围堰设计计算书

.1.一、导流水力学计算1.一期导流水力学计算1.1一期围堰堰前最高设计挡水位的计算本要素按束窄河床水力学进行计算确定已知，设计挡水流量Q=16000m3/s，设计过水流量17100m3/s。查天然河床水位流量关系曲线表Q=16000m3/s对应的坝址河床天然水位为42.66m。截流堰前水位壅高位按下列公式试算求得：2212102211zhBAAzgQz式中：φ——流速系数，其值与围堰的布置形式有关Q——泄流量（m3/s）g——重力加速度B1——堰址上游4~5倍水深处河床水面宽度A0——原过流面积（m2），A1——围堰占压面积（m2）h——下游水深（m）Z——水位壅高值（m）(1)一期围堰的布置型式为梯形加翼堰，取流速系数φ=0.85~0.90。(2)天然状态下，Q=16000m3/s时，坝址水位42.66，相应过流面积A0=11155.8087m2，A1=6792.2578m2。A0-A1=4363.5519m2。.2.(3)查围堰布置知B1=985m，水深h=14.1m附图1：计算简图222221.1498515519.436318.9216000zZ取φ=0.85时，试算得Z=0.95mφ=0.90时，试算得Z=0.847m，取Z=0.90m。(4)对比坝址与坝轴线下游405m处的水位-流量关系曲线，知坝址段的水面坡降约为1‰，天然来水量Q=16000m3/s对应的一期上游围堰轴线处水位高于坝轴线水位约53cm。故围堰堰前静水位=42.66+0.90+0.53=44.09m。1.2一期围堰堰顶过流面高程计算堰顶过流按日本车间台形堰公式计算。计算式如下：Q=φp×B×hshsHg2Q=MP×B×232Hgφp——淹没出流的流量系数B——溢流宽度（m）Mp=0.28+0.37H/P1假定堰前水位上升到44.20m时，右汊河床过流能力为16000m3/s（偏安全考虑），则一期围堰堰顶过流能力按17100-16000=1100m3/s进行核算。按选定的流量Q=1100m3/s的过流能力求取所需的堰顶过流面顶高程。具体步骤是：拟定几个不同的堰顶过流顶高程，得到一组过流参数φp、hs、H、P1由此计算出相应的过堰流量Q，若Q＞1100m3/s则说明堰上具备设计过流能力。但是，对于设计流量1100m3/s而言，如.3.果计算值超出太多，则需相应加强过流保护措施，可能导致不经济，因此选定一个合适的过流面顶高程，使得计算流量Q稍大于设计流量1100m3/s是合理的。根据上述原则计算得一期上游围堰顶高程为42.80是合适的。具体计算参数如下：该状态下为自由出流。H=1.4m，P1=14m、B=514mMp=0.28+0.37H/P1=0.28+0.37×1.4/14附图2：计算简图=0.317Q=MP×B×232Hg=0.317×514×234.16.19=1194m3/s稍大于设计过流能力，故可行。1.3一期充水计算要解决的问题：①根据所拟定的充水系统结构形式及尺寸，计算洪水翻堰前是否有足够的时间完成基坑充水；②从开始充水的堰前水位起算，当天然来水流量达到17100m3/s，上游水位是否超过给定的上游限制水位44.20m。一期围堰充水系统由堰顶充水和下游坡面泄水槽组成。一期围堰充水口设在上游围堰中部，充水口水流方向避开厂房，朝向11孔闸坝。拟定底板高程为42.0m，低于过流顶面80cm，宽100m，挡水时采用编织袋装土填塞，充水前拆除该段填塞物。.4.围堰基坑充水为一个变水头台型堰泄流量计算问题，计算式较为复杂，涉及到多个函数变量。基本计算式如下：W(t)=tdttQt)(0Q(t)=Mp(t)·B·23)(2tHgMp(t)=0.28+0.37·H(t)/P1H(t)=α·t式中α为水位上涨函数，随时间t发生变化。为简化计算，选取最不利情况进行计算：当坝址来水流量为16000m3/s，堰前水位达到44.09m，同时接到超标洪水预警，此时打开充水口进行充水，计算所需的充水时间：不考虑短时间内水位升高使泄流量增加的影响，则充水泄流量按下式计算：H=2.12m，B=100mMp=0.28+0.37×2.12/14=0.336Q=0.336×100×2312.26.19=459.17m3/s相当于每小时充水能为165.3万m3。基坑35m以下充水量约179.2万m3，约需1.1h完成充水，基坑41.20m（下游围堰堰顶高程）以下充水量约362.5万m3，约需2.2h完成充水。查1994年、1968年典型洪水过程知：洪峰流量由16000m3/s增加到17100m3/s所需的历时为12h，期间水位上涨约60cm，水位上涨过程按线性变化计算，则水位上涨速率α=31039.136001260cm/s，所以充水过程水位上涨△h=1.39×10-3×2.2×3600=11.01cm，此时堰前水位为44.21m，超出限制水位44.20m，应考虑提前充水。因此，偏安全假定堰前水位为43.50m开始充水，不考虑水位升高对泄流量增加的影响(偏安全考虑)。堰顶过流的按台形堰计算，采用日本车间试验公式，流态为自由出流。Q=MPB×232Hg.5.Mp——自流出流流量系数B——溢流宽度（m）H——堰前水头（m）P1——堰前水深（m）Mp=0.28+0.37H/P1=0.28+0.37×1.5/14=0.319附图3：计算简图B=100m，H=1.5mQ=0.319×100×235.16.19=259.45m3/s相当于每小时充水能为93.4万m3，约需2h完成基坑35m以下充水，约需4h完成基坑41.20m（下游围堰堰顶高程）以下充水。由于接到洪水预警时的堰前水位是不确定的，因此施工中应根据实际情况计算打开充水口的时间和水位，以留出足够的时间供机械设备和施工人员安全撤退，并保证围堰过水安全。