第四章 放空坝段设计计算
表4-1 放空计算 水位 库容 堰顶平堰流流量 均水头 1365.535 深孔平均水头 24.75 深孔流量 总流量 放空库容 时间(s) 正 178 177.5 175 172.5 170 167.5 1.37E+09 1.34E+09 6.83 1.14E+09 5.33 9.55E+08 2.83 7.95E+08 0 6.40E+08 0 3
3
277.5148 1570.55 19101.59 1.91E+04 941.37484 23.25 364.20963 20.75 53.717082 18.71 0 0 0 17.46 15.75 13.89 268.9739 1137.849 180164.6 1.80E+05 254.1017 545.8114 329784.3 3.30E+05 241.2879 222.5049 539313.9 5.39E+05 233.0884 160.5884 249084 221.3802 148.8802 1041105 2.49E+05 1.04E+06 顶 170.92 8.35E+08 0.79 死 166.28 5.75E+08 0 注：流量和库容的单位分别为m/s， m
207.8977 135.3977 480067.2 4.80E+05 ⑦总共所花费时间：2838621秒，折算为32.85（<40）天。 （4）结果分析
孔口尺寸为3.5×4，孔中心高程153的放空孔，在1～4月进行放空，可在32.85天
内完成，完全满足40的要求。
4.2 下游消能防冲计算
（1）消能形式：连续式的挑流鼻坎；
（2）要求结果：挑射角、鼻坎高程、反弧半径； （3）基本要求：
①连续式的挑流鼻坎的挑射角，根据我国的工程实践经验，以20°～25°为宜，定采用20°的挑射角。
②鼻坎高程以高于下游水位1～2米为宜。初可将坎底最底点高程定为下游最高水位，即下游校核水位147.13米，可以保证鼻坎的高程高出下游水位少许。
③鼻坎反弧段半径R以4～10倍的hc为宜，hc为鼻坎上的水深，定为R=6hc. （4）计算过程
求鼻坎最低点处的水深。
根据水力学知识建立坝段水流的能量方程为：
E=hc+Vc2/2gθ
2
式中: E0 =180.13-147.13=33m
Φ——流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面，取为0.95
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Vc——该断面流速 hc——该断面处水深 则：
33?hc?2vc2?9.8?0.952 ——Ⅰ
断面流速
Vc?q hc式中：q——该处单宽流量
q??h2?g?H2?0.9?4?2?9.8?(180.13?153)?83.015m3/s
即
Vc?83.015 hc ——Ⅱ
联列Ⅰ、Ⅱ两式解得：
Vc=22.788m/s hc=3.643m
R=6hc =6×3.643=21.86m
则反弧段半径为
该反弧上游必须和无压段的抛物线衔接并相切。根据以上做图，鼻坎最高点高程为148.85，高出下游最高水位（147.13）1.72米，满足高出下游最高水位1～2米的设计要求。
4.3 水力校核
（1）计算工况：校核工况和设计工况。 （2）基本原理：
鼻坎设计完毕后，还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全，常用冲坑上游坡做为标准，即：
i?tk?ic L式中 tk——冲坑深度（米）；
L——冲坑最深深度距建筑物距离； i——冲坑上游坡；
ic——安全临界坡，可取1/3～1/4。
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第四章 放空坝段设计计算
（3）计算过程 ①校核情况下 挑距计算：
L?1g(v2??v21sin?cos1cos?v1sin2??2g(h1?h2)) 式中： L ——水舌抛距，按水舌外缘计算（m）；
v1 ——坎顶水面流速，
v1?1.1v?1.1?2gH0?1.1?0.95?2?9.8?(180.13?148.85)?25.88m/s； θ——鼻坎挑射角，θ=20°；
q ——鼻坎处的单宽流量，
q???h2?g?H0?0.9?4?2?9.8?(180.13?153)?83.015m3/s； h1——坎顶垂直方向水深，h1=hc/cosθ=3.643/cos20=3.76m；
h2——坎顶与河床间的高差，h2=148.85-136=12.85m；
带入计算得： L=71.832m。
冲刷坑计算：
t
k??1?q0.5?H0.25
式中： α1 ——冲坑系数，由于该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0； q ——单宽流量，q=83.015；
H ——上下游水位差，H=180.13-147.13=33m；
带入计算：
t0.5k=1.0×83.015×330.25=21.838m；
冲坑上游坡
i?tkL?21.83871.832?0.304?13 满足要求。 ②设计情况下 挑距计算：
L?1g(v2?cos??v21sin1cos?v1sin2??2g(h1?h2)) 26
第四章 放空坝段设计计算
式中： L ——水舌抛距，按水舌外缘计算（m） v1 ——坎顶水面流速，
v1?1.1v?1.1?2gH0?1.1?0.95?2?9.8?(179.3?148.85)?25.529m/s θ——鼻坎挑射角，θ=20°
q ——鼻坎处的单宽流量，
q???h2?g?H0?0.9?4?2?9.8?(179.3?153)?81.735m3/s； h1——坎顶垂直方向水深，h1=q/v1=83.015/25.529=3.764m
h2——坎顶与河床间的高差，h2=148.85-136=12.85m
带入计算得： L=69.759m
冲刷坑计算：
t??
k1?q0.5?H0.25
式中： α1 ——冲坑系数，由于该枢纽地基岩石完整坚硬，取1.0 q ——单宽流量，q=81.735
H ——上下游水位差，H=179.3-146.58=32.72m
带入计算：
tk=1.0×43.590.5×32.720.25=15.791m
冲坑上游坡
i?tkL?15.79169.759?0.23?14 满足基本要求。
4.4 水面线计算
（1）水面线计算的目的
深孔中孔顶板高度、导墙高度、闸门门轴位置的确定都需要知道水面线的情况。
（2）水面线计算的基本原理
基本原理是水力学的能量平衡方程。
分别在坝前和计算截面处建立能量断面，建立能量方程
E=h2ccosa+Vc/2gθ2
式中: E0 =178-151+y=27+y；
Φ——流速系数，对于该枢纽为中等长度的溢流面，取为0.95；
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