水东陂水库溢洪道流量的计算

摘要：本文主要介绍了水东陂水库溢洪道实用堰在各种流态下流量的计算方法，并将相关的计算成果制成表格供查算，实用方便，有助于提升水库工程管理技术水平。

关键词：水库溢洪道流量计算

中图分类号：TV62文献标识码： A 文章编号：

1、概况

水东陂水库位于广东省博罗县公庒镇东北部，所在河流属东江水系公庒河一级支流水东陂水。水库坝址以上集雨面积103.5km2，总库容6240×104m3,设计灌溉面积4.38万亩，坝后水电站装机容量共1750KW,是一座以灌溉为主、结合防洪、发电及供水综合利用的中型水库。

水库大坝为均质土坝，坝顶高程106.4m,最大坝高38.4m。正常蓄水位为103.00m,设计洪水位为104.49m,校核洪水位位105.55m。溢洪道位于大坝右岸，为开敞式溢洪道，总宽26m,净宽24m, 实用堰，装设2孔12m×6m的钢弧形门，堰顶高程97m，上、下游堰高均为2m。

2、溢洪道流量计算

根据闸孔的相对开启度，分为堰流和闸孔出流两种情况进行计算。闸底坎为曲线型实用堰时：

当e／H﹥0.75时，为堰流。

当e／H﹤=0.75时，为闸孔出流。

其中，e为闸孔开启度，H为堰上游水面超出堰顶的最大高度，简称堰顶水头。e／H称为相对开启度。

2.1堰流的计算

2.1.1堰流流量公式

当δ﹤0.67H时，为薄壁堰流；

当0.67H2.5H时，为实用堰流；

当2.5H10H时,为宽顶堰流。

式中δ-----堰顶厚度，为2m，H-----堰前水头。

实用堰流的流量公式可表示为

Q=σcσsmB H3/2

其中，σc为侧收缩系数，σs为为淹没系数，m为流量系数，B为过水断面面积，g为重力加速度，H为堰上水头（忽略行进流速水头的影响，近似取H=H0）。

上式为堰流计算的基本公式，对薄壁堰、实用堰、宽顶堰都适用。

2.1.2侧收缩系数σc

堰上最大水头H0=6m单孔堰宽b=12m, 堰上游溢洪道口宽Bo=26m,闸墩厚d=2m,H0／b=0.5﹤1,且B0=B+(n-1)d=26m,则侧收缩系数可由以下经验公式确定：

σc=1-0.2[ξ1+(n-1)ξ2]H0∕nb

式中ξ1为边墩形状系数，与边墩几何形状有关。由于溢洪道边墙与闸墩的边墩在一条直线上，对过堰水流无侧向收缩影响，故取ξ1=1.0。

ξ2为中墩形状系数，与墩头形状、墩的平面位置以及淹没程度有关。本闸中墩设计为尖圆形，厚d=2m，取墩平面系数a=0、即a/H0=0,淹没系数σs=1.0，hs/H0

σc=1-0.2[1.0+(2-1)×0.25]×Ho／(2×12) =1-0.0104H0

2.1.3淹没系数σs

要使实用堰淹没，除堰下游水位必须高于堰顶外，堰的下游必须形成水跃。即实用堰的淹没条件为

Hs＞0 及Z／p1﹤(z／p1)k

式中hs---下游水位超出堰顶的高度；z-----堰的上、下游水位差；p1----下游堰高；

（z／p1）k-----开始发生淹没水跃的临界值，可根据H／p1值及流量系数m查图求得。

当上游水位为正常蓄水位103.0m高程、闸门全开时的淹没程度：

本堰P1=2.0m,取堰上水头H=6m，则H／P1=3.0,假定流量系数m=0.42,查得（z／P1）k=1.02。按m=0.42、σs=1.0、σc=0.95及Ho=6m,估算得堰流的流量为623.4m3／s,单宽流量为23.98m3／s。

实用堰下游水深，据《溢洪道设计规范》SL253-2000,由下列能量方程求出：

h1=q/[ø

式中q---计算断面单宽流量，m3/(s.m);Ho-----计算断面渠底以上总水头，m; θ-----泄槽底坡角度，（0）; ø -----流速系数，取0.95；

计算得下游水深h1=2.41m。

掺气水深由下式计算：

h=(1+ζv／100)h1

式中 h1----计算断面水深，m; v-----断面流速，m/s;

ζ----修正系数，可取1.0-1.4s/m,此次取1.4s/m;

计算得掺气后h=2.75m。

故z=Ho-h=3.25m,z/P1=3.25/2=1.625﹥(z/P1)k=1.02,为非淹没流,σs=1.0。可见本溢洪道下游水位不影响堰的泄流能力，为自由出流，σs=1.0。

2.1.4流量系数m

本溢流堰采用广东省水利水电科学研究所推荐堰型，称为a型驼峰堰，据《水力计算手册》，流量系数按下列公式计算：

当P/H﹤=0.24时，m=0.385+0.171(P/H)0.657

当P/H﹥0.24时，m=0.414(P/H)-0.0652

式中H----堰前水头；P----堰高；m----流量系数。

2.2闸孔出流的流量计算

底坎为实用堰的闸孔出流，一般均为自由出流其流量计算公式为

Ｑ=µ0be

上式对实用堰顶的平板闸门和弧形闸门下泄流均适用。

式中µ0----闸孔出流时的流量系数；b----闸孔泄流净宽度,m；

e----闸孔开启高度，m；H----堰顶水头，m。

闸孔的流量系数µ0值，主要受闸门形式、闸门在堰顶的位置、闸门的相对开启度e/H的影响。此外，堰顶曲线型式、弧形闸门底缘的切线与水平线的夹角θ也有一定影响，µ0值一般多根据试验或经验公式确定。当闸门设在堰顶点处时，可按下式计算：

µ0=0.685-0.19e/H

3.实用堰流量计算成果及应用

根据上述有关公式，按不同流态分别计算出单孔各个水位对应不同开启度下的水库水位（H）—开启度(e)—流量(Q)关系曲线，并制成表格，如表1所示。

溢洪道单孔H-e-Q关系曲线 表1

查算方法：根据堰上水头及闸门开度，可直接查出单孔下泄流量，二孔闸门同时开启时，查出的单孔下泄流量乘以2即为溢洪道的泄流量。其他水位或开启度下的下泄流量可用内插法求出。

在水库的运行管理实践中，采用本文介绍的计算方法所计算出的溢洪道下泄流量，经验证与实际相符合。

参考文献：

[1]水力计算手册 第二版 ，中国水利水电出版社

[2]《水力学》下册，水利电力出版社

作者简介：罗四华，男，1971年6月出生，学历本科，工程师，主要从事水库工程管理工作。