1、截流設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1 基本資料某工程截流設(shè)計(jì)流量Q=4150 m3/s，相應(yīng)下游水位為39.51m，采用單戧立堵進(jìn)占，河床底部高程30m，戧堤頂部高程是44m，戧堤端部邊坡系數(shù)n=1，龍口寬度220m，合龍中戧堤滲透流量按如下公式計(jì)算，Qs=220(Z為上下游落差，Z0為合龍閉氣前最終上下游落差)，請?jiān)O(shè)計(jì)該工程在河床在無護(hù)底情況下的截流方案。此外，上游水位下泄流量關(guān)系曲線見表1。截流材料為容重26KN/m3的花崗巖，截流戧堤兩側(cè)的邊坡為1:1.5。表1 上游水位下泄流量關(guān)系曲線Qd（m3/s）7001220162017002160267034203930上（m）40.8541.0441.284

2、1.4541.7542.0542.3542.74截流設(shè)計(jì)是施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)重要組成部分，其設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，目前我國水利水電工程截流多采用立堵截流，本次設(shè)計(jì)按立堵截流設(shè)計(jì)，有多種設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)分為：截流水力計(jì)算、截流水力分區(qū)和備料量設(shè)計(jì)。截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，采用該時(shí)段內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般地，多采用截流時(shí)段5%10的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。截流的水力計(jì)算中龍口流速的確定一般采用圖解法（詳細(xì)見水利工程施工P3942），以下對于圖解法及圖解法的量化法-三曲線法做如下介紹。2 截流的水力計(jì)算（圖解法） 立堵截流進(jìn)占過程中，龍口

3、水流呈淹沒或非淹沒堰流的形式，通常是由前者過渡到后者直至合龍。戧堤進(jìn)占劃分為兩個(gè)階段：第1階段戧堤進(jìn)占直至坡腳接觸龍口對岸形成三角形斷面為止，即b2 mshs；第2階段戧堤坡腳已接觸龍口對岸而形成三角形斷面后直至最后合龍，即b2 mshs。2.1.作Q-H上關(guān)系曲線一般情況下，截流設(shè)計(jì)流量Q0由四部分組成： Q0= Q+ Qd+ Qs+ Qac 式中 Q龍口流量； Qd分流量（分流建筑物中通過的流量）； Qs戧堤滲透流量； Qac上游河槽中的調(diào)蓄流量。其中，戧堤最大滲透流量Qs和上游河槽中的調(diào)蓄流量Qac可以忽略。于是有： Q0= Q+ Qd由Q0= Q+ Qd可計(jì)算上游水位與相應(yīng)流量的關(guān)系，

4、于是可繪制得到下表：表2上游水位與相應(yīng)流量表上游水位H上(m)落差Z(m)設(shè)計(jì)流量Q0 (m/s)下泄流量Qd(m/s)龍口流量Q(m/s)40.851.3441507003450.00 41.041.53415012202930.00 41.281.77415016202530.00 41.451.94415017002450.00 41.752.24415021601990.00 42.052.54415026701480.00 42.352.8441503420730.00 42.743.2341503930220.00 根據(jù)上表可繪制上游水位和下泄流量與龍口流量關(guān)系曲線：圖1上游水位與

5、下泄流量關(guān)系曲線圖2上游水位與龍口流量關(guān)系曲線2.2. 計(jì)算Qgf(B,Z)水流通過束窄河床，其進(jìn)口由于豎向收縮（有坎）或橫向收縮（無坎）而形成寬頂堰流時(shí)，視其出流是否淹沒，分別按下式計(jì)算其泄流能力Q。龍口泄水能力按寬頂堰公式計(jì)算： 式中 龍口平均過水寬度； H0龍口上游水頭； m流量系數(shù)，按下式計(jì)算： ZH00.3，淹沒流， ZH00.3 ，非淹沒流 ，m = 0.385, Z上下游落差； Z0合龍后閉氣前最終上下游落差，為14m。其中，對于梯形斷面，龍口上游水頭龍口平均過水寬度;對于三角形斷面，龍口上游水頭龍口平均過水寬度 。(各參數(shù)的取值參照設(shè)計(jì)任務(wù)書)Z為上下游水位差，B為龍口寬度。當(dāng)

6、龍口寬度B21(44-30)=28m時(shí)，龍口斷面為梯形斷面，當(dāng)B28m時(shí)，龍口斷面為三角形斷面。假設(shè)戧堤頂部寬度B為不同值時(shí)，龍口流量與水位落差Z的函數(shù)關(guān)系，利用excel計(jì)算結(jié)果如下表：表3 龍口流量、龍口寬度及上游水位表HQgB220 150 120 90 70 60 50 42 34 28 20 13 6 39.61 2686 1753 1354 954 687 554 421 315 208 128 43 6 0 39.81 4656 3041 2349 1657 1195 965 734 549 365 226 78 11 0 40.01 6017 3932 3038 2145 15

7、49 1251 953 715 477 298 104 16 0 40.21 7127 4660 3602 2545 1840 1488 1135 853 571 360 127 20 0 40.41 8089 5291 4093 2894 2094 1695 1295 975 656 416 148 25 0 40.61 8951 5859 4533 3208 2324 1883 1441 1087 734 469 169 29 0 40.81 9741 6379 4938 3497 2536 2056 1576 1192 807 519 190 34 0 41.01 10474 6862

8、5314 3767 2735 2219 1703 1290 878 568 210 39 0 41.21 11161 7316 5669 4021 2922 2373 1824 1385 945 616 229 45 0 41.41 11811 7746 6004 4262 3101 2521 1940 1475 1011 663 249 52 0 41.61 12429 8156 6325 4493 3273 2662 2052 1563 1075 709 269 58 0 41.81 13020 8548 6632 4715 3438 2799 2160 1649 1138 754 289

9、 66 1 42.01 13588 8926 6927 4929 3597 2931 2265 1732 1200 800 310 74 2 42.21 14135 9290 7213 5137 3752 3060 2368 1814 1260 845 329 82 3 42.41 14663 9642 7490 5338 3903 3186 2468 1895 1321 890 350 91 4 42.61 15175 9984 7759 5534 4050 3309 2567 1974 1380 935 371 101 6 42.81 15672 10316 8020 5725 4194

10、3429 2664 2052 1439 980 393 111 8 2.3. 根據(jù)列表的結(jié)果繪制各曲線圖如下：圖3龍口流量、龍口寬度及上游水位關(guān)系曲線2.4. 由連續(xù)方程可得龍口流速計(jì)算公式為：淹沒流時(shí)：，龍口底板以上的下游水深非淹沒流時(shí)：，龍口斷面的臨界水深即淹沒出流時(shí)： 對于梯形斷面： 對三角形斷面：。 非淹沒出流時(shí)： 對于梯形斷面： 對三角形斷面：；將以上交點(diǎn)所對的Qg值和Z值從上圖中讀取列表計(jì)算，龍口平均流速V的計(jì)算如下表。表4 圖解法計(jì)算成果表龍口寬度上游水位落差龍口流量上游水頭流態(tài)平均寬度龍口流速拋石粒徑d22039.70 0.19 41009.70 梯形淹沒流201.70 2.1

11、4 0.10 15040.00 0.49 380010.00 132.00 3.03 0.20 12040.28 0.77 370010.28 102.28 3.80 0.32 9040.75 1.24 330010.75 72.75 4.77 0.50 7041.15 1.64 270011.15 53.15 5.34 0.63 6041.35 1.84 240011.35 43.35 5.82 0.75 5041.70 2.19 193011.70 33.70 6.02 0.80 4241.90 2.39 155011.90 25.90 6.29 0.88 3442.10 2.59 115

12、012.10 18.10 6.68 0.99 2842.28 2.77 80012.28 12.28 6.85 1.04 2042.52 3.01 3608.52 三角形非淹沒流8.52 5.51 0.67 1342.80 3.29 1105.30 5.30 4.35 0.42 643.20 3.69 102.20 2.20 2.49 0.14 2.5.根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制VB及QgB曲線如下： 圖4龍口流速與龍口寬度關(guān)系曲線圖5龍口流量與龍口寬度關(guān)系曲線2.6. 確定拋投塊體粒徑d 根據(jù)下式確定塊體粒徑： 式中 V石塊的極限抗沖流速； d石塊化引為球形時(shí)的粒徑； k綜合穩(wěn)定系數(shù)，取1.2 。 水

13、容重，取10 KN/m3。 石塊容重，取26 KN/m3。具體計(jì)算結(jié)果如上表4。于是可繪制龍口寬度與拋填粒徑關(guān)系曲線如下：圖6龍口寬度與拋填粒徑關(guān)系曲線2.7. 選擇截流材料材料分區(qū)根據(jù)上圖可對材料進(jìn)行分區(qū)如下：表5材料分區(qū)分區(qū)龍口水面寬度B(m)最大流速(m/s)材料粒徑d(m)材料重量（KN）材料的儲備量（萬KN）220-904.500.481.50 139.34 90-605.800.7811.92 47.51 60-156.851.0716.67 70.72 15-05.800.481.50 2.60 3、成果分析 把龍口的的寬度分成四個(gè)部分，材料分為三個(gè)區(qū)，如表5所示。每個(gè)寬度段中取

14、其最大流速，得到相應(yīng)的材料粒徑。把材料近似的看做為球形，通過球的計(jì)算公式得到材料的體積，再乘以容重，得到材料重量。 材料的儲備量的計(jì)算：首先求得戧堤的斷面積，戧堤為梯形斷面，其上底取16m，邊度系數(shù)取1.5，則下底長57m，戧堤高14m，求得斷面積504；再乘以相應(yīng)寬度段的長度及其對應(yīng)的材料儲備系數(shù)，就得相應(yīng)的材料儲備量，其中一區(qū)的材料儲備系數(shù)為1.2，二區(qū)為1.5，三區(qū)為2.0. 截流設(shè)計(jì)流量的確定，通常按頻率法確定，也即根據(jù)已選定的截流時(shí)段，采用該時(shí)段內(nèi)一定頻率的某種特征流量值作為設(shè)計(jì)流量。一般地，多采用5%10%的月平均或者旬平均流量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。截流設(shè)計(jì)流量Q0由龍口流量Q、分流量Qd、戧堤滲透流量Qs和上游河槽中的調(diào)蓄流量Qac組成。如Qac不計(jì)算，忽略Qs則可得到Q0=Q+Qd。隨著截流戧堤的