【工程实例】酉江水利枢纽工程（图4.67）

湖南省沅江支流酉江全长约140km，流域面积共3200km2。酉江中上游地处山脉丘陵地带，河道曲折，两岸高地环列，坝址处缩窄成瓶口，坝址处河底高程307.00m，河宽仅百余米。

酉江水利枢纽坝址处要求泄水建筑物有较大的过水能力。依据地形、泄流要求及下游防洪标准综合考虑，酉江水利枢纽选定黏土心墙土石坝，右岸布置岸边开敞式溢洪道。由于溢洪道进口段水力条件相对比较好，不再设置引水渠道，选择喇叭式的进水口。溢洪道控制段采用WES型实用堰溢流，3个表孔，堰顶高程为336.00m，堰总净宽为42m，堰顶设弧形工作闸门，闸门尺寸为14m×12m（宽×高），在尾水渠部分转弯进入下游河道。

【例题1】酉江水利枢纽的校核流量为3670.5m3/s，出于安全考虑选用3700m3/s，对应的下游水位为316.00m。溢流堰前的进水口底板高程开挖至330.00m，下游堰底开挖至325.00m。泄槽底板与水平面坡率为1∶20。请设计该溢洪道控制段WES堰。

图4.67　酉江水利枢纽工程（修建中）

解：

1.孔口尺寸确定

孔口净宽=总流量/单宽流量。

根据DL 5166-2002《溢洪道设计规范》，对于大中型工程，单孔净宽为8～16m。依照工程经验，对于一般软弱岩石基础，单宽流量取20～50m3/（s·m）；对于较好岩石基础，取50～70m3/（s·m）；对于坚硬岩石基础，取70～90m3/（s·m）。

为增大泄流能力，孔数较少为宜。结合调洪演算时选取泄洪方案进行对比（表4.4），综合考虑采用方案一：3孔泄流，单孔净宽14m，孔口净宽42m，中墩厚度为2m，边墩厚度为1m，闸墩头部为圆头型，溢洪道总宽度为48m。

表4.4　孔口尺寸设计方案

右岸垭口为坚硬基岩，本题单宽流量q==88.1[m3/（s·m）]，满足要求。

由闸墩与边墩的布置情况，可查得侧收缩系数ε=0.85。

2.堰顶高程确定

利用公式Q=m Bεσ，采用试算法确定堰顶高程，其中校核洪水位减去H0即为堰顶高程。

假设流量系数m=0.499，则

计算得H0=13.01m，堰顶高程为348.20-13.01=335.19m，采用335m。

验算：堰顶高程采用335.00m时，堰上水头

H=348.2-335.0=13.2（m）

堰上最大水头

hmax=348.2-335.0=13.2（m）

设计水头

hd=（0.75～0.95）hmax

取

hd=（0.75～0.95）hmax=0.8×13.2=10.5（m）

上游堰高

P1=335-330=5（m）

该堰为低堰，需要计入行近流速水头：

查得流量系数m=0.499，与假设一致，所以堰顶高程实际采用335.00m。

3.WES堰剖面设计(www.daowen.com)

由上述计算过程可得：开敞式堰面堰顶下游堰面采用WES幂曲线（图4.68），堰顶高程为335.00m，进水口底板高程为330.00m，上游堰高为5m，定型设计水头为10.56m。

图4.68　曲线形WES堰剖面

（1）堰顶上游段设计。如图4.68所示：R1=0.5Hd=5.28m；R2=0.2Hd=2.11m；R3=0.04Hd=0.42m；B1=0.282Hd=2.98m；B2=0.276Hd=2.91m；B3=0.175Hd=1.85m。

（2）下游堰面曲线设计。WES幂曲线为

式中：Hd为堰面曲线定型水头，本题为10.56m；x、y分别为原点上下游堰面曲线横、纵坐标；n、K为系数，弧顶上游段三段圆弧连接，则n=1.85，K=2。则堰面曲线方程为

x1.85=2×10.560.85y

即

根据规范要求，低实用堰下游堰面坡度最好陡于1：1，此处选用1：0.9。

（3）直线段BC设计。为了抬高堰底高程，在这里不必设置直线段，图4.68上B、C两点重合，即反弧段直接切于点（xc，yc），则坐标xc与yc：

xc=AHd（tgθ1）a

yc=BHd（tgθ1）b

其中，A=1.096；B=0.529；a=1/0.85；b=2.176；m=0.9，赋值代入上述公式得

即切点坐标为C（13.10，7.03）。

（4）反弧段CD设计。根据规范要求，反弧段半径范围通常为3h～6h，h是校核洪水为3700m3/s条件下，闸门全开时反弧段最低点D的水深，计算公式为

式中：q为计算断面的单宽流量，m3/（s·m）；H0为计算面渠底以上的总水头，H0=348.2-335+P2=348.2-335+10=23.2（m）；θ为泄槽底板与水平面的夹角，本设计取1∶20的坡率；φ为从进水口到计算起始断面间沿程和局部阻力损失的流速系数，计算时取φ=0.95。

单宽流量

代入公式可解得h=4.41m。反弧半径根据规范要求R=3h～6h，因此R=13.23～26.46m，可取R=15m。

【例题2】某曲线形实用堰，堰宽b=50m，堰孔数n=1（即无闸墩），堰与非溢流的混凝土坝相接，边墩头部为半圆形，边墩形状系数Ka=0.7，上下游堰高P1与P2相同均为15m，下游水深ht=7m，设计水头Hd=3.11m，流量系数m=0.514，试求堰顶水头H=5m时通过溢流坝的流量。

解：

流量计算公式为

当H=5m时，=3＞1.33，为高堰，故可以不考虑行近流速水头，H0=H=5m；侧收缩系数

其中，n=1；H0=h=5m；Ka=0.7；没有闸墩，闸墩形状系数KP=0；b为墩间净距，b=50m。代入上式得

则侧收缩系数

因为ht＜P2，则堰流为自由出流，淹没系数σs=1，则