水利拦河坝设计报告.doc

拦河坝设计
1、基本情况
龙之昇拦河坝所在河道流域面积为5km2，根据实际地形踏勘拦河坝选址处河道宽15m，河底高程为35.5m， 拟定拦河坝坝顶高程为39m即坝高3.5m，溢流段（拦河坝宽）12.5m，在非溢流段即拦河坝右端布置一道泄洪冲砂闸，冲砂与泄洪兼用，闸门底宽2.5m，高3.5m。
2、水文计算
根据河道测量，得出河道坡降为6.64‰，依据瞬时洪水计算法，得出该河道百年一遇洪水流量为100m3/s。
3、工程设计
3.1、堰面的曲线选择
根据《溢洪道设计SL253-2000规范》2.3.3条，控制堰的型式应根据地形、地质条件、水利条件、运用要求，通过技术经济综合比较选定。堰型可选用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰，宽顶堰、驼峰堰的等型式。开敞式溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。本工程选用开敞式实用堰。
根据《溢洪道设计SL253-2000规范》3.3.1条，采用开敞式实用堰时，堰顶下游堰面宜优先采用WES型幂曲线，堰顶上游堰头可采用双圆弧、三圆弧或椭圆曲线
本工程下游堰面选用WES幂曲线(按附录A.1.1-1式),上游堰头为三圆弧，上游面铅直。
3.2、堰面曲线定型设计水头设计
依据开敞式WES型实用堰流计算公式
（A.2.1-1）
（A.2.1-2）
式中：——流量，m3/s;
——溢流堰总净宽，m，定义；
——单孔宽度，m；
——闸孔数目；
——计入行近流速水头的堰上总水头，m，
——重力加速度，m/s；
——上游堰坡影响系数（当上游堰面为铅直时，=1.0；当上游堰面倾斜时，值由表A.2.1-2查得）；
——闸墩侧收缩系数；
——中墩形状系数，与闸墩头伸出上游堰面距离及淹没度有关，可查表A.2.1-3，中墩形状见图A.2.1-1；
本次工程设计中，对于WES剖面，先假定为高堰，则，，查表A.2.1-1得=0.494，设计拦河坝为自由出流，=1。查图A.2.1-2得边墩形状系数=0.7；计算侧收缩系数：

当流量=100 m3/s时，得出

用试算法求解上式得：=1.90
本次工程设计中，通过水文计算已知洪峰流量=100 m3/s, =6.64‰，设定此时水位为校核流量下的堰上水头，计算校核洪水位= =1.90。
本次工程中拦河坝的堰面曲线定型设计水头设计为。
当Hd取值1.71时，由公式（A.2.1-1）求得Q溢=70 m³/s
3.3、泄洪冲砂闸过流量计算
参照《水闸设计规范》（SL265-2001）第A.0.3条，参照拦河坝坝前水位，按平底闸、孔口出流公式计算单孔冲砂闸能通过的流量。
计算公式如下：

式中：——闸孔净宽（m）
——过闸流量（m³/s）
——计入行近流速水头的堰上水深（m）
——重力加速度，可采用9.81（m/s²）
——堰流流量系数
——孔口高度，取3.0m
——淹没系数
求得：Q 闸=36.198 m³/s
校核：=3.5/1.71=2.05＞1.33，满足《溢洪道设计SL253-2000规范》A.1.1中Hd——堰面曲线定型设计水头[对于上游堰高P1≥1.33 Hd的高堰，取Hd=(0.75～0.95) Hmax]故为高堰，又因为下游水位低于堰顶高程，故拦河坝为自由出流， Q 闸+Q溢=70+36.198=106.198 m³/s，略大于百年一遇洪水过流量100 m³/s，故泄流量也足要求，即假定均符合规范要求。
3.4、上游堰面三圆弧曲线计算
设定拦河坝上游堰头为三圆弧,上游面铅直，根据表A.1.1及图A.1.2-2确定：
0.282 Hd=0.482 0.276Hd=0.472 0.175Hd=0.299，
R1=0.5 Hd=0.855 R2=0.2 Hd=0.342 R3=0.04 Hd=0.069，
3.5、下游堰面曲线计算
拦河坝堰顶下游堰面采用WES幂曲线方程式控制：
（A.1.1-1）
式中：——堰面曲线定型设计水头
，——原点下游堰面曲线横、纵坐标；
——与上游堰坡有关的指数，见表A.1.1;
——当=2.5/1.9=1.316＞1，值见表A.1.1；
则有：=2，=1.85，代入得：，对堰面曲线一阶求导得：
设计幂曲线末端端点切线坡率m=1，则有
求得：幂曲线末端点A点坐标：Xa=1.88，Ya=1.02。
堰顶下游幂曲线坐标表
X
0.00
0.50
0.80
1.00
1.20
1.50
1.80
2.10
2.30
1.88
Y
0
0.088
0.21
0.317
0.444
0.671
0.940
1.25
1479
1.02
3.6、反弧半径及挑角的确定
拦河坝下游反弧半径r按下式计算

式中：——上下游水位差，m，=39+1.90-36.5=4.40 ；
故：=(0.25～0.5)（1.90+4.40) =1.575～3.15 ，
取=3m
反弧曲线的上端直线AB相切与B点，下端与河床相切与C点，通过B点 、C点及反弧曲线圆形O点的坐标，可用作图法及分析法确定：
曲线圆心O点坐标为：

求得：曲线圆心O点坐标为：=4.60，=-0.5;
B点坐标为:

求得：B点坐标为：=2.48，=1.62
C点坐标为: = =4.60
=2.5
3.7、消能防冲设计
依据《溢洪道设计SL253-2000规范》公式A.3.1-3

式中：——起始计算断面单宽流量，m3/(s·m)
——起始计算断面渠底及以上总水头，m；
——泄槽底坡坡角，取=18o；
——起始计算断面流速系数，取0.95。
用试算法求解上式得：=0.997；
校核：R=3位于3～6（2.403～4.806）之间，满足溢洪道设计SL253-2000规范》3.5.2。
本工程消力池型式采用等宽距矩形下挖式消力池，根据《溢洪道设计SL253-2000规范》公式如下计算：
（A.5.1-1）
（A.5.1-2）
（A.5.3-1）
（A.5.3-2）

（A.5.3-3）

式中:d——池深，m；
σ——水跃淹没度，可取σ=1.05;
h2——池中发生临界水跃时的跃后水深，m；
Fr1——弗劳德数；
v1——断面流速，m/s；
ht——消力池出口下游水深，m；
△Z——消力池尾部出口水面跌落，m；
Q——流量，m3/s；
q——起始计算断面单宽流量,m3/(s·m)；
b——消力池宽度
φ——消力池出口段流速系数，可取0.95；
L——自由水跃的长度
t——消力池地板厚度
△H——泄水时上下游水位差
K1——消力池底板计算系数，取0.175；
Lp——海曼长度，m；
qs——消力池末端单宽流量,m3/(s·m)
Ks——海曼长度计算系数面，对于中砂、粗砂取12。
求得：Fr=2.85，h2=2.85， d=-0.26-1=-1.04 , Lk=11.8m，t=0.787m消力池尺寸取整为：长12m，宽15m，池深1.3m，底板厚0.8m