-、基本資料:為了解決某區(qū)農(nóng)田灌溉問(wèn)題。 于某河建造攔河溢流壩一座， 用以抬高河中水位，引水灌3溉。進(jìn)行水力計(jì)算的有矢資料有：設(shè)計(jì)洪水流量為 550m/s；壩址處河底高程為43.50m；由灌區(qū)高程及灌溉要求確定壩頂高程為48.00m；為減小建壩后的壅水對(duì)上游的影響，根據(jù)壩址處河面寬度采用壩的溢流寬度B二60m溢流壩為無(wú)閘墩及閘門(mén)的單孔堰，采用上游面鉛直的三弧段WES型實(shí)用堰剖面，并設(shè)有圓弧形翼墻； 壩前水位與河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e矢系曲線，見(jiàn)圖15.2;壩下水位與河道流量矢系曲線，見(jiàn)圖 15.3;壩基土壤為中礫石；河道平均底坡i=0.00127;河道實(shí)測(cè)平均糙率n=0.04。44AU33亍mnblv—44AU33亍mnblv—?--1sTr-zLLrlv-----一十一一J~1應(yīng)-才祠田芬工女防同?口陽(yáng)二、水力計(jì)算任務(wù)：1?確定壩前設(shè)計(jì)洪水位；確定壩身剖面尺寸；繪制壩前水位與流量尖系曲線;4壩下消能計(jì)算；5.壩基滲流計(jì)算；6?壩上游壅水曲線計(jì)算。三、水力計(jì)算1、確定壩前設(shè)計(jì)洪水位壩前設(shè)計(jì)洪水位決定于壩頂高程及設(shè)計(jì)水頭 Hd，已知壩頂高程為4800m求出Hd后,即可確定壩前設(shè)計(jì)洪水位。,2gH03計(jì)算.因式中溢流壩設(shè)計(jì)水頭Hd可用堰流基本方程（,2gH03計(jì)算.因式中設(shè)Hd=2.53m，則壩前水位二48.00+2.53=50.53m.按壩前水位由圖15.2查得河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA二535吊，又知設(shè)計(jì)洪水流量Q=550m3/s'則Vo二550=1.03m/s5252av。倔0.056m2g29.8H。一出廿253°056心血按設(shè)計(jì)洪水流量Q,由圖15.3查得相應(yīng)壩下水位為48.17m?下游水面超過(guò)壩頂?shù)母叨萮=48.17-48.00-0.17mhs—^辛干i|成主日我66015下游壩高a=48.00-43.00=4.50m亙四一—*—1—1.74：:2.0Ho2.586因不能完全滿(mǎn)足實(shí)用堰自由出流條件hs<0'15及旦一2.0，故為實(shí)用堰淹沒(méi)出流。HoHo根據(jù)htaHo及1值由圖10.17查得實(shí)用堰淹沒(méi)系數(shù)-0.999。因溢流壩為單孔堰，H。溢流孔數(shù)n二 1;溢流寬度B=b=60n。按圓弧形翼墻由表 10.4查得邊墩系數(shù)\=°.7則側(cè)收縮系數(shù)H—1-0.2[(n-1)o 訂：nb2.586=1 0.20.7 0.994壩流量III■■3=550.6m/s計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)洪水流量基本相符，說(shuō)明假設(shè)的Hd值是正確的，故取設(shè)計(jì)水頭Hd=2.53m。壩前設(shè)計(jì)洪水位二壩頂高程+Hd二48.00+2.53—50.53m2、確定壩身剖面尺寸壩項(xiàng)上游曲線的有尖數(shù)據(jù)計(jì)算如下 ：Ri-0.5Hd-0.52.5a1.265mR2=0.2Hd=0.22.53=0.506mRs=0.04Hd=0.042.53=0.101mR=0.175Hd=0.1752.5A0.443mb2=0.276Hd-0.2762.53=0.698mbs-0.2818Hd=0.28182.5a0.713m壩頂下游曲線方程為JUZJUZy-2H：852253°85 4.402按上式計(jì)算的壩頂下游曲線坐標(biāo) x、y區(qū)列于表I5.3。因下游壩高aA4.5m:::10m，故取壩末端圓弧半徑為R=0.5ai=0.54.5=2.25m按上述數(shù)據(jù)繪制的壩身剖面圖見(jiàn)圖 15.43、繪制壩前水位與流量矢系曲線——2不同水頭H的溢流壩流量仍按Q；「；mB：2gHo3計(jì)算?現(xiàn)以H=2.0米為例說(shuō)明求流量的方法。因A。為未知，無(wú)法計(jì)算V。及H。，故先取H°H二2.0m?又因下游水位與Q有矢，尚無(wú)法判別堰的出流情況，可先按自由出流算出 Q后，再行校核.對(duì)于自由出流。根據(jù)Hr2。0.791,由圖10.5查得m=0.485?側(cè)收縮系數(shù)nb2.0=1-0.20.7=0.995160則流量的第一次近似值Q二二；mB2gHo2=10.9950.48560.29.82吆3362.6m/s按壩前水位二480+2.0二50.0m,由圖15?2查得A=459mf,則Q362.6VQ362.6V。一Ao—459=0.79m/s單表15.3單X（米）y（米）X（米）y（米）X（米）y（米J0.000.0001.750.6403.502.3060.250.0042.000.8193.752.6200.500.0632.251.0184.002.9520.750.1332.501.2374.253.3031.000.2272.751.4764.503.6711.250.3433.001.7344.754.0571.500.4813.252.0115.004.461圖乍N:vo1.00.972g29.8Hi 0=2.00.03仁2.031m2g2031;=1-0.20.7 0.995則流量的第二次近似值 *''Q=10.9950.48560、29.82.03儼 .3=371m/s因流量的微小變化，對(duì)vo及Ho影響甚小，故以上所求Q值可認(rèn)為正確.校核出流情況。按Q=371m/s由圖153查得相應(yīng)的壩下水位為 47.20m。貝ijhs=47.20-48.00--0.80m— 0.394:::0.154.50cCCCC——=2.222.02.031滿(mǎn)足實(shí)用堰自由出流條件為自由出流，原假設(shè)的出流情況是正確的.再設(shè)幾個(gè)H,按上法計(jì)算相應(yīng)的 Q計(jì)算成果列于表15.4.按表15.4的數(shù)據(jù)繪制壩前水位與流量矢系曲線于圖15?5。H(m)壩前水位(m)H)(m)m ￡ (1Q(Q/s)備注2.5350.532.5860.5020.9940.999550.6淹沒(méi)出流2.050.002.0310.4850.9951.000371.0自由出流1.549.501.1560.4650.9971.000229.9自由出流1.049.001.0060.4420.9981.000118.1自由出流0.548.500.5010.4160.9991.00039.1自由出流表15.44、壩下消能計(jì)算A5o-2AR4B.04、壩下消能計(jì)算A5o-2AR4B.0<1002OT300斗株)500Wlt*0(X7?)圖15.5（一）確定消能設(shè)計(jì)流量設(shè)一系列流量Q,求出一系列相應(yīng)的臨界水躍躍后水深h:J?h；-1（t為下游水深）?繪出（h；-1）?Q尖系曲線?由該曲線找出相應(yīng)于（h：寸）為最大值時(shí)的流量即為消能設(shè)計(jì)〃化里?3現(xiàn)以3現(xiàn)以Q=229.9m/s為例求（h；」t）值。單寬流量Q229.9B-60Q229.9B-603-.3.83m/sm臨界水深由表154查得Ho=1.516m則To=H°To=H°a廣1.5164.5=6.016mTo二跡=5.26hk1.144按丁吸=0.90由附錄圖w查得理=2.2，則hkhkh；=2.2hk=2.21.144=2.517mJ=WD?DII2/JmmID?D旦1寸/|口保 ru.cill，*y/|口保I例丁/j'f不t=46.2-43.5=2.7m于是h；—t=2.517-2.7??0.183m設(shè)一系列Q值，按上述方法求得一系列相應(yīng)的 （h;?t）值，計(jì)算結(jié)果列于表15.5?由表15.5可知，相應(yīng)于（h；?t）最大值時(shí)的Q=80m3/s，故采用消能設(shè)計(jì)流量為 80m/So當(dāng)Q=80m3/s時(shí)，下游發(fā)生遠(yuǎn)離水躍‘需做消能工‘現(xiàn)擬做消力池。表15.5Q(m/s)q(m3/sm)hk(m)T°(m)「/hkIIhe/hknhc(m)t(m)(h;-1Im)550.69.1772.0487.0863.4601.883.8504.67-0.820371.06.1831.5746.5314.1492.023.1793.70-0.521229.93.8321.1446.0165.2592.202.5172.70-0.183118.11.9680.7345.5067.5012.471.8131.640.17380.01.3330.5665.2889.3432.641.4941.250.24439.10.6520.3515.00114.252.991.0490.820.22920.00.333Q -A d、業(yè)10.2254.83121.473.340.7520.570.182▲）求消力池深度d3已知Q=80m/s，由表15.5查得3q=1.333msmhk=0.566m,To=5.288m,f=1.25m?則二5288=9.342hkO.566=2.208hk0.566按T。，一=0.90由附錄圖w查得素一二o.55，則池深d=—hk=0.550.566=0.311mhk采用d=0.4m消力池池底高程二河底高程 ?d二43.5?0.4—43.1m、 /'J、IJ】/—IJ ■288。?仃0.05hehe?hk=0.250.566=0A42mhk%he?hk=2.700.566=1.528mhk則水躍長(zhǎng)度h=6.9（h：—he）=6.9（1.582—0.142）=9.563m故池長(zhǎng)I=lo0.8lj=0 0.89.563=7.65m米用I二8m。（四）求海漫長(zhǎng)度lp*qH式中q為相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)的單寬流量，由表15.5查得q=9.177m3/sm；上下游水位差H=50.53—48.12=2.41m；河床土壤為中礫石，取系數(shù)K=8o故得lp=8.0.9.177A2.41=30.20m米用Ip=30m。5、壩基滲流計(jì)算壩基滲流主要是計(jì)算滲徑長(zhǎng)度和壩底滲流壓強(qiáng). 因本工程對(duì)控制滲流量要求不高，故不必計(jì)算滲流量.壩基滲流按上下游最大水位差的情況計(jì)算. 最大水位差出現(xiàn)在壩前水位與壩頂齊平、壩下無(wú)水的情況，即最大水位差H=48.0?43.5=4.5m（一）計(jì)算滲徑長(zhǎng)度為增加滲徑長(zhǎng)度和減小壩底滲流壓力， 于壩前增設(shè)一長(zhǎng)5m厚0.5m的重拈土防滲鋪蓋層.初步擬定的壩底輪廓線如圖I5.4所示.其中折算滲徑長(zhǎng)度L二L鉛直-1水平-1=1-=1.01.0J.020.52?0.寧0.52 =1.01.0J.020.52L水平=I2； l4_sL_7l8_shojiliij2li2_i3=5.0193.07.53.0r2 2.0.520.420.5=20.64mL=5.37?20.64=12.61m壩基土壤為中礫石（有反濾層），由表查得滲徑系數(shù)Co=2.5,C0H=2.54.5=11.25m因L.CM，壩底輪廓線長(zhǎng)度滿(mǎn)足防滲要求。（二）計(jì)算壩底滲流壓強(qiáng)位置1234567p*(KN44.140.634.831.330.226.222.6/m2)D”(KN0.009.809.8019.619.69.809.80p(KN/m2)44.150.444.650.949.836.032.412345672p(KN/m)20.211.510.87.36.66.00.0014.714.712.712.716.716.70.00p(KN/m2)K 34.9 26.2t w23.520.0 23.3 dh 22.7― 0.00W W、根據(jù)設(shè)計(jì)洪水流量計(jì)算壩上游的雍水曲線。故按簡(jiǎn)按計(jì)算閘底滲流壓強(qiáng)的方法求得壩底各點(diǎn)的滲流壓強(qiáng)表15.6因缺乏河道的水文和斷面實(shí)測(cè)資料,P,列于表15?6o易近似法計(jì)算壩上游的壅水曲線筑壩前，河道水流近似當(dāng)作均勻流。河道平均水面坡度Jo筑壩前，河道水流近似當(dāng)作均勻流。河道平均水面坡度Jo近似等于河道平均底坡i,33550m/s的壩址處洪水位（即壩下水位）即Jo:i=0.00127。筑壩前相應(yīng)于設(shè)計(jì)洪水流量mmID?D旦1寸%。?l/lII， 足 巾/J、/不Iio=%。?l/-rD?D=r?U/lll? 口/J、KriU=2.53m,貝U壅水曲線總長(zhǎng)I可按下式計(jì)算：圖15.62Hd22.53dmJ00.0012754,0*艇M"■ ■ 54,0*艇M"■ ■ r^,-一—一 ? 42,0” 4000 3000ZOCO1000 cSEO乂設(shè)計(jì)汲水檢)50.0