
-1.97
1.4
0.27
-0.10
-0.01
7.37
10.32
-0.09
1.6
0.52
0.17
0.26
7.37
11.79
1.89
1.8
0.86
0.47
0.56
7.37
13.27
4.13
注：表中x,y为水面线横纵坐标，坐标系如图3-4所示。
②整个坝面（涉及直线段）上不掺气水面线计算
Ⅰ 求曲线长度Lc：对于WES堰，依照X/Hd由《手册6》图27-2-7查算，由此查得为曲线总长Lc,t.堰上游段曲线长度Lc,u=0.315Hd=0.315×7.37=2.32米；
Ⅱ 求直线段长度Ls：从切点到直线段上任意一点距离为Ls,i=(Yi-Yt)/sina
式中，Yt——切点纵坐标,为9.5；a——直线段坝面与水平方向夹角，为55°；
Ⅲ 从堰顶曲线起点到计算点(Xi,Yi)坝面距离：L=Lc,t+Ls；
Ⅳ 计算边界层厚度δ：按Bauner公式计算，δ=0.024L(L/K)-0.13 ,式中，
K——坝面粗糙高度，对于混凝土坝面，建议取0.427～0.691，这里取0.5；
Ⅴ 计算单宽流量，对于闸墩内(Xi<14.05)，q=Q/36=58.63 m3/s;对于闸墩外部(Xi>14.05),q=Q/(36+6)=50.25 m3/s；
Ⅵ 按下式，推求势流水深hp。H+Yi=hpcosa+q2/2ghp2 ；
Ⅶ 正交于坝面水深为h=hp+0.18δ。
按照上述计算过程将计算列于表3-2。
分段
i
Xi
Yi
斜率
Xi/Hd
Lc/Hd
Lc
Ls
L
δ
q
hp
h
WES 段
1
6.00
2.52
0.78
0.81
1.08
7.96
5.64
0.10
58.63
4.67
4.69
2
8.00
4.29
0.99
1.09
1.30
9.58
7.26
0.12
58.63
4.06
4.08
3
10.00
6.48
1.20
1.36
1.37
10.10
7.78
0.13
58.63
3.62
3.64
4
12.00
9.08
1.40
1.63
1.60
11.79
9.47
0.16
58.63
3.27
3.30
5
12.30
9.50
1.43
1.67
1.85
13.63
11.31
0.18
58.63
3.23
3.26
直线段
6
14.00
11.93
1.43
13.63
2.97
14.28
0.22
58.63
3.00
3.04
7
16.00
14.79
1.43
13.63
6.46
17.77
0.27
50.25
2.39
2.43
表3-2 坝面不掺气水深计算
注：表中单位均为国际单位。
③ 掺气及波动水深计算
当弗氏系数Fr>2时，应考虑波动几掺气后水面升高影响。掺气水深公式
hb=h(1+ζv/100)
式中 h，hb——掺气及波动前、后水深（m）；
v——掺气及波动前计算断面上平均流速(m/s)；
ζ——修正系数，普通为1.0～1.4。采用1.2。
计算过程整顿如表3-3所示
表3-3 掺气及波动水深计算
Xi
Yi
q
h
Fr
hb
6.00
2.52
58.63
4.69
1.49
5.39
8.00
4.29
58.63
4.08
1.79
4.79
10.00
6.48
58.63
3.64
2.06
4.35
12.00
9.08
58.63
3.30
2.33
4.01
12.30
9.50
58.63
3.26
2.36
3.97
14.00
11.93
58.63
3.04
2.58
3.75
16.00
14.79
50.25
2.43
3.52
3.05
17.16
16.45
50.25
2.35
3.66
2.97
（4）成果整顿
将上述计算成果整顿并绘制，得到如图3-4所示水面线。
图 3-4 溢流坝水面线
第四章 放空坝段设计计算
4.1 放空计算
（1）放空规定
放空形式：从正常水位放空到死水位；从正常水位放到溢流堰顶为表孔和深孔联合泄水；从溢流堰顶到死水位为深孔单独泄水。
规定在40天内放空。
放空时段拟选在最枯时段（1～4月）。
防空时需考虑河流来流量。
（2）基本资料
近年月平均来流量（见阐明书表2.3.1）；水位库容曲线（见蓝图）
堰顶高程：170.92； 表孔尺寸：三孔，宽12米；
深孔尺寸：一孔，3.5×4； 孔中心线高程：153；
坝基高程：136 正常水位：178.0 死水位：166.28
（3）计算过程
①将放空过程分为若干小段（7段，每2.5米一段），以以便计算和提高计算精度。同步在水位-库容曲线上差出相应库容。
②计算出堰顶平均水头和堰流流量。平均水头为两水位平均值。堰顶流量，式中：mε=0.48，B=3×12=36。只有在正常水位到堰顶水位过程放考虑此流量。
③计算出深孔平均水头极其流量。平均水头为两水位平均作用水头。深孔流量,式中：μ——孔口流量系数，对于深孔取0.83～0.93，拟取0.9；Ak 出口处面积，为3.5×4=14m2。
④计算下泄总流量，对于从正常高水位到堰顶高程为堰流流量加上深孔流量；从堰顶到死水位为深孔流量。
⑤放空库容，为此段时间所防空时间。
⑥时间，放空所用时间，为库容除以总流量。
表4-1 放空计算
水位
库容
堰顶平均水头
堰流流量
深孔平均水头
深孔流量
总流量
放空库容
时间(s)
正
178
1.37E+09
177.5
1.34E+09
6.83
1365.535
24.75
277.5148
1570.55
19101.59
1.91E+04
175
1.14E+09
5.33
941.37484
23.25
268.9739
1137.849
180164.6
1.80E+05
172.5
9.55E+08
2.83
364.20963
20.75
254.1017
545.8114
329784.3
3.30E+05
顶
170.92
8.35E+08
0.79
53.717082
18.71
241.2879
222.5049
539313.9
5.39E+05
170
7.95E+08
0
0
17.46
233.0884
160.5884
249084
2.49E+05
167.5
6.40E+08
0
0
15.75
221.3802
148.8802
1041105
1.04E+06
死
166.28
5.75E+08
0
0
13.89
207.8977
135.3977
480067.2
4.80E+05
注：流量和库容单位分别为m3/s， m3
⑦总共所耗费时间：2838621秒，折算为32.85（<40）天。
（4）成果分析
孔口尺寸为3.5×4，孔中心高程153放空孔，在1～4月进行放空，可在32.85天内完毕，完全满足40规定。
4.2 下游消能防冲计算
（1）消能形式：持续式挑流鼻坎；
（2）规定成果：挑射角、鼻坎高程、反弧半径；
（3）基本规定：
①持续式挑流鼻坎挑射角，依照国内工程实践经验，以20°～25°为宜，定采用20°挑射角。
②鼻坎高程以高于下游水位1～2米为宜。初可将坎底最底点高程定为下游最高水位，即下游校核水位147.13米，可以保证鼻坎高程高出下游水位少量。
③鼻坎反弧段半径R以4～10倍hc为宜，hc为鼻坎上水深，定为R=6hc.
（4）计算过程
求鼻坎最低点处水深。
依照水力学知识建立坝段水流能量方程为：
E=hc+Vc2/2gφ2
式中: E0 =180.13-147.13=33m
Φ——流速系数，对于该枢纽为中档长度溢流面，取为0.95
Vc——该断面流速
hc——该断面处水深
则：
——Ⅰ
断面流速
式中：q——该处单宽流量
即 ——Ⅱ
联列Ⅰ、Ⅱ两式解得： Vc=22.788m/s
hc=
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