水利拦河坝设计报告
拦河坝设计
1、基本情况
龙之昇拦河坝所在河道流域面积为5km2，根据实际地形踏勘拦河坝选址处河道宽15m，河底高程为35.5m，拟定拦河坝坝顶高程为39m即坝高3.5m，溢流段（拦河坝宽）12.5m，在非溢流段即拦河坝右端布置一道泄洪冲砂闸，冲砂与泄洪兼用，闸门底宽 2.5m，高3.5m。
2、水文计算
根据河道测量，得出河道坡降为6.64‰，依据瞬时洪水计算法，得出该河道百年一遇洪水流量为100m3/s。
3、工程设计
3.1、堰面的曲线选择
根据《溢洪道设计SL253-2000规范》2.3.3条，控制堰的型式应根据地形、地质条件、水利条件、运用要求，通过技术经济综合比较选定。堰型可选用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰，宽顶堰、驼峰堰的等型式。开敞式溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。本工程选用开敞式实用堰。
根据《溢洪道设计SL253-2000规范》3.3.1条，采用开敞式实用堰时，堰顶下游堰面宜优先采用WES型幂曲线，堰顶上游堰头可采用双圆弧、三圆弧或椭圆曲线
本工程下游堰面选用WES 幂曲线(按附录A.1.1-1式),上游堰头为三圆弧，上游面铅直。
3.2、堰面曲线定型设计水头设计
依据开敞式WES 型实用堰流计算公式
23
02gH B cm Q s εσ= （A.2.1-1）
()[]nb H n k 0012.01ξξε-+-= （A.2.1-2）
式中：Q ——流量，m 3/s;
B ——溢流堰总净宽，m ，定义nb =B ； b ——单孔宽度，m ；
n ——闸孔数目；
0H ——计入行近流速水头的堰上总水头，m ，
g V
H H 22
0+=
g ——重力加速度，m/s ；
c ——上游堰坡影响系数（当上游堰面为铅直时，c =1.0；
当上游堰面倾斜时，c 值由表A.2.1-2查得）；
ε——闸墩侧收缩系数；
0ξ——中墩形状系数，与闸墩头伸出上游堰面距离及淹
没度0
s H H 有关，可查表A.2.1-3，中墩形状见图
A.2.1-1；
本次工程设计中，对于WES 剖面，先假定33.11≥d
H P 为高堰，
则
022
0≈g
v a ，
1d
=H H ，查表A.2.1-1得m =0.494，设计拦河坝为自
由出流，s σ=1。查图A.2.1-2得边墩形状系数k ξ=0.7；计算侧收缩系数：
000112.015.127.02.01H H -=**-=ε
当流量Q =100 m 3/s 时，得出
()3
20043.45.12494.00112.011100
??
????***-*=H H
用试算法求解上式得：0H =1.90
本次工程设计中，通过水文计算已知洪峰流量Q =100 m 3/s, J =6.64‰，
设定此时水位为校核流量下的堰上水头max H ，计算校核洪水位max H = 0H =1.90。
本次工程中拦河坝的堰面曲线定型设计水头设计为
71.19.0max ==H H d 。
当H d 取值1.71时，由公式（A.2.1-1）求得Q 溢=70 m3/s 3.3、泄洪冲砂闸过流量计算
参照《水闸设计规范》（SL265-2001）第A.0.3条，参照拦河坝坝前水位，按平底闸、孔口出流公式计算单孔冲砂闸能通过的流量。
计算公式如下：
23
00'2H g B h Q e μσ=
式中：0B ——闸孔净宽（m ） Q ——过闸流量（m3/s ）
0H ——计入行近流速水头的堰上水深（m ）
g ——重力加速度，可采用9.81（m/s2
）
μ——堰流流量系数
e h ——孔口高度，取3.0m
'σ——淹没系数
求得：Q 闸=36.198 m3/s
校核：d
1H P =3.5/1.71=2.05＞1.33，满足《溢洪道设计SL253-2000
规范》A.1.1中H d ——堰面曲线定型设计水头[对于上游堰高P 1≥1.33 H d 的高堰，取H d =(0.75～0.95) H max ]故为高堰，又因为下游水位低于堰顶高程，故拦河坝为自由出流， Q 闸+Q 溢=70+36.198=106.198 m3/s ，略大于百年一遇洪水过流量100 m3/s ，故泄流量也足要求，即假定均符合规范要求。 3.4、上游堰面三圆弧曲线计算
设定拦河坝上游堰头为三圆弧,上游面铅直，根据表 A.1.1及图A.1.2-2确定：
0.282 H d =0.482 0.276H d =0.472 0.175H d =0.299， R 1=0.5 H d =0.855 R 2=0.2 H d =0.342 R 3=0.04 H d =0.069， 3.5、下游堰面曲线计算
拦河坝堰顶下游堰面采用WES 幂曲线方程式控制：
y kH X n 1
d
n -= （A.1.1-1）
式中：d H ——堰面曲线定型设计水头
X ，y ——原点下游堰面曲线横、纵坐标；
n ——与上游堰坡有关的指数，见表
A.1.1;
k ——当
d
H P 1
=2.5/1.9=1.316＞1，k 值见表A.1.1；
则有：k =2，n =1.85，代入y kH X n d 1n -=得：y X 157.385.1=，对堰面曲线一阶求导得：
85.0586.0X d d x
y
=
设计幂曲线末端端点切线坡率m=1，则有85.0586.0.111X d d x
y
===
求得：幂曲线末端点A 点坐标：X a =1.88，Y a =1.02。 堰顶下游幂曲线坐标表
3.6、反弧半径及挑角的确定
拦河坝下游反弧半径r 按下式计算
()()max d 5.0~25.0Z H R +=
式中：max Z ——上下游水位差，m ，max Z =39+1.90-36.5=4.40 ； 故：R =(0.25～0.5)（1.90+4.40) =1.575～3.15 ，
取R =3m 反弧曲线的上端直线AB 相切与B 点，下端与河床相切与C 点，通过B 点 、C 点及反弧曲线圆形O 点的坐标，可用作图法及分析法确定：
曲线圆心O 点坐标为：()()
??
?
???-+-+=?2180cot t 2
0ααR an Y P X X a a
R P Y -=20
求得：曲线圆心O 点坐标为：0X =4.60，0Y =-0.5; B 点坐标为: αsin 0R X X B -=
αRsoc Y Y +=0B
求得：B 点坐标为：B X =2.48，B Y =1.62 C 点坐标为: C X = 0X =4.60
01Y P Y C +==2.5
3.7、消能防冲设计
依据《溢洪道设计SL253-2000规范》公式A.3.1-3
()
θ?soc h H g q
h 1012-=
式中：q ——起始计算断面单宽流量，m 3/(s·m)
0H ——起始计算断面渠底及以上总水头，m ；
θ——泄槽底坡坡角，取θ=18o
；
?——起始计算断面流速系数，取0.95。
用试算法求解上式得：1h =0.997；
校核：R=3位于31h ～61h （2.403～4.806）之间，满足溢洪道设计SL253-2000规范》3.5.2。
本工程消力池型式采用等宽距矩形下挖式消力池，根据《溢洪道设计SL253-2000规范》公式如下计算：
??? ?
?-+=
18122
112Fr h h （A.5.1-1）
1
1
1gh v Fr = （A.5.1-2）
Z h h d t ?--=2σ （A.5.3-1）
???
?
??-=
?2
22222
2
112h h gb Q Z t σφ （A.5.3-2） ()115.9h F L r *-*=
L L k 8.0= （A.5.3-3）
'1H q K t ?= 'H q K L s s p ?=
式中:d ——池深，m ；
σ——水跃淹没度，可取σ=1.05;
h 2——池中发生临界水跃时的跃后水深，m ； F r1——弗劳德数； v 1——断面流速，m/s ；
h t ——消力池出口下游水深，m ； △Z ——消力池尾部出口水面跌落，m ； Q ——流量，m 3/s ；
q ——起始计算断面单宽流量,m 3/(s·m)； b ——消力池宽度
φ——消力池出口段流速系数，可取0.95； L ——自由水跃的长度 t ——消力池地板厚度 △H ——泄水时上下游水位差
K 1——消力池底板计算系数，取0.175； L p ——海曼长度，m ；
q s ——消力池末端单宽流量,m 3/(s·m)
K s ——海曼长度计算系数面，对于中砂、粗砂取12。 求得：F r =2.85，h 2=2.85， d=-0.26-1=-1.04 , L k =11.8m ，t=0.787m
消力池尺寸取整为：长12m，宽15m，池深1.3m，底板厚0.8m