重力坝设计-堰面水面线计算

WES 堰面水面线计算

为了设计闸墩高度，边墙顶高程，及选定弧型闸门门轴高程，需知道水面线。水面线以上的安全超高可采用0.5-1.5m ，对于非直线段，宜适当增加。

计算过程

在这里使用《水工设计手册6——泄水与过坝建筑物》(以下简称《手册6》)中提供的计算水面线的方法

示意图(仅供参考，具体根据计算的数值画水面曲线)

(a)不掺气水面线头部的计算

采用《手册6》表27-2-4计算

堰上水深H =? (校核洪水位 减去 堰顶高程)，则/d H H =？ (d H 为堰面曲线定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%~95%计算，具体取值见重力坝设计规范)

由《手册6》中表27-2-4 采用插值法 来求得/d H H 对应的 /d X H 和 /d Y H

(b)整个坝面(包括直线段)上的不掺气水面线的计算

(I)求曲线长度c L ： 对于WES 堰，可以根据/d X H 由《手册6》中图27-2-7查算，堰上游段的曲线长度,0.315c u d L H =？由此可以获得曲线总长,c t L (包括,c u L ，t 为切点)；

(II)求直线段长度s L ： 从切点到直线上任意点的距离为 ,()/sin s i i t L Y Y α=-，其中t Y 为切点坐标，α为直线段坝面与水平方向的夹角。

(III)从堰顶曲线起点到计算点(,)i i X Y 的坝面距离为,,c t s i L L L =+ (IV)计算边界层厚度δ：按Bauner 公式计算，0.130.024(/)L L K δ-=，式中：K 为坝面粗

糙高度，对于混凝土坝面，建议取0.427~0.691，一般取0.5

(V)计算单宽流量 3/22q m gH =

式中：H 为堰上水头；m 为流量系数，一般可取0.475

(VI)采用试算法推求势流水深p h 2

2cos 2i p p

q H Y h gh α+=+ (VII)正交于坝面的水深为 0.18p h h δ=+

(2)整个坝面(包括直线段)上的掺气水深计算

如水流掺气，则边墙高度须相应加大，为此，必须确定自然掺气后的水面线 (a)首先计算自然掺气开始发生点(即临界点)的位置k L

0.71812.2k L q = (m) 或 0.5314.7k L q = (m)

式中：q 为单位宽度流量(3

/m s m )

(b)采用不掺气水深按下式计算掺气水深

1100b v h h ζ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭

式中 h 为不计入波动及掺气的水深(m)

b h 计入波动及掺气的水深(m)

v 为不计入波动及掺气的计算断面上平均流速(m/s) ζ为修正系数，一般为1.0~1.4，这里计算时采用1.2。

参考文献

[1]水工设计手册6——泄水与过坝建筑物

P6-178~6-181 [2]水力学