溢流壩水力計算說明書
基本資料：
某水利工程在臺地形河谷築壩，主槽設溢流壩。溢流壩為wes型，上游面垂直，下游直線段坡度為1:0.
7，上下游堰高相等，溢流壩共5孔，每孔淨寬為8m，閘墩頭部採用半圓形，墩厚為2m，邊墩採用圓弧形，其寬度為1m，由平面閘門控制。壩址附近河段較為順直，斷面為有主槽和邊灘的臺地形，主槽斷面近似為矩形，並且斷面變化較小，平均槽深為9.62m，平均寬度為52m。
擬採用底流式銜接與消能形式。
（1） 根據《水利水電工程等級劃分及防洪標準》（sl252-2000）規定，本工程等級為五等，主要建築物屬於五級。
（2） 水庫水位：
正常蓄水位：434.20m
設計洪水位：435.00m
防洪限制水位：432.00m
（3） 五十年一遇設計洪水位對應的下洩流量為1250.00m3/s；
（4） 百年一遇校核洪水的下洩流量為1400.00m3/s。
（5） 壩址上下游河床高程均為405.0m。
（6） 溢流壩輪廓尺寸如下圖1所示
（7） 河道平均坡降i=0.001，糙率n=0.04。
一． 溢流壩下游河槽的水力計算
由「基本資料」可知，溢流壩壩址處附近河段較為順直，河槽按矩形斷面計算。河道的比降i為0.001，糙率n為0.
04，河槽寬度b為52m，河槽深度為9.62m。河槽的設計流量按五十年一遇的設計洪水位435.
00m對應的下洩流量設計，即q設為1250.00m3/s;壩址處下游河底的高程均為405.0m。
1. 計算水庫在設計洪水位（五十年一遇）即下洩流量為q設=1250.00m3時河槽正常水深的計算
河槽正常水深應按明渠均勻流計算，對矩形斷面，各水力要素為：
過水斷面面積a=bh
過水斷面溼周x=b+2h
水力半徑r=
謝才係數c=r1/6
斷面平均流速v=ac
河槽流量v=ac
河槽這一正常水深ht，要求採用試演算法。
計算： 當q流=1250.00m3/s時，依據上述公式，河槽正常水深ht計算結果如表1所示：
表1：水庫設計洪水位時，河槽正常水深ht試算表。單位：m
由表1可知，河槽正常水深ht=8.71
則壩下游水位為：
河槽底高程+ht
405.00+8.71
413.71 m
2． 計算水庫在校核洪水位（百年一遇）即下洩流量為q設=1400.00m3/s時河槽正常水深的計算
河槽這一正常水深ht，要求採用迭代法，即由上述各式解得正常水深ht的迭代式為：
h（j+1）=
當q=1400.00m3/s時，根據上述公式，河槽正常水深ht計算結果如表2所示：
表2：水庫校核洪水位時，河槽正常水深ht計算表。單位：m
由表2可知：校核洪水位時，河槽正常水深ht=9.39m則壩下游水位為405.0+9.39=414.39m
3. 計算並繪製溢流壩下游河槽的「水位～流量」關係曲線。
表3： 溢流壩下游河槽的「水位～流量」關係曲線計算表.
注： 其中
序號5點為：防洪限制水位時的壩下游河槽水深和對應的下洩流量。
序號9點為：正常蓄水位時的壩下游河槽水深和對應的下洩流量。
序號11點為：設計洪水位時的壩下游河槽水深和對應的下洩流量。
序號13點為：百年一遇水位時的壩下游河槽水深和對應的下洩流量。
根據上表建立座標，按比例繪製曲線.
（二）確定溢流堰的堰頂高程；設計溢流壩剖面
根據「資料」，五十年一遇的設計洪水量為溢流壩的設計流量，即q設為1250.00m3/s，其對應的設計洪水位為435.00m，溢流壩按實用堰流計算，並採用wes型實用堰剖面。
1. 確定溢流壩壩頂高程
已知溢流壩共設5孔，每孔淨寬為8m，閘墩頭部採用半圓形，墩厚為2m，邊墩採用圓弧形，其寬度為1m，堰頂設定平板閘門控制流量。
1 計算堰上設計水頭hd=6.12 m
堰上全水頭 h0=
採用wes型實用堰，並假定p/hd＞1.33，則流量係數md=0.502，設堰為自由出流，即淹沒係數=1.0
h0===6.2496 m
查表7.2得閘墩形狀係數;
查圖7.9得邊墩形狀係數。
因0.78＜1 按=0.78代入計算
0.922
h0= =6.15 m
因＜1 按=0.769代入計算
0.923
h0= =6.15 m
因＜1 按=0.768代入計算
0.923
此時，所求得的不變，為0.923。說明h0=6.15 m
已知上游河槽寬為52m，設計洪水位為435.00m，河床高程為405.00m，河槽斷面近似為矩形，故上游過水斷面面積為：
a=52（435-405）=1560 m2
m/s堰上設計水頭 hd=h0
計算溢流壩壩頂高程
壩頂高程=堰上設計洪水位-hd
435-6.12
428.88 m
2. 設計溢流壩剖面
按資料溢流壩採用wes剖面如圖溢流壩剖面由上游垂直段ab，上游曲線段ao，下游曲線段oc，下游直線段cd，下游反弧段de組成。
下游斜坡段cd坡度md=0.7 а=55°—59°
堰的前沿即堰頂0點上游段bo採用三圓弧，其半徑與水平尺寸確定如下：
堰頂o點上游三圓弧的半徑及其水平座標值為：
r1=0.5hd=
x1=—0.175 hd =—
r2=0.2 hd =
x2=—0.276 hd=1.688m
r3=0.04 hd=0.2446m
x3=—0.282 hd=1.7247m
o點下游的曲線方程為：
（）=0.5（）
y=0.5=
由已知得oc曲線段計算結果表4：
根據表4中數值可繪得堰頂下游曲線oc
坡度md=0.7的下游直線段cd與曲線oc相切於c點，c點座標xcyc可如下求得：
對堰面曲線求一階導數
x0.85=0.198 x0.85
直線cd坡度為：
故有xc==10. 226
yc==7.915
壩下游反弧半徑r按下式計算
r=（0.25~0.5）（hd+zmax）
式中上下游水位差zmax=435—413.71=21.29故
r=（0.25~0.5）（6.116+21.29）=6.85~13.703
取r=8m
反弧曲線的上端與直線cd相切與d點下端與河床相切於e點，d點e點及反弧曲線圓心o點得座標，可用作圖法法或下面的分析法確定。
（1）反弧曲線圓心o』點
x0』=xc+mx(p2—y2)+rcot（）
y0』= p2—r
p2為下游堰高
x0』=25.57m
y0』=15.884m
（2） e點
xe』= x0』=25.57m
ye』= p2=23.884m
（3） d 點
xd=19.017m
yd=20.47m
根據上述計算結果可繪得堰剖面曲線圖。
（三）確定水庫的校核洪水位；計算水庫在正常蓄水位防洪限制水位時的過堰流量；繪製水庫(堰上)的「水位～流量」關係曲線。（計算資料在表5中）
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