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溢流坝段设计
一、 孔口设计
1、孔口形式
本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。
2、孔口尺寸
本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。
二、 溢流坝剖面设计
溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。
1、设计依据
《溢洪道设计规范》（SL 253-2002）
2、基本资料

有上述资料可得出Hmax=5.97m。
3、溢流曲线设计
溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中Hd为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头Hmax的75%到95%计算，本设计采用80%倍的Hmax，所以Hd=4.78m。上游堰高P1=42m>1.33Hd=6.35m，所以本设计为高堰流量系数md=0.502。
1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：

曲线参数计算表

2) 、下游曲线段
下游曲线段计算公式为：

式中：Hd为堰面曲线定型设计水头；
x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标；
n与上游堰坡有关；
k当P1/Hd>1.0时，k值由规范查取，当P1/Hd≦1.0时，k取2.0到2.2。
上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P1/Hd=8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：

经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示：

3） 、中间直线段
直线段与曲线段的切点计算如下所示：

代入数据计算可得：

4） 、下游反弧段
本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(4~10)h0，式中h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。
反弧段最低点流速：

式中：φ为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为：

反弧段半径R=(4~10)h0，本设计反弧段流速为23.29m/s>16m/s，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取R=6.42h0=9.95m。
综上所述，溢流面初步拟定的剖面如下图所示:

4、 消能防冲设计
本设计采用挑流消能，挑流鼻坎采用连续式鼻坎；挑射角规范要求在20̊
到35̊之间，本设计取挑射角θ=30̊；反弧段半径R规范要求取（4~10）h0，h0为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深；鼻坎高程规范要求高于下游最高水位1~2m，本设计下游最高水位577.54m，鼻坎高程取为579.00m。
1） 、挑射距离计算
由于冲坑最深点大致落在水舌外缘的延长线上，故跳射距离可按下式估算：

式中：L为水舌挑射距离；
V1为坎顶水面流速，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即：

式中：H0为库水位至坎顶的落差，φ为堰面流速系数；
h1为坎顶平均水深在铅直方向的投影，即h1=hcosθ；
h2为坎顶至河床面高差。
由上面计算可得v=23.29m/s，所以v1=1.1×23.29=25.62m/s；
h1=1.55cosθ=1.34m；h2=579-563=16m；把这些数值代入挑射距离的计算公式有：
L=68.79m
2） 、冲坑深度计算
最大冲坑深度的数值与很多因素有关，特别是河床的地质条件，目前估算公式很多，设计规范推荐按下式计算：

式中:tk为冲坑深度；q为单宽流量；H为上下游水位差；ɑ为冲刷系数根据规范本设计取为0.8。代入数值计算得：
tk=11.54m
L/tk=5.96>5，不会对坝体安全造成威胁所以满足挑流设计要求。
5、 底孔设计
底孔主要作为排沙孔，也有宣泄洪水、防空水库的功能。底孔设在非溢流坝段，进口中心线高程580.00m，空口尺寸3×3m。本设计底孔为有泄进水孔，包含进口段、空身段和出口段。工作闸门布置在出口，闸门采用平板闸门。事故检修闸门设在进口段之后，检修闸门也采用平板闸门。
1）、进口段
进口段曲线应满足下列要求：①减小局部水头损失，提高泄流能力；②控制负压防止空蚀。进口曲线常采用1/4椭圆，其方程为：

椭圆长轴（x轴）多与孔轴平行。对于矩形断面的泄水孔的顶面曲线，A为孔高，ɑ采用1/3~1/4；空口两侧壁曲线也用椭圆曲线，A为孔宽，ɑ采用1/4；进口段底部边界线采用圆弧。进口段的中心线，一般布置成水平。根据上述要求，进口段顶面ɑ取1/3，其曲线方程为：

两边侧壁的曲线方程为：

2）、空身段
空身段采用圆形断面，直径为3m。
3）、渐变段
本设计有压泄水孔断面为圆形，所以在进口闸门后需设渐变段，以便水流平顺过渡，防止负压和空时产生。渐变段可采用在矩形的四个角上加圆弧的办法过渡，本设计工作闸门不知在出口，所以在出口段也需要设置渐变段。
渐变段工作复杂，不宜太长，一般采用洞身直径的1.5~2倍，边壁收缩率在1:5~1:8之间。
在坝身有压泄水孔末端，水流从压力流突然变成无压流，引起出口附近压力降低，容易产生顶部负压，所以在出口常设1:10~1:5的斜坡，面积收缩率为0.85~0.90。
根据上述要求，渐变段长度取洞身长度直径的1.5倍，L=4.5m；边壁收缩率1:8；出口段顶部设1:10的斜坡，面积收缩率为0.85。
6、 水面线计算
1）、堰顶部分
坝顶头部水面线坐标X/Hd和Y/Hd可查《水工设计手册第六卷.泄水与过坝建筑物》P6-181表27-2-5进行插值计算。Hd=4.78m，H/Hd=1.25，具体计算过程如下表所示：

坝头部水面线计算表
2） 、直线部分的不掺气水面线求解
①切点坐标（Xt，Yt）已经确定为（7.97，-6.154）。
②求曲线长度Lc,t，查《水工设计手册》第六卷泄水与过坝建筑物图27-2-5，得Lc,t/Hd=2.08，所以Lc,t=9.94m。
③求直线段长度Ls，从切点到直线上任意一点（xi，yi）的距离计算公式为：

式中:sin=0.82。
④从堰顶曲线起点到点（xi，yi）的距离L=Lc,t+Ls,i。
⑤计算边界层厚度。公式为：

列表计算如下所示:

边界层厚度计算表
⑥势流水深hp试算，试算公式为：

失算过程如下：对于每一个Yi，假定一个hp，通过计算得到另一个hp值，再将得到的数值代入，依次进行下去，直到获得两个相等的数值为止。现以Yi=6.154为例，试算如下表所示：

势流损失hp试算表
由上表可以看出，Yi=6.154时，hp的试算结果为2.479。按照这样的方法，最终的试算结果如下表所示：

势流损失hp试算汇总表
⑦正交于坝面的坝面水深h=hp+0.18δ，所以将上述计算综合得出正交于坝面的坝面水深h如下表所示：

坝面水深计算表
3）、反弧段水深计算

4）、溢流坝段边墙高度的确定
水面线安全超高规范要求取0.5~1.5m，非直线段适当增加。本设计堰顶曲线处的边墙高度高出水面线1.5m，直线段的边墙高度高出水面线1m，反弧段的边墙高度高出挑坎水深1.5m。