溢流坝水力计算说明书
水力计算手册
60. 已知某重力坝剖面尺寸及计算点坐标如下图所示。 取单位坝长分析： 铅直力总和 Σ W=25129.5 （ kN ）（未计及扬压力，方向向下为正） 水平力总和 Σ P=-10510 （ kN ）（指向上游为正） 对坝底截面形心力矩总和 Σ M=-37561.8 （ kN.m ）（未计及扬压力，Σ M 的符号，
8
高程 （米） 166.0 149.5 133.0 116.5 100.0
R外 （米） 80 80 80 80 80
T （米）
4.5 10.9 17.3 23.6 30.0
表一
R内 （米）
平均半径 R（米）
75.5
77.75
69.1
74.5562.7ຫໍສະໝຸດ 71.3556.4
68.2
50.0
65.0
半中心角 （度）
2
19. 简述溢流重力坝的工作特点和类型。 20. 溢流重力坝孔口设计的影响因素有哪些？简述孔口形式类型及其特点。 21. 溢流重力坝通常设计成等同的奇数孔，为什么？ 22. 为什么说单宽流量是溢流重力坝设计中很主要的控制性指标？ 23. 简述空化和空蚀的概念，流速大于多少时就可能发生空蚀？什么是引起溢流面发生空蚀 的主要原因？空化数大于初生空化数时会发生空蚀现象吗？ 24. 掺气虽然可减少空蚀，但也存在什么不利之处？ 25. 水流脉动对溢流坝有什么害处？ 26. 溢流面体形包括哪三段？上游第一段一般采用什么曲线？ 27. 溢流坝常用的消能方式有哪几种？消能机理、适用条件如何？ 28. 折冲水流是如何形成的？有哪些防止措施？ 29. 为何闸墩上游端需做成圆弧形或流线型？溢流坝设置边墙的作用是什么？ 30. 简述坝身泄水孔的作用和特点及其分类。 31. 坝身泄水孔进口通常用什么曲线？为何需设平压管和通气孔？ 32. 画图表示岩基上混凝土实体重力坝设置了封闭的灌浆帷幕、排水孔幕的布置和抽排水设 施时的扬压力图形。 33. 重力坝对地基有哪些要求？为什么有这些要求？这些要求与天然地基的条件之间有哪 些矛盾？ 34. 重力坝地基处理的措施有哪些？ 35. 固结灌浆、帷幕灌浆各有什么作用？简述各自的设计内容、原则和方法。 36. 简述重力坝坝基的防渗与排水措施。 37. 陡、缓倾角顺流方向断层通常采用什么措施处理？横流方向断层又如何？ 38. 坝基软弱夹层有何害处？一般采用什么方法处理？ 39. 为什么要对坝体混凝土进行分区？ 40. 重力坝为什么要进行分缝？常见的缝有哪些？ 41. 纵缝有哪几种？各有什么优缺点？ 42. 重力坝坝内廊道有哪些？各有什么作用？如何确定各种用途廊道的形式、尺寸和位置？ 布置廊道系统的原则是什么？ 43. 碾压混凝土坝与常态混凝土坝相比，具有哪些优点？ 44. 碾压混凝土重力坝大面积快速施工与工作条件、孔口布置、地基性质、枢纽布置等方面 存在哪些矛盾?你认为如何改进? 45. 碾压混凝土重力坝的高宽比：国外有些坝为 0.6，我国为 0.7～0.9，原因是什么?你有何 改进建议? 46. 碾压混凝土重力坝横缝间距很大，有的甚至不分缝。请说明原因和存在问题。 47．混凝土重力坝的裂缝按其成因可分为哪几种？常用的处理方法有哪些？ 48．重力坝的岩基开挖已达到设计开挖高程，其下岩体变形模量低(例 3000MPa)、透水性大 (例 10-3cm/s)，是否继续开挖(若强度已达到要求)?为什么? 49．重力坝存在哪些病害?原因是什么?怎样设计才能避免这些病害? 50. 简述浆砌石重力坝的优缺点，其防渗设施有哪些？ 51. 浆砌石重力坝主要有哪些材料？ 52. 何为宽缝重力坝？并简述其优缺点? 53. 何为空腹重力坝？并简述其优缺点? 54. 何为支墩坝？并简述其结构形式? 55. 简述大头坝的头部和支墩形式。
确定溢流坝断面形式和水力计算
附录C 溢流坝段设计及水力计算不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位，库水位超过堰顶后就溢过堰顶泄向下游，这种型式结构简单、管理方便，适用洪水流量大、上游淹没损失不大的中小型工程。
坝顶表孔溢洪道优点：（1）结构简单，检查维修方便，（2）水流平顺，（3）便于排除漂浮物，不易堵塞，（4）泄流量与堰顶水头H 的3/2次，超泄潜力大。
但表孔位置较高，在开始泄流时流量很小，不能及时加大泄量降低库水位。
另外它不能满足排砂、放库等要求。
溢流堰泄流能力计算基本公式： 232ws H g B Cm Q σ= (C-1) 式中：Q —流量，m 3/s ； B —溢流堰净宽，m ；H w —堰顶以上作用水头，H w = ⨯90%= g —重力加速度，m/s 2；m —流量系数，根据P/H d ≥3时，可取m=m d =～,本设计中坝高为=, H d =H w , P/ H d ==19,取；C —上游面为铅直时，C 取； ε—侧收缩系数； δs —淹没系数，取；曲线型实用堰设置中墩，共2孔，每孔净宽13m 。
曲线型实用堰的侧收缩系数可由以下公式计算：nbH n wk ])1([2.010ζζε-+⨯-= (C-2) k ζ为边墩形状系数，边墩取为圆弧形，系数为；0ζ为中墩形状系数，中墩也同样取为圆弧形，系数为。
所以原式代入数据:H w =⨯ s m H g B Cm Q ws /3132.38.922697.049.0232323=⨯⨯⨯⨯⨯==εσ有导流洞参加调洪，参加q=100m/m 3,故校核泄Q Q >=319m 3/s,满足要求。
溢流坝剖面设计溢流坝段的堰面曲线，当设置开敞式溢流孔时可采用实用堰WES 曲线。
设计水头可以取～倍的校核水位时的堰上水头。
H d =H max ×90%=溢流堰上游曲线堰顶o 点上游三段圆弧的半径及其水平坐标值为 X 1==×= R 1==×= R 2==×= X 2==×= R 3==×= X 3==×= 溢流堰下游曲线O 点下游的曲线方程为1.850.5dd y x H H ⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（C-3）即 ()1.851.850.850.5 5.43.2x x y =⨯= 按上式算得的坐标值如下表C-1：根据表中数值可绘得堰顶下游曲线OC坡度m a =的下游直线段CD 与曲线相切于C 点。
溢流坝段表孔设计计算说明
== 第4章 溢流坝段表孔设计溢流坝段既是挡水建筑物，又是重力坝枢纽最中重要的泄水建筑物。
设计时， 除了应满足稳定和强度要求外，还要满足因泄水带来的一系列要求， 包括 ：(1 ) 具有足够的 孔口体形尺寸和较高的流噩系数，，以使之具有足够的溢流 能力。
( 2) 应具有良好的孔口体形，以使水流平顺 地过坝，不产生有害的负压、 震动和空蚀等。
( 3 ) 保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。
( 4 ) 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流流态平顺，不产 生折冲水流， 不影响枢纽中的其他建筑物的正常运行。
(1) 又灵活可靠的下泄水流控制设备，如闸门启闭机 等4. 1 确定溢流断面长度4.1.1 设计单宽流量溢流重力坝的单宽流量 q 需综合考虑地质条件、枢纽布置下、游河道水深和消能工设计等因素，通过技术经济 比较后选定。
单宽流噩愈大，所需的溢流前缘 愈短，对枢纽 布置有利， 但 下 泄水 流动能大，对下游消能防冲不利 ，。
近年来随着 消 能工技术的进步，选定的单宽流量也不断增大。
本设计中，三峡坝之下游段地质条件优良，故可假定单宽流盐q=200m 3 /s , 据此可假定溢流坝段长度。
(1 ) 设计洪水位 工况下： Q = 23540 m3/s则可假定 Q 23540 L = — == 117 .7 m200( 2 ) 校核洪水位 工况下： Q = 3526 0 m3/s则可假定Q 35260L = — == 176 .3m200选取二者中的最大值， 确 定溢流段长度为176. 3m本设计选用平面钢闸门形式，因 其 结构简 单，而且闸墩受力条件良好。
取孔口净宽为b = 8 米。
a 、计算孔口数：(1 )设计 洪水位工况下·. n =117 .7= 14 .71( 2 ) 校核洪水位 工况下： 176 .3n 21 .94由此可确定 孔口数为22 孔。
据此计算Q 溢 = 22X 8X200 = 35300 m3/s, 满足设计洪水位和校核洪水位工况下所需的下泄流量。
溢流坝水力计算说明书
溢流坝水力计算说明书基本资料见《任务指导书》一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C RiQ=AC RiC=n1R 6/1 A=bn X=b+2h R=XA （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算水深，即矩形断面迭代公式为：bh b inQ h 5/25/3)2()(+=a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得：52)2.52()001.0125004.0(5/35/3h h +⨯= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线(图一):溢流坝剖面图下游河道水位与流量关系计算表（表一）（图二）二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算:3/2)2(0gmB QH σε=计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。
因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。
由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则;3/2)8.9285502.090.00.11250(0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=H =6.25(m)2、计算实际水头H 。
溢洪道水力计算(报告部分)
溢洪道水面线根据能量方程，用分段求和法计算，公式如下：
式中：
△l1-2：分段长度，m；
h1、h2：分段始末断面水深，m；
v1、v2;分段始末断面平均流速，m；
α1、α2:流速分布不均匀系数，1.05；
θ：溢洪道底坡角度，（0）；
i：底坡，i＝tgθ；
J：分段内平均摩阻坡降；
n：糙率系数；
桩
水深(m)
流速(m/s)
设计底高程(m)
水面线（m）
号
0+000
1.100
1.548
1.540
1.840
0+020
1.100
1.548
1.540
1.840
0+040
0.733
2.681
1.029
3.178
0+060
0.468
4.853
0.730
5.176
0+080
0.918
2.783
1.289
3.298
1.1溢洪道
溢洪道基本情况说明
1.1.1溢洪道水力计算
1、临界水深计算
采用以下公式计算：
式中：
hk:临界水深，m；
α：不均匀系数，取1.05；
q：单宽流量，m/(s.m)；
计算得：hkm。
2、正常水深计算
采用以下公式计算：
Q=CA Ri
式中：
3
Q：溢洪道200年一遇泄量，m/s；
C：谢才系数，采用曼宁公式计算，C=1R1/6
式中：
△S：上、下游断面间的水平距离，m；
Z1，Z2：1、2断面水位，m；
3
溢流坝水力计算说明书
溢流坝水力计算说明书基本资料见《任务指导书》一、 按明渠均匀流计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线 （1） 由《资料》可知，坝址处河道断面为矩形断面 （2） 计算公式（按明渠均匀流计算，即谢才公式计算）： V=C RiQ=AC RiC=n1R 6/1 A=bn X=b+2h R=XA （3） 计算（五十年一遇Q 和一百年一遇Q 相对应的水深，采用迭代法计算水深，即矩形断面迭代公式为：bh b inQ h 5/25/3)2()(+=a 、迭代法计算五十年一遇 Q=12503m /s 的水深h将已知数据代入公式（Q=12503m /s ，i=0.001,n=0.04，b=52m ）得：52)2.52()001.0125004.0(5/35/3h h +⨯= 首先设水深h 01=0,代入上式，则得h 02=7.759,再将h 02代入上式得h 03=8.613,用同种方法可有：h 04=8.699,h 05=8.708,h 06=8.709,h 07=8.709,综上所述最后得h=8.709m. b 、用迭代法计算一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h如a 所示，用同种方法可解得一百年一遇Q=14003m /s 相对应水深h=9.395m. (4)计算并绘制下游河道“水位~流量”关系曲线(图一):溢流坝剖面图下游河道水位与流量关系计算表（表一）（图二）二、 确定溢流堰得堰顶高程并溢流面剖面 （1） 坝顶高程的确定（参考例8-5） a 、 坝上水头H 0计算:3/2)2(0gmB QH σε=计算：1、初步估算 H 0可假定H O ≈H,由于侧收缩系数与上游作用水头有关，侧可先假设侧收缩系数ε，求出H ，再校核侧收缩系数的值。
因堰顶高程和水头H0未知，先按自由出流计算，取σ=1.0，然后再校核。
由题意可知Q=12503m /s ,设ε=0.90，则;3/2)8.9285502.090.00.11250(0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=H =6.25(m)2、计算实际水头H 。
第四章溢流坝段设计说明
第四章溢流坝段设计4.1孔口设计1.确定工程等级本工程基本资料防洪要求减轻洪水对A市和A平原的威胁，在遇到5000年一遇和1000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的12100立方米/秒、10900立方米/秒分别削减为6350立方米/秒、5750立方米/秒。
要求设计洪水时最大下泄流量限制为6550立方米/秒。
其他参数见表4。
4-1由此可以确定水工建筑物工程等级为Ⅰ级。
2.孔口形式选择溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。
因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。
溢流坝的泄水方式主要有以下两种：（1）开敞溢流式除泄洪外，它还可排除冰凌或其它漂浮物，如图 1 所示。
堰顶可设置闸门，也可不设。
不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常高水位，泄洪时库水位雍高，从而加大了淹没损失，但结构简单，管理方便，适用于泄洪量不大、淹没损失小的中小型工程；设置闸门的溢流坝，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的中型工程。
闸门在顶部，操作方便，易于检修，工作安全可靠，所以，开敞溢流式得到广泛采用。
（2）大孔口溢流式为了降低堰顶闸门的高度，增大泄流可采用带有胸墙的溢流堰，如图2 所示。
这种型式的溢流孔可按洪水预报提前放水，从而腾出较大库容蓄纳洪水，提高水库的调洪能力。
为使水库具有较大的泄洪潜力，宜优先考虑开敞式溢流孔。
(3)综合上面所述，本设计采用开敞式溢流设闸门。
图1开敞溢流式堰图2孔口溢流式堰3.孔口尺寸确定从基本资料中得知，本电站4台5万千瓦机组。
正常蓄水位为2184.5米，汛期限制水位为2182米，死水位2163米，4台机满载流量332立方米/秒，相应尾水位2103.5米。
（1）单宽流量的确定。
通过调洪演算，可得出枢纽的总下泄流量Q总（坝顶溢流、泄水孔及其他建筑物下泄流量的总和），通过溢流孔口的下泄流量应为Q 溢=Q总−αQ式中；Q0为经过电站和泄水孔等下泄的流量，α为系数，正常运用时取0.75~0.9，校核运用时取1.0。
溢流重力坝的设计工程说明
溢流重力坝的设计工程说明溢流重力坝是一种常见的水利工程结构，用于调节和控制河流的水位。
它通过溢流坝顶的溢洪道将多余的水流引导到下游，以防止洪水泛滥，并保护下游地区免受洪水的侵袭。
以下是对溢流重力坝设计工程的详细说明。
1. 引言溢流重力坝是一种基于重力原理的大型水利工程结构，主要用于调节河流的水位，防止洪水泛滥，并保护下游地区免受洪灾侵袭。
其设计工程需要考虑多个因素，包括地质条件、河道特征、设计洪水等。
2. 工程背景在进行溢流重力坝设计之前，需要对工程背景进行详细了解。
这包括研究河道的地质条件、附近地区的人口密度、经济活动等因素。
还需了解历史上可能发生过的洪灾情况，以便确定合适的设计标准和安全系数。
3. 水文学分析在进行溢流重力坝设计之前，需要进行详细的水文学分析。
这包括研究河流的径流量、洪峰流量、洪水历时等参数。
通过分析这些数据，可以确定设计洪水的大小，以便确定溢流重力坝的尺寸和容量。
4. 地质勘察地质勘察是溢流重力坝设计中至关重要的一步。
通过对工程区域进行地质勘察，可以了解地下水位、土壤类型、岩石层位等信息。
这些信息对于选择合适的坝址和确定抗滑稳定性非常重要。
5. 坝址选择根据地质勘察结果和水文学分析数据，可以进行坝址选择。
合适的坝址应具备以下特点：地势相对平缓，土壤稳定性好，附近无大规模开采活动等。
还需要考虑施工便利性和工程造价等因素。
6. 结构设计溢流重力坝通常由混凝土或砌体构成。
在进行结构设计时，需要考虑到坝体的自重和水压力对结构的影响。
根据设计洪水和河道特征，确定坝顶宽度、坡度、防渗措施等参数。
7. 溢洪道设计溢流重力坝的溢洪道是将多余的水流引导到下游的关键部分。
在进行溢洪道设计时，需要考虑洪水流量、坝顶高程、溢洪能力等因素。
通常情况下，溢洪道采用自由溢流或控制性溢流方式。
8. 坝基处理坝基处理是确保溢流重力坝稳定性的重要措施之一。
通过对坝基进行处理，可以提高坝体与地基之间的摩擦力，增加整个结构的稳定性。
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溢流坝水力计算说明书
项目水力计算培训报告教师:鄂作者:赵
水利工程27级溢流坝水力计算手册
基本信息见“任务说明”
1，根据明渠均匀流，根据“数据”计算绘制下游河道(1)的“水位流量”关系曲线。
坝址处的河道断面为矩形断面(2)计算公式(按明渠均匀流计算，即谢才公式):v = criq = acric = R1/6a = bn x = b+2hr =
1 na x(3)计算(50年q和100年q对应的水深采用迭代法计算，即矩形断面迭代公式为:h？(nQi)3/5(b？2h)b
a，迭代计算50年一次Q=1250m3/s的水h
，将已知数据代入公式(Q=1250m3/s，i=0.001，n=0.04，b=52m)得到h？(0.04？12500.001)3/5(52。
？2h)3/5 52首先设定水深h01=0，并代入上述公式得到h02=7.759，然后将h02代入上述公式得到h03=8.613。
用同样的方法，H04 = 8.699，H05 = 8.708，H06 = 8.709，H07 = 8.709，总而言之，最终h = 8.709 m.b .迭代方法用于计算相对于
h
h = 9.395m .
的100年Q=1400m3/s，如a所示。
同样的方法可用于计算和绘制“水位-流量”关系曲线
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199工程水利计算培训报告指导教师:鄂作者:赵
水利工程27级河流下游水位流量关系计算表
水利工程
水力顺序谢才是流速、水深、h区、湿周长、x半径数、c v r 1 1.000 52.000 54.000 0.963 24.843 0.771 2 3 4 5 6 7 8 9流量Q 40 406.000备注50年回归100年回归谷底深度，2.000 10 4.000 56.000 1.857 27.717 1.194 124.223 407.000 3.000 156.000 58.000 2.690 29.482 1.529 238.522 408.000 4.000 22 230 2.468 898.283 412.000 8.000 416.000 68.000 6.118 33.809 2.644 1，100.077 413.000 8.709 452.868 69.418 6.524 34.174 2.760 1，250.004 413.709 10 9.9 800，000，000 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 000流量单位(m3/s)水位单位(m)水位▽
(图2)
页2
工程水力学计算实训报告教师:作者:赵(问？？MB2g)2/3
计算:1。
初步估计H0可以假定ho ≈ h。
由于横向收缩系数与上游作用水头有关，所以可以先假定横向收缩系数ε，然后可以得到h，然后可以检查横向收缩系数的值由于堰顶高程和水头H0未知，应根据自由流出量σ=1.0进行计算，然后再次检查。
Q=1250m3/s，ε=0.90，则:
1250H0？()2/3=6.25(m)
1.0？0.90？0.502？5？8？2？9.82、计算实际水头h根据教科书中的表8-13和表8-14，边墩的形状系数为0.7，闸门的形状系数为0.45，因为Hb0？6.25H0。