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溢洪道设计实例
黑龙江农垦林业职业技术学院
1、进水渠
进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。采用梯形断面，底坡为平坡，边坡采用1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速υ<3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是360.52m。
进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1。
表1
水位（mm）
泄量
（m3/s）
H
(m)
B
(m)
计算公式（假设υ=2m/s）
设计
校核
363.62
364.81
540
800
3.1
4.29
82.4
86.7
Q=υA, A=(B+mh)h
A—过水断面积；B—渠底宽度
由计算可以拟定引渠底宽B=90米（为了安全）
进水渠与控制堰之间设20米渐变段，采用圆弧连接，半径R=20m，引渠长L=150米。
2、控制段
其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为360.52m。堰厚δ拟为30米（2.5H<δ<10H）。坎宽由流量方程求得，具体计算见表2。
表2(忽略行近水头υ2/2g)
水 位
(m)
泄 量
（m3/s）
H0
(m)
计算公式及符号意义
b
(m)
设计
洪水位
363.62
540
3.1
式中m’—流量系数，等于0.364；H0—堰上水头，不包括行进水头；Q—泄量；b—控制堰宽。
61.56
校核
洪水位
364.81
800
4.29
56.02
由计算知，控制堰宽取b=65m为宜。
3、泄槽
泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段、泄槽一段和泄槽二段布置。
据已建工程拟收缩段收缩角θ=12°，首端底宽与控制堰同宽，b1=65m,末端底宽b2拟为40m，断面取为矩形，则渐变段长，取整则L1为60m，底坡。
泄槽一段上接收缩段，下接泄槽二段，拟断面为矩形，宽b=40m，长L2为540m，底坡。
泄槽二段断面为宽40m的矩形，长L3为80m，底坡。
4、出口消能
溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。
5、尾水渠
其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。
为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L=10m护坦。
1、溢流堰泄流能力校核：当引渠很长时，水头损失不容忽视。
（1）基本公式如下：
； ； ； 。
式中，hj——局部水头损失，米； hf——沿程水头损失，米；
——局部水头损失系数； ——引渠流速，m/s；
g——重力加速度（m/s2）; L——引渠长度，米；
——动能系数，一般为1.0； C——谢才系数；
R——水力半径，米； A——过水断面面积，米2；
x——湿周，米； n——引渠糙率；
；
式中，——淹没系数，取1.0； ——无坎宽顶坎的流量系数；
b ——堰宽，m； H0——包括行近流速水头的坎上水头，m；
Q——流量，m3/s。
①求堰前水深和堰前引水渠流速
采用试算法，联立公式可求得，具体计算见表1。
表1
计算情况
泄量Q
H0
h
假设
试算
设计水位
校核水位
363.62
364.81
540
800
2.99
3.89
2.78
3.62
2.0
2.3
2.06
2.32
由计算表中流速可知，均小于3m/s，满足要求。
②求引渠总水头损失。
， ， ；
式中）。
具体计算成果见表2。
表2
计算情况
h

hj
A
x
R

n
L
hf

设计
校核
2.78
3.62
2.0
2.3
0.20
0.27
0.02
0.027
261.79
345.46
100.02
103.05
2.62
3.35
3.61
5.01
0.016
0.016
150
150
0.037
0.035
0.057
0.062
③作出库水位~流量关系。 库水位=堰顶高程+堰上水头+水头损失，具体计算见表3。
表3
Q
(m3/s)
H0
(m)
(m)
堰顶高程
（m）
库水位(m)
540
650
800
2.99
3.14
3.89
0.057
0.062
0.062
360.52
360.52
360.52
363.567
363.722
364.472
2、溢洪道水面曲线计算
（1）基本公式如下：
；
式中 hk——临界水深，m； b——泄槽首端宽度，m；
Q——槽内泄量，m3/s； g——重力加速度，m/s2;
q——单宽流量，m3/s.m;
ik——临界坡降； BK——相应临界水深的水面宽，m；
AK,XK,RK,CK——临界水深时对应的过水断面积（m2）、湿周（m）、水力半径（m2）、谢才系数。
E1+iL=E2+hf; ；
式中 E1——1-1断面的比能，m；
E2——2-2断面的比能，m；
h1，h2——1-1及2-2断面水深，m；
——1-1及2-2断面平均流速，m/s；
hf——沿程水头损失，m；
iL——1-1及2-2断面的底部高程差，m；
L——断面间长度，m；
n——泄槽糙率；
——两断面间平均流速，m/s；
——两断面间平均水力半径，m。
（2）渐变段水面线计算
①临界水深hk及临界底坡ik
渐变段首端宽b1=65米，尾端宽b=40米，断面为矩形。具体计算见表4
表4
计算情况
Q
BK
qK
hK
Ak
xk
RK
CK

设计水位
校核水位
540
800
65
65
8.31
13.31
1.92
2.49
124.8
161.85
68.84
69.98
1.81
2.31
69.00
71.86
0.00218
0.00204
渐变段，故属陡坡急流， 槽内形成bⅡ型降水曲线。属明渠非均匀流计算。
②渐变段水面线计算
首端断面水深为临界水深hk，具体计算见表5。
表5
计算情况
Q
h1
q1
A1
x1
R1
V1
E1
i1
设h2
q2
A2
设计水位
校核水位
540
800
1.92
2.49
8.31
13.31
124.8
161.85
68.84
69.98
1.81
2.31
4.33
4.94
2.88
3.74
0.02
0.02
2.75
3.5
13.5
20
110
140
X2
R2
V2
E2
I2

L
n
hf
E1+il
E2+hf
45.5
47
2.42
2.99
4.91
5.71
3.98
5.16
0.02
0.02
2.05
0.58
4.60
5.30
60
60
0.016
0.016
0.12
0.12
4.08
4.94
4.10
5.28
由计算得渐变段末端水深分别为h设=2.75米，h校=3.5米
(3) 泄槽一段水面线计算
汇槽一段断面为矩形，宽40m，长540m，
①临界水深hk和临界坡降ik
具体计算见表6。
表6
计算情况
Q
BK
qK
hK
Ak
xk
RK
CK

设计水位
校核水位
540
800
40
40
13.5
20
2.65
3.44
106
137.6
45.3
46.88
2.34
2.94
72.01
74.81
0.00214
0.00205
，故泄槽一段属急流，按陡槽计算。
②泄槽一段末端水深（正常水深h0）——采用试算法。
具体计算见表7
表7
计算情况
Q
b
i
设ho
A0
X0
R0
C0

设计水位
校核水位
540
800
40
40

2.03
2.6
81.2
104
44.06
45.2
1.84
2.3
69.49
71.81
7619.83
11326.15
539
800.88
经试算，设计水位时，h0=2.03米 ;
校核水位时，h0=2.6米。
③泄槽一段水面线计算
采用分段求和法，按水深进行分段，具体计算见表8。
(4)泄槽二段水面线计算
泄槽二段断面为矩形，宽40m，长80m，底坡。
表8
计算情况
断面
h0(m)
A(m2)
V(m/s)
V2/2g
(m)
Es(m)
△Es(m)
X(m)
R(m)

△L(m)

设
计
水
位
1-1
2.65
106
5.09
1.32
3.97
0.01
45.3
2.34
72.01
0.002203
0.002797
3.58
3.58
2-2
2.60
104
5.19
1.37
3.98
45.2
2.3
71.81
0.02
0.0025
0.0025
8
11.58
3-3
2.45
98
5.51
1.55
4.00
44.9
2.18
71.17
0.06
0.003044
0.001456
30.67
42.25
4-4
2.30
92
5.87
1.76
4.06
44.6
2.06
70.5
0.01
0.003750
0.00125
80
122.25
5-5
2.15
86
6.28
2.01
4.16
44.3
1.94
69.8
0.13
0.004567
0.000433
300.23
422.28
6-6
2.03
81.2
6.65
2.26
4.29
44.06
1.84
69.19
校
核
水
位
1-1
3.5
140
5.71
1.67
5.166
0.003
47
2.98
74.97
0.002088
0.002912
1.03
1.03
2-2
3.35
134
5.97
1.82
5.169
46.7
2.87
74.50
0.024
0.002405
0.002595
9.25
10.28
3-3
3.20
128
6.25
1.99
5.193
46.4
2.76
74.02
0.075
0.002863
0.002137
35.10
45.38
4-4
3.00
120
6.67
2.27
5.268
46
2.61
73.33
0.135
0.003532
0.001468
91.96
137.34
5-5
2.8
112
7.14
2.60
5.403
45.6
2.46
72.60
0.216
0.004431
0.000569
379.61
516.95
6-6
2.6
104
7.69
3.02
5.619
45.2
2.30
71.81

①求临界底坡ik，控制断面水深ho(正常水深)。
因泄槽二段同泄槽一段流量、形状、断面尺寸相同，故临界底坡和临界水深不变。
设计水位时，ik=0.00214；校核水位时，ik=0.00205。
，属陡坡急流，按陡槽非均匀流计算。
控制断面水深h0用试算法，具体计算列于表9。
表9
计算情况
Q
b
i
设ho
A0
X0
R0
C0

设计水位
校核水位
540
800
40
40

0.76
0.96
30.4
38.4
41.52
41.92
0.73
0.92
59.34
61.59
1541.17
2268.59
545
802
经试算，设计水位时，h0=0.76米 ;
校核水位时，h0=0.96米。
②泄槽二段水面线计算
泄槽二段首端控制水深，设计水位时h=2.03米；校核水位时，h=2.6米。
采用分段求和法计算水面曲线，具体计算见表10。
表中仅推到泄槽二段末端，若推到正常水深时，陡槽长已超过设计长度，这是不切实际的。故泄槽二段内不产生正常水深。
由计算知末端水深在设计水位时为h=0.93米 ;在校核水位时为h=1.29米。
表10
计算情况
断面
h(m)
A(m2)
V(m/s)
Es(m)
△Es(m)
X(m)
R(m)

△L(m)

设
计
水
位
1-1
2.03
81.2
6.65
4.286
0.281
44.06
1.84
69.20
0.005838
0.119162
2.36
2.36
2-2
1.85
74
7.30
4.567
43.7
1.69
68.23
0.36
0.007750
0.11725
2.99
5.35
3-3
1.70
68
7.94
4.917
43.4
1.57
67.36
0.76
0.010854
0.114146
6.27
11.62
4-4
1.50
60
9.0
5.633
43.0
1.40
66.07
1.169
0.016789
0.108211
10.80
22.42
5-5
1.30
52
10.38
6.802
42.6
1.22
64.61
1.983
0.027906
0.097094
20.42
42.84
6-6
1.10
44
12.27
8.785
42.2
1.04
62.94
2.896
0.48199
0.076801
37.71
80.55
7-7
0.93
37.2
14.52
11.681
41.86
0.89
61.28

校
核
水
位
1-1
2.6
104
7.69
5.619
0.324
45.2
2.30
71.81
0.005672
0.119328
2.72
2.72
2-2
2.4
96
8.33
5.943
44.8
2.14
70.96
0.474
0.007408
0.117592
4.03
6.75
3-3
2.2
88
9.09
6.417
44.4
1.98
70.05
0.685
0.009913
0.115087
5.95
12.70
4-4
2.0
80
10.0
7.102
44.0
1.82
69.05
0.997
0.013685
0.111315
8.96
21.66
5-5
1.8
72
11.11
8.099
43.6
1.65
67.95
1.473
0.019637
0.105363
13.98
35.64
6-6
1.6
64
12.50
9.572
43.2
1.48
66.73
2.240
0.029487
0.095513
23.45
59.09
7-7
1.4
56
14.29
11.812
42.8
1.31
65.36
1.742
0.041746
0.083254
20.92
80.01
8-8
1.29
51.6
15.50
13.554
42.58
1.21
64.53

（5）溢洪道水面曲线成果及护砌高度
①计算溢洪道水面线是为确定边墙高度、边墙及衬砌底板的结构设计和下游消能计算提供依据。
②溢洪道边墙高度计算公式为：
式中 h——不掺气时水深，m；
hb——当流速大于7~8m/s时掺气增加水深，m；
△——安全超高，设计时取1.0，校核时取0.7, m；
H——边墙高度，m。
③边墙高度计算
引水渠边墙高见表11
表11(v<7~8m/s)
参 数
情 况
h(m)
△(m)
H=h+△(m)
设计水位
校核水位
2.78
3.62
1.0
0.7
3.78
4.12
控制堰边墙高度与引渠等高。设计水位时，边墙高度H=3.78米；校核水位时，边墙高度H=4.12米。收缩段边墙高度具体计算见表12。收缩段最大流速v=5.71米/秒<7~8米/秒，不考虑掺气所增加水深，故H=h+△。泄槽一段边墙高度具体计算见表13。泄槽二段边墙高度具体计算见表14。
表12
计算情况
断面
断面距渐变断首端距离（m）
计算水深h(m)
超全超高
△（m）
边墙高度
H（m）
设计水位
首端
尾端
0
60
1.92
2.75
1.0
1.0
2.92
3.75
校核水位
首端
尾端
0
60
2.49
3.5
0.7
0.7
3.19
4.20
表13
计算情况
断面
断面距离槽首端距离（m）
计算水深h(m)
流速v
(m/s)
(m)
△
(m)
H
(m)
设
计
水
位
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
0
3.58
11.58
42.25
122.25
422.28
2.75
2.60
2.45
2.30
2.15
2.03

1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
3.75
3.6
3.45
3.3
3.15
3.03
校
核
水
位
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
0
1.03
10.28
45.38
137.34
516.95
3.5
3.35
3.20
3.0
2.8
2.6
6.67
7.14
7.69
0.20
0.20
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
4.2
4.05
3.9
3.7
3.7
3.5
表14
计算情况
断面
断面距离槽首端距离（m）
计算水深h（m）
流速v
(m/s)
(m)
△
(m)
H
(m)
设
计
水
位
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
0
2.36
5.35
11.62
22.42
42.84
80.55
2.03
1.85
1.70
1.50
1.30
1.10
0.93
6.65
7.30
7.94
9.0
10.38
12.27
14.52
0.135
0.135
0.135
0.135
0.135
0.135
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
3.03
2.99
2.84
2.64
2.44
2.24
2.07
校
核
水
位
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
6-6
7-7
8-8
0
2.72
6.75
12.70
21.66
35.64
59.09
80.01
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.29
7.69
8.33
9.09
10
11.11
12.5
14.29
15.50
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
3.5
3.3
3.1
2.9
2.7
2.5
2.3
2.19
(6)出口消能计算
①溢洪道出口消能计算的任务是：估算下泄水流的挑射距离；选择挑流鼻坎形式，确定挑流鼻坎方式、反弧半径、挑射角等尺寸，以保证达到最优消能效果；估算下游冲刷坑的深度和范围。
②计算公式为L=L1+L2；
；
式中，L——挑距，m；
v1——坎顶水股断面中心点上水流质点的流速，其值近似取陡槽末端的流速，m/s；
θ——鼻坎挑射角度；
g——重力加速度，m/s2；
h1——坎顶水股断面的水深，其值近似地采用陡槽末端水深，m；
S2——坎顶距下游水面线垂直距离，m；
ts——冲坑中最大水深，m；
K——岩石冲刷系数。
Z=（堰项高程十堰顶水深十堰顶流速水头）一下游水位，m；
q——单宽流量，m3/s.m；
t——下游水深，m，下游无水，t=0;
——入射角，可由坎顶水股断面和水流水股断面间能量，方程式求得，即
③挑距计算，见表15。
表15
计算情况
h1
(m)
v1
(m/s)
(0)
S2
(m)
Z
(m)
k
ts
(m)
Q
(m2/s)
L2
(m)
L1
(m)
L
(m)
设计
校核
0.93
1.29
14.52
15.50
35°
35°
4
4
15.69
17.55
0.95
0.95
6.95
8.70
13.5
20
6.8
8.8
25.23
28.30
32.03
37.10
④校核冲刷坑范围
设计情况i= ts /L=6.95/32.03=0.22 <ic=
校核情况i= ts /L=8.70/37.10=0.23<ic=
故冲坑不会危及挑坎安全。
溢洪道水利计算成果，见表1。
表1
水 位
泄量（m3/s）
正常蓄水位
设计洪水位
校核洪水位
360.52
363.62
364.81
0
540
800
溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取n=0.016。
溢洪道为3级建筑物，按50年一遇设计，500年一遇校核的洪水标准。