水利水电工程与管理毕业设计范本.doc

水利水电工程与管理毕业设计

一、综述
1.1工程概况
平山水库位于湖北省某县平山河中游，该河系睦水（长辽的支流）的主要支流，全长284m，流域面积为556㎞2，坝址以上控制流域面积491㎞2；平山河是山区河流，河床比降为0.3%，沿河有地势较为平坦的小平原，最低高程为62.5m左右。
1.2枢纽任务
枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运养殖、给水等任务进行开发。
1.3设计基本数据
1) 正常蓄水位 113.0
2) 设计洪水位：113.10m；
3) 校核洪水位：113.50m；
4) 死水位：105.0m（发电极限工作深度8m）；
5) 灌溉最低库水位：104.0m；
6) 总库容：2.00亿m3；
7) 水库有效库容：1.15亿m3；
8) 发电调节保证流量Qp=7.35m3/s，相应下游水位63.20m；
9) 发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应下游水位68.65m；
10) 经过调洪演算，溢洪道下泄流量Q1%=840 m3/s，相应下游水位72.65m。
11) 校核情况下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340 m3/s，相应下游水位74.30m。
12) 水库淤积高程85.00m。

二、坝址水文特性
暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s。
多年平均流量13.34m3/s,多年平均来水量4.22亿m3。多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。

三、枢纽及库区地形地质条件
3.1坝址、库区地形地质及水文地质
平山河流域多为丘陵地区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山势陡峭，河谷边坡一般为60°~70°，地势高差都在80~120m，河床宽一般为400m，河道弯曲很厉害，特别枢纽布置处更为显著形成S形，沿河沙滩及两岸坡积层发育，坝址处两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，基岩产状凌乱。
靠近坝址上游是泥盆纪五通砂岩，坝下游为二迭纪石炭岩，坝轴线位于五通砂岩上面。
在平山咀以南，即石灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左岸的五通砂岩特别破碎，产状凌乱，岩石隐裂隙很发育。岩石的渗水率都很小，两岸多为 0.001~0.01升/分，坝址处沿坝轴线是1.5-5.0m厚的覆盖层，k=10-4cm/s，γ浮=10kN/m3，ψ=35
坝区地震为5~6度，设计时可不考虑。
3.2筑坝材料
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料能够采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料能够用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。

材料的性质及各项指标如下表所示
土壤类别
干容重 (KN/m3)
最优含水率
（%）
孔隙率
（%）
内摩擦角
Φ
粘 着 力
(KPa)
渗透系数
(cm/s)
壤土
15.8
15
42
24（湿）
20（干）
12
1×10-5
黏土
15.4
25
25
20（湿）
18（干）
37
1×10-6
山皮土
16.0
23
39
22（湿）
33（干）
7.5（湿）
10（干）
1×10-3
覆盖层
16.0

35
0
1×10-4
砂料
16.0

40
30
0
1×10-3
堆石
18.0

33
38
0

3.3力学参数
基岩允许抗压强度2MPa,混凝土与基岩摩擦系数f=0.58。基岩的内摩擦系数f=0.7，粘着力C=0.5MPa，容重r=26kN/m3

四、枢纽建筑物选型及枢纽总体布置
4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准
1）枢纽建筑物组成
根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物主要包括：拦河大坝、水电站建筑物、泄水建筑物、引水建筑物、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）等。
2)工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准
根据所给资料（发电、防洪、库容、灌溉面积），对照《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SL252- ）确定枢纽等别(先确定分项等级，再按最大者确定枢纽等级)和建筑物级别。
（1）各效益指标等别：根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程。
（2）水库枢纽等别：根据规范规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指针分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽为Ⅱ等工程。
（3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，因此本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉管道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。
确定枢纽建筑物的的等级的目的是要确定设计和校核洪水标准，从而经过调洪演算来进一步确定设计洪水位和校核洪水位。
设计洪水位113.1m（百年一遇），Q1%=840m3/s,下游水位72.65m
设计洪水位113.5m（千年一遇），Q0.1%=1340m3/s,下游水位74.30m
4.2枢纽建筑物选型
1）坝轴线的选择
坝轴线综合考虑地形地质条件，土石坝坝轴线一般选在河道转弯下游处，地质条件良好，且与料场的距离适宜。
2）枢纽各建筑物选型
（1）挡水建筑物
在岩基上有三种类型：重力坝、拱坝、土石坝。
a、重力坝方案
从枢纽布置处地形地质平面图及坝轴线地质剖面图上能够看出，坝址基岩为上部为五通砂岩，下面为石英砂岩和砂质叶岩，覆盖层沿坝轴线厚1.5～5.0m，五通砂岩厚达30～80m，若建重力坝清基开挖量大，修建重力坝所需水泥、钢筋等材料运输不方便，且不能利用当地筑坝材料，故修建重力坝不经济。
b、拱坝方案
修建拱坝理想的地形条件是左右岸地形对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的河谷段；而且坝端下游侧要有足够的岩体支撑，以保证坝体的稳定。该河道弯曲相当厉害，特别枢纽布置处更为显著形成S形，1#坝址处没有雄厚的山脊作为坝肩，左岸陡峭，右岸相对平缓，峡谷不对称，成不对称的“U”型，下游河床开阔，建拱坝的造价过高，不宜修筑。
c、土石坝方案
土石坝对地形、地质条件要求低，几乎在所有的条件下都能够修建，且施工技术简单，可实行机械化施工，也能充分利用当地建筑材料，覆盖层也不必挖去，因此造价相对较低，因此采用土石坝方案。
（2）泄水建筑物型式的选择
土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪，在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍形，右岸有马鞍形垭口，采用正槽式溢洪道泄洪，泄水槽与堰上水流方向一致，水流平顺，泄洪能力大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量。
（3）水电站建筑物
因为土石坝不宜采用坝式水电站，而宜采用引水式发电，又因装机容量为9000kw,装机容量小，台数为三台，故采用单元供水式引水发电。
（4）放空建筑物
施工导流洞及水库放空洞，均采用有压式。为便于检修大坝和其它建筑物，拟利用导流隧洞作放空洞，洞底高程为70.00m，洞直径为5.0m。
4.3枢纽总体布置方案的确定
根据枢纽布置的基本原则，结合本工程的市级情况，主要确定各建筑物的相对位置，并绘制平面布置图。
挡水建筑物——土石坝（包括副坝在内）放在主河床，布置呈直线；
泄水建筑物——溢洪道布置在大坝右岸的天然垭口处；
灌溉引水建筑物——引水隧洞紧靠在溢洪道的右侧布置；
水电站建筑物——引水隧洞、电站厂房、开关站等布置在右岸（凸岸），在副坝和主坝之间，厂房布置在开挖的基岩上，开关站布置在厂房旁边；
水库放空洞布置在右岸的山体内。
综合考虑各方面因素，最后确定枢纽布置直接绘制在蓝图上（地形地质平面图）。

五、土坝设计
5.1坝型选择
影响土石坝坝型选择的因素有：1.坝高；2.筑坝材料；3.坝址区的地形地质条件；4.施工导流、施工进度与分期、填筑强度、气象条件、施工场地、运输条件、初期度汛等施工条件；5.枢纽布置、坝基处理型式、坝体与泄水引水建筑物等的连接；6.枢纽的开发目标和运行条件；7.土石坝以及枢纽的总工程量、总工期和总造价。
枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料能够采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩范围内及平山河出口处两岸河滩开采。石料能够用采石场开采，采石场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其石质为石灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩石出露，覆盖浅，易开采。
从建筑材料上说，均质坝、心墙坝、斜墙坝均可。
1）均质坝。坝体材料单一，施工工序简单，干扰少；坝体防渗部分厚大，渗透比降比较小，有利于渗流稳定和减少经过坝体的渗流量，另外坝体和坝基、岸坡、及混凝土建筑物的接触渗径比较长，可简化防渗处理。可是，由于土料抗剪强度比用在其它坝型坝壳的石料、砂砾和砂等材料的抗剪强度小，故其上下游坝坡比其它坝型缓，填筑工程量比较大。坝体施工受严寒及降雨影响，有效工日会减少，工期延长，故在寒冷及多雨地区的使用受限制。
2）斜墙坝。由于不透料（土料）位于上游，不便于土料上坝；土质斜墙靠在透水坝壳上，如果坝壳沉降大，将使斜墙开裂；与岸坡及混凝土建筑物连接不如心墙坝方便，斜墙与地基接触应力比心墙小，同地基结合不如心墙坝；断面较大，特别是上游坡较缓，坝脚伸出较远，填筑工程量较心墙大。
3）心墙坝。用作防渗体的土料位于坝下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用；用作透水料的砂土可从坝上下游0.3~3.5公里河滩上开采，储量多，可供筑坝使用，这样便于分别从上下游上料，填筑透水坝壳，使施工方便，争取工期。心墙坝的优点还有：心墙位于坝体中间而不依靠在透水坝壳上，其自重经过本身传到基础，不受坝壳沉降影响，依靠心墙填土自重，使得沿心墙与地基接触面产生较大的接触应力，有利于心墙与地基结合，提高接触面的渗透稳定性；当库水位下降时，上游透水坝壳中水分迅速排泄，有利于上游坝坡稳定，使上游坝坡比均质坝或斜墙坝陡；下游坝壳浸润线也比较低，下游坝坡也能够设计得比较陡；在防渗效果相同的情况下，土料用量比斜墙坝少，施工受气候影响相对小些；位于坝轴在线的心墙与岸坡及混凝土建筑物连接比较方便。
由于土石坝的地基适应性强，理论上说，这几类坝都能够选用，具体考虑到当地两岸的坝坡较陡峭，因此选用较能够适应陡峭坝坡地形的心墙坝作为首选坝型。
5.2坝体剖面设计
土石坝的剖面设计指坝坡、坝顶宽度、坝顶高程。
1）坝顶高程
坝顶高程等于不同运行情况下的水库静水位加上超高之和，并分别按以下运用情况计算，取较大值：①设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；②校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高
d=风吹的壅高e+波浪爬高ha+安全加高δ

——波浪的平均波高
——坝坡坡率，初拟时取3；
——坝坡护面糙率，干砌块石护坡0.0275，浆砌块石护坡取0.025，沥青和混凝土0.0155，本设计采用砌石块石护坡
由莆田水电站公式

v——多年平均最大风速，正常运行时取1.5-2.0倍，非正常运行时取v=10m/s，非正常运行时取v=18m/s。
D——风的有效吹程D=8m
H1——坝前的平均水深
坝前水位壅高
——综合摩阻系数，其值变化在（1.5～5.0）×10-3之间，计算时一般取K=3.6×10-3；
v——设计风速
D——吹程，单位km
——风向与水域中线（或坝轴线的法线）方向的夹角。
δ——安全加高，m，根据坝的等级和运用情况，按表1-1确定。
安全加高δ （单位：m）
运用情况
坝的级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅴ
正常
1.5
1.0
0.7
0.5
非常
0.7
0.5
0.4
0.3

两种情况计算成果如下

设计情况
校核情况
上游静水位(m）
113.1
113.5
河底高程(m）
68
坝前水深(m)
45.1
45.5
上游坡率
3
上游糙率
0.025
0.025
风速(m）
10*1.8
10
吹程(m）
8
平均波高(m）
0.690649
0.358410
波浪爬高
1.957238
0.951334
波浪壅高
0.003576
0.003559
安全加高
1
0.5
坝顶高程
116.0608
114.9549
坝顶高程取正常运行和非正常运行中较大值，取116.2m可满足要求
（2）坝顶宽度
坝顶宽度应满足交通要求、施工条件、防汛抢险等要求，坝顶宽度取10m，B=10m>H0.5
（3）上下游坡度的确定
因最大坝高约116.20-68.00=48.20m,故采用上级坝坡二级变坡，下游三级坝坡。
（1）上游坝坡：从坝顶至坝踵依次为1︰3； 1︰3.5。
（2）下游坝坡：从坝顶至坝趾依次为1︰2.5；1︰3，1︰3.25。
（3）马道：第一级马道高程为85，第二级马道高程100m，马道宽度取2.0m。
（4）心墙的断面尺寸墙顶部宽度：一般不小于3m，可取5m。
心墙顶部高程：心墙顶部高程以设计水位加0.6m超高并高于校核水位，取113.7m，上部留有2.5m的保护层厚度。
心墙两侧坡度：可取1:0.15-1:0.3，取1:0.2
心墙的位置：位于坝中心线，心墙底部设齿墙，与不透水层相接
5.3坝体排水设施布置
采用堆石棱柱体排水，棱柱体顶面高程应高出下游最高水位1m，取75.5m,堆石棱体内坡取1:1.5，外坡取1:2.0，坝顶取2.0m。

5.4土坝渗流计算和分析
1）渗流计算的基本假定
（1）心墙采用粘土料，渗透系数k=10-6cm/s，坝壳采用砂土料，渗透系数，k=10-2cm/s两者相差倍，能够把粘土心墙看作相对不透水层，因此计算时能够不考虑上游坝壳损失的水头作用。下游设有棱体排水，可近似的假设浸润线的逸出点为下游水位与堆石棱体内坡的交点。下游坝壳的浸润线也较平缓，接近水平，水头主要在心墙部位损失。
（2）土体中渗流流速不大且处于层流状态，渗流服从达西定律，即平均流速v等于渗透系数K与渗透比降i的乘积，v=K×i。
（3）发生渗流量时土体孔隙尺寸不变，饱和度不变，渗流为连续的。
2）渗流计算条件
渗流计算应考虑如下组合，取其最不利者作为控制条件：1）上游正常高水位，下游相应的最低水位；2）上游设计或校核洪水水位，分别相应的下游水位。
计算设计洪水位113.10m，相应下游的最低水位72.65。
3）渗流分析的方法
采用水力学法进行土石坝渗流计算，以下公式来自水利计算手册（ ，第二版）。

q为渗流量
将心墙看作等厚的矩形，则其平均宽度为：
T=5m
H1=113.1-68=45.1m
H2=72.65-68=4.65 m
s=d=(116.2-100)*2.5+(100-85)*3+(85-75.5)*3.25-(75.5-72.65)*1.5-(13.74-10)/2=110.23m
k1=10-5m/s k2=10-8m/s k3=10-6m/s
联立前面两式得h=7.22m ,q=8.59*10-7m2/s
浸润线方程
=0.060x
5.5坝坡稳定计算（只作下游坡一个滑弧面的计算）
采用“瑞典圆弧法”进行计算
(1)计算工况：上游设计水位+下游相应水位
(2)计算内容：确定下游坝坡的最小抗滑稳定系数，判断处理的坡面是否满足要求
(3)滑弧面的选择：滑动面的起点在坝顶、与心墙相交、与坝基接近或切入坝基、端点在坝坡脚附近。圆弧半径尽量选择为整数。
(4)荷载计算：土坝坝体自重浸润线以上按湿容重计算，在浸润线以下、下游水面线以上的土体按饱和容重计算，在下游水位以下的土体，按浮容重计算。

圆弧半径为R=140m，对滑动面上土体进行分条编号：坝顶向下依次为1，2，3，…
为简化分析，现只考虑自重荷载。对如图4—4，所示的坝坡，以i土条为例，其自重，式中为土条面积，为土体容重。自重在滑动面上的切向分力起促滑作用，法向分力在滑动面上产生摩擦力，起抗滑作用。式中为土条底部中点所在半径与铅直线的夹角，是土条在滑动面处的内摩擦角。
在滑动面上总滑动力为，总抗滑力为

由于坝体中渗流量q很小，因此不考虑孔隙水压力。
计算结果如表3-4所示：

坝坡稳定计算表
土条编号
自重Wi
(kN)
角度αi
sinαi
cosαi
Wi*sinαi(kN)
Wi*cosαi(kN)
Wicosαitanφ(kN)
Li(m)
Li*ci
1
885.83
41
0.656
0.755
581.154
668.541
256.49
13.36
317.0
2
5403.83
35
0.574
0.819
3099.507
4426.554
1788.328
26.77
200.8
3
7334.67
28
0.469
0.883
3443.420
6476.132
2616.357
24.56
184.20
4
8248.46
19
0.326
0.946
2685.436
7799.073
3150.826
23.20
174.0
5
8370.61
11
0.191
0.982
1597.188
8216.818
3319.595
26.09
195.7
6
4211.48
4
0.070
0.998
293.778
4201.223
2940.856
17.99
0.0
7
2529.97
-3
-0.05
0.999
-132.408
2526.502
1768.551
28.31
0.0
∑

11568.075
α
15841

1071.7

（5）稳定分析
《碾压式土石坝设计规范》规定的坝坡抗滑稳定的最小安全系数如表3-5所示：

表3-5坝坡抗滑稳定最小安全系数
运用条件
工程等级
1
2
3
4、5
正常运用条件
1.30
1.25
1.20
1.15
非常运用条件一
1.20
1.15
1.10
1.05
非常运用条件二
1.10
1.05
1.05
1.00
本设计中K=1.462 >[K]=1.25,安全系数满足要求。坝的稳定安全系数偏大，可是鉴于各种因素考虑不全，实际安全系数可能要小些，故而不改变坝坡
5.6地基的处理
1） 地基处理
（1）河槽处：水流常年冲刷，基岩裸露，抗风化能力强，岩石的渗水率很小，多为0.001~0.010升/分，故只需清除覆盖层即可，挖至基岩即可。
（2）右岸河滩：覆盖层和坡积层相对较厚，岩层裂隙较为发育，拟采用局部帷幕灌浆，同时进行压实，加固地基。
（3）左岸山体：五通砂岩特别破碎，产状零乱，可采取适当挖除的措施。
2）坝体与地基的连接
（1）主河槽部位：基岩透水率很小，能达到渗流控制的要求，采用在心墙底端局部加厚的方式与地基相连。
（2）右岸河滩：坡积层、覆盖层较发育，岩层十分破碎，隐裂隙发育，故采用截水槽的方式与基岩相连。
3）坝体与岸坡的连接
左坝肩到左滩地，坡积层、风化层需彻底清除，左岸坡上修建混凝土齿墙与岸坡相连接，岸坡较陡，开挖时基本与基岩大致平行。开挖角不能太大。

六、正槽式溢洪道设计
6.1溢洪道路线选择和平面位置的确定
主要考虑：地形、地质条件，枢纽总体布置等因素。
（1）地形条件
一般来讲，溢洪道的水流入口应位于水流流畅处，并与土石坝保持一定的距离，避免横向水流对土石坝坝坡的冲刷影响，有利于坝的安全。利用垭口，有利于减少开挖工程量。本工程正好有一个符合上述条件的垭口，故在此处进行溢洪道布置。溢洪道的水流出口处，应与坝脚或下游其它建筑物保持一定的距离，避免水流冲刷以及水流波动的影响。
（2）地质条件
应将溢洪道尽量修建在岩基上，并力求溢洪道两岸山坡稳定。本工程垭口处覆盖层较薄，地质条件较好，两岸山体整体稳定，符合上述要求。
（3）枢纽总体布置
应考虑与枢纽各建筑物在总体布置上的协调。入流、出流对枢纽其它建筑物的干扰。
6.2 溢洪道的孔口尺寸确定
（1）堰型选择
溢洪道溢流堰可采用WES型实用堰，也可采用宽顶堰。本工程拟采用WES型实用堰。
（2）堰顶高程
根据设计资料给出，堰顶高程为107.5m。
（3）溢流前缘宽度L：分别按设计情况和校核情况进行估算。
计算情况
上游水位（m）
下泄最大流量(m3/s)
相应的下游水位(m)
设计
113.10
1340
72.65
校核
113.50
1660
74.30
，q为单宽流量

m为流量系数，在设计水头下取为0.502；为设计水头。
计算结果如表4-1
表4-1 溢流前缘宽度计算
计算情况
上游水位
泄量
堰上水头
流量系数
单宽流量
溢流前缘宽度
H0(m)
Q (m3/s)
H0 (m)
m
q(m2/s)
L(m)
设计情况
113.1
840
5.6
0.502
29.45
28.52
校核情况
113.5
1340
6.0
0.502
32.66
41.02
由此可计算得溢流前缘宽度为41.02m。
（4）单孔宽度b的确定
孔数n取为整数。b=L/n。b应为整数。选择5孔，则单孔宽为8.204m，取单孔宽为9m。
（5）闸门
可采用弧形闸门或平板闸门。本设计中选用平板闸门。闸门顶部高程为正常高水位+安全超高=113.1+0.5=113.6
根据《水利水电工程钢闸门设计规范SL74-95》，闸门尺寸取为9m×6.5m（宽×高），宽高比为9/6.5=1.38，满足按规范规定的露顶式闸门宽高比（1.0～1.5）。
（6）闸墩
根据溢流堰的构造要求，闸室中墩宽度取为2.5m，中墩分缝，边墩宽度取为3m，由此计算可得溢流堰宽B：

6.3溢洪道泄槽设计
(1)泄槽的平面布置
泄槽在平面布置上，沿水流方向呈直线、等宽、对称布置，这样可使水流平顺、结构简单、施工方便。避免弯道或断面尺寸的变化，以防止高速泄流引起的波动、掺气、空蚀等现象。
(2)泄槽的纵断面底坡
泄槽纵断面的布置与地形、地质条件关系密切。泄槽底坡尽可能采用单一的坡度，一坡到底，且满足，保证泄槽中的水流流态为急流。
由地形地质平面图上量得堰顶到下游74.30m高程处的水平距离为108m，高差为33.20m，故从堰顶到下游水面连一直线，直线的斜率大约等于0.3。为减少挖方，初步拟定泄槽坡率i=0.3。泄槽衬砌初拟选用石灰浆砌块石水泥浆勾缝型式，查阅有关文献，浆砌块石糙率一般为0.025。取，近似计算临界水深
q=1340/45=29.78m

故其临界底坡：

验算坡度
(3)泄槽的断面尺寸
溢洪道处于岩基，可采用矩形或接近矩形的断面，使流量和流速分布都比较均匀，对下游消能有利。本设计采用矩形断面宽b=70m，长L约为82m。
(4)边墙高度的确定
边墙的高度采用推求水面线的方法确定。泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：

式中，
为分段长度，m；
、分别为分段始末断面水深，m；
、分别为分段始末断面平均流速，m/s；
、分别为流速分布不均匀系数，取1.05；
为泄槽底坡的倾角；
i为泄槽底坡，i=tan；
为分段内平均摩阻坡降；
n为泄槽槽身糙率系数，可查相应规范；
为分段平均流速，m/s；
为分段平均水力半径，，m；
按《溢洪道设计规范SL253- 》，泄槽段起始断面水深小于，计算公式为：

q为计算断面以上单宽流量，m2/s;
为计算断面以上总水头，m；
起始计算断面流速系数，取0.95；
计算得到=2.04 m
本设计计算简图如图4-1。计算采用校核洪水情况，按水深进行分段，用上述方法计算泄槽水面线。

图4-1 水面线计算简图

计算结果如下表所示：

水面线计算成果1
断面

A
R
v

m
m2
m
m/s
m/s
1-1
2.04
142.8
2.04
9.383754

2-2
1.8
126
1.8
10.63492
10.00934
3-3
1.6
112
1.6
11.96429
11.2996
4-4
1.4
98
1.4
13.67347
12.81888
5-5
1.3
91
1.3
14.72527
14.19937
6-6
1.2
84
1.2
15.95238
15.33883
7-7
1.1
77
1.1
17.4026
16.67749
8-8
1
70
1
19.14286
18.27273

水面线计算成果表2
断面
R ̅
n
J ̅
i-J ̅
△L
L
m

m
m
1-1

0.025

2-2
1.92
0.025
0.02624
0.27376
3.66
3.66
3-3
1.7
0.025
0.039332
0.260668
4.88
8.54
4-4
1.5
0.025
0.059812
0.240188
7.98
16.52
5-5
1.35
0.025
0.084458
0.215542
6.12
22.64
6-6
1.25
0.025
0.109207
0.190793
8.69
31.33
7-7
1.15
0.025
0.144282
0.155718
13.44
44.77
8-8
1.05
0.025
0.195539
0.104461
24.60
69.37

(5)边墙高度的确定：
根据上述计算结果，考虑掺气水深△h、安全超高△h’’来确定。
根据《溢洪道设计规范SL253- 》，泄槽段水流掺气水深△h可按下式计算：

h为泄槽计算断面水深，m；
v为不掺气情况下的泄槽计算断面流速；
为修正系数，可取1.0~1.4s/m；本设计取1.0s/m。
《溢洪道设计规范SL253- 》规定，泄槽段边墙高度，应根据计入波动及掺气后的水面线，再加上0.5~1.5m的超高。本设计中安全超高△h’’取0.5m。
边墙高度计算结果如表4-3：
表4-3 边墙高度计算
断面
泄槽计算断面水深h
v
掺气水深△h
安全超高△h’’
边墙高度
m
m/s
m
m
m
1-1
2.04
9.383754
0.191429
0.5
2.731429
2-2
1.8
10.63492
0.191429
0.5
2.491429
3-3
1.6
11.96429
0.191429
0.5
2.291429
4-4
1.4
13.67347
0.191429
0.5
2.091429
5-5
1.3
14.72527
0.191429
0.5
1.991429
6-6
1.2
15.95238
0.191429
0.5
1.891429
7-7
1.1
17.4026
0.191429
0.5
1.791429
8-8
1
19.14286
0.191429
0.5
1.691429

6.4溢洪道消能设计
本枢纽溢洪道处于岩基上，可采用挑流消能。
(1)挑流鼻坎型式
选用结构简单、施工方便、鼻坎上水流平顺、挑距较远、应用广泛的连续式鼻坎。鼻坎挑角。鼻坎高程高出下游最高水位（设计时72.65m、校核时74.30m）1～2m，取76.00m，反弧半径R=12m。
(2)水舌挑射距离计算

式中：
L为水舌挑距，m；
为坎顶水面流速, m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍；取20.1m/s
为坎顶垂直方向水深，m，；取0.958m
为坎顶至河床面高差，m,
计算得L=43.48m
(3)冲刷坑深度的计算（由河床表面至坑底）

式中：
为水垫厚度，自水面算至坑底，m；
为冲坑深度，m；
q为单宽流量，m2/s；q=1340/70=19.14 m2/s
H为上下游水位差，m；113.5-74.3=39.2m
下游水深，m；
为冲坑系数，坚硬完整的基岩，坚硬但完整性较差的基岩，软弱破碎、裂隙发育的基岩。此工程下游河床存在破碎带和一假想逆断层，岩层裂隙发育，因此取。
冲坑计算结果见表4-5。
表4-5 冲刷坑深度计算结果
计算情况
Z上（m）
Z下（m）
H（m)

(m)

校核水位
113.50
74.30
39.20
1.7
20.43
9.3
18.61
9.31
(4)安全验算

6.5溢洪道细部结构设计
(1)WES型实用堰
根据《溢洪道设计规范SL253- 》，WES实用堰堰顶上游曲线采用三段圆弧，上游堰面铅直，下游为幂曲线。如图4-2所示：
溢流面由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。设计要求：①有较高的流量系数，泄流能力大；②水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；③体形简单、造价低、便于施工等。
1)确定定型设计水头
堰顶高程=108m；校核洪水位=116m；
最大堰上水头=113.5-107.5=6m；
定型设计水头：=（0.65~0.85）=（0.65~0.85）×6=3.9m~5.1m
取=5m。
R1=0.5Hd=0.5×5=2.5m,c1=0.175Hd=0.175×5=0.875 m
R2=0.2Hd=0.2×5=1 m,c2=0.276 Hd=0.276×5=1.38m
R1=0.04Hd=0.04×5 =0.2m,c1=0.2818 Hd=0.2818×5=1. 409m
下游段满足方程：并取直线CD的坡度为0.75
计算反弧段半径 R=（0.25~0.5）（Hd+zmax）
上下游水位差为zmax=39.2m故
R=（0.25~0.5）（Hd+zmax）=（0.25~0.5）（5+39.2）=11.05~22.1m
故取半径为15m

WES溢流堰堰顶曲线

(2)其它构造设计
包括衬砌、排水、止水和分缝。
泄槽位于岩基上，且水流流速较大，选用石灰浆砌块石水泥浆勾缝型式。衬砌纵向接缝采用平接缝，沿水流向横缝采用搭接型式。纵横向分缝距离分别取为10m、20m，缝下设纵横向排水沟，并设有铜片止水装置，在排水沟顶面铺沥青麻片，以防止施工时水泥浆或运用时泥沙堵塞排水沟，各横向排水沟的水流应经过泄槽两侧的纵向排水沟排往下游，纵向排水管设置两排，以保证排水通畅。

七、设计成果
1、设计说明书（含计算）一份
2、设计图纸三张
（1）平面布置图
（2）枢纽下游展视图和溢洪道坡面图
（3）土坝典型断面图和溢洪道细节部分