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 m/s3.3、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（m/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/s）堰流流量系数孔口高度，取3.0m淹没系数求得：Q 闸=36.198 m/s校核：=3.5/1.71=2.051.33，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P11.33 Hd的高堰，取Hd=(0.750.95) 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 m/s，略大于百年一遇洪水过流量100 m/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=1.3161，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X0.000.500.801.001.201.501.802.102.301.88Y00.0880.210.3170.4440.6710.9401.2514791.023.6、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：=(0.250.5)（1.90+4.40) =1.5753.15，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，=1.62C点坐标为: = =4.60=2.53.7、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/(sm)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36（2.4034.806）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；水跃淹没度，可取=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/(sm)；b消力池宽度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/(sm)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