附录一泄水建筑物水力设计计算定律

附录泄水建筑物水力设计计算公式一、堰面曲线1.开敞式溢流孔的堰面曲线采用幂曲线时按下式和附表1 计算(附 1)Xn = kHn-1 ys式中Hs为定型设计水头，按堰顶最大作用水头Hzma的 75% - 95%计算(m),其它符号见附图 1，数值见附表 1附表1上游坝面坡度kn垂直(3 : 0)2.0001.8503 : 11.9361.836原点上游宜用椭圆曲线，其方程式为x 2 (bH - y)2+ s = 1(aH )2 (bH )2ss式中aHs和bHs分别为椭圆曲线的长轴和短轴若上游面垂直，其长轴aHs和短轴bHs可按以下关系选定:a 沁 028 〜030a=0.87 + 3a bd> — 采用倒悬堰顶时（如附图1），应满足 2 定型设计水头选择及堰顶可能出现的最大负压值参照附表2定型设计水头Hs情况下的流量系数m和其他作用水头Hz情况下的流量系数mz的比值参照附表32•设有胸墙的堰面曲线当校核情况下最大作用水头HzmaJ孔口中心线上）与孔口高（D）的z max >1.5比值 D 时；或闸门全开时仍属孔口泄流，即可按下式计算：x2y =如 2 H （附 2）式中Hs――定型设计水头，一般取孔口中心线至水库校核洪水位的水头的75% -95%;――孔口收缩断面上的流速系数，一般取申=0.96 ；若孔前设有检修闸门槽时取申=0.95。

其余符号参照附图2V水卑tt赫洪木位扎口中心统帀1札附图2原点上游可用单圆，复式圆或椭圆曲线，与胸墙底缘通盘考虑H1.2 V - z max V1.5 若 D 时，应通过试验决定附表2H/HS zmax0.750.7750.800.825i=a i 宀n~彳古人一、0.5HS0.45HS0.4HS0.35HS取人负压值(m)H/Hs zmax0.850.8750.900.951.0取大负压值(m)0.3HS0.25HS0.2HS0.1HS0.0HS附表3H/H0.20.40.60.81.01.2mz/m0.850.900.950.9751.01.0251.41.07二、泄水建筑物泄水能力计算公式1.开敞式溢流孔的泄水能力可按下式计算：（附 3）Q = m g 3/2z m z式中 Q 流量，m3/s ;B 溢流堰净宽，m ；Hz——堰顶作用水头，m ;g 重力加速度，m/s2 ；P >3mz——流量系数，初设时在定型设计水头作用的情况下，当H （P为堰高，m）时，厶＜ 3取 mz=m=0.47 - 0.49 ;当 H 时，取 m=0.44 - 0.47 ;s ——侧收缩系数，根据闸墩厚度及墩头形状而定，初设时可取& =0.90-0.95 ;淹没系数，视泄流的淹没程度而定，不淹没时& m =12.孔口泄流按下式计算：（附 4）式中 Ak一出口处的面积，m2;Hz—自由泄流时为孔口中心处的作用水头，m ;淹没泄流时为上下游水位差;卩一孔口或管道的流量系数，初设时对设有胸墙的堰顶高孔，当~D = 2" ~ 2.4 （D 为孔口高，m）时取卩=0.74~0.82 ;对深孔取卩=0.83~0.93 ;当为有压流时川值必须计算沿 程及局部水头损失后确定。

三、挑流消能1.水舌抛距按水舌外缘计算（参照附图 3），其估算公式如下：1 [ ]L = v2 sin0 cos0 + v cos0 v2 sin 2 9 + 2g （h + h ）（附g 1 1 1 1 2式中 L 水舌抛距，m ;vi 坎顶水面流速，m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即vi二1.1v二1山S 2gH0（m/s） （H°为水库水位至坎顶的落差，m）；e——鼻坎的挑角，°；h1 坎顶垂直方向水深，m，h]=hcose （h为坎顶平均水深，m）；h2 坎顶至河床面高差，m，如冲坑已经形成，作为计算冲坑进一步发展时，可算至坑底； 堰面流速系数附图3t ；一最大冲坑深度，由河床面算至坑底m2.最大冲坑水垫厚度按下式估算：（附6）t q 0.5 H 0.25K式中t ——水垫厚度，自水面算至坑底，m ;q 单宽流量，m3/s/m ;a-H 上下游水位差，m ;冲坑系数，坚硬完整的基岩a=0.9~1.2 ；坚硬但完整性较差的基岩a=1.2~1.5 ;软弱破碎，裂隙发育的基岩a=1.5 - 2.0四、护坦消力池长度计算公式1.福氏数fFr = ^=■ygh',当F44.5，护坦上不设铺助消能工时:L 二 6（h〃一 h'） c（附 7）式中Lc 护坦消力池长度，m ；h'、h〃 ——跃前、跃后共轭水深，m。

2•当Fr>4.5，池首断面平均流速v'大于16 - 18m/s，护坦上可设梳流坎及尾坎，但不宜设消力墩时:L = （32 〜4.3）h〃 （附 8）3•当Fr>4.5，池首断面平均流速v'小于16~18m/s，护坦上可设梳流坎、消力墩及尾坎 时:L 二（2.3 〜2.8）h〃 c五、空蚀指数估算公式h + h — h G = —d q v_k v2 / 2g（附 9）（附10）式中k――空蚀指数，无量纲；hd——计算断面处的时均动水压力水头（水柱高，m）;Vhq——大气压力水头（水柱高，m），对于不同高程按900估算，即相对于海平面每增加高度900m ,较标准大气压力水头降低1m水柱，V为海平面以上高度;水的汽化压力水头（水柱高， m） ；对于不同水温可参照附表4数值采用；附表4水温（°C）051015202530hv（水柱高，m）0.060.090.130.170.240.320.430.75v 2/2g——计算断面处的流速水头（水柱高，m）六、 波动及掺气水深估算公式（适用于溢流坝面）h 二 1 + 二 h b I 100 丿 （附 11）式中 h——不计入波动及掺气的水深，m ；hb――计入波动及掺气的水深，m ；v 不计入波动及掺气的计算断面上平均流速，m/s ;匚 ——修正系数，一般为1.0-1.4，视流速和断面收缩情况而定，当流速大于20m/s 时，宜采用较大值。

七、 护坦、鼻坎上脉动压力估算公式（附12）式中Pm——脉动压力，沿法线方向作用于建筑物表面，t/m2;丫 水的容重，t/m3 ；am――脉动压力系数，根据水流缓急程度分别取0.05~0.10八、护坦上消力墩所受冲击力计算护坦上如设有消力墩（包括梳流坎及尾坎）时，其所受冲击力Pd，可按下式估算：P = k v 2 Ad d 2g d （附 13）式中Pd――消力墩（包括梳流坎及尾坎）的冲击力，t ；Ad 墩、坎迎水面在流速方向上的投影面积，m2 ；kd——阻力系数，视墩、坎形状及流速大小，取kd=1.2~2.0附录二 荷载计算公式一、 垂直作用于坝体表面的静水压力p-H （附 14）式中H 计算点的水深，m；丫——水（或含泥沙水）的容重，"m3二、 水平泥沙压力（附 15）tg2（45予）式中Y “ = Y i -（1-n）Y , Y i为泥沙的干容重，n为泥沙的孔隙率;hn 坝刖泥沙淤积高度，m ；泥沙的内摩擦角，°当缺乏资料时可按下式计算：h2（附 16）三、浪压力1•浪高、波长可按官厅水库公式计算（适用于山区峡谷水库库缘地势高峻，风速4~16m/s ,吹程1 -13公里）5 1（附 17）（附 18）2h = 0.0166v 4 D 3 l f f2L = 10.4（2h ）0.8 ll式中2片——浪高，m ;vf 计算风速，m/s ;Df——吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离，km。

2.浪压力计算：⑴坝前水深叫满足％ <%<«时，铅直坝面上的浪压力Pl，可按照立波概念，用下式计 算：p =丫 (H广2少停(H广P1严Hi 2 2（附 19）式中h0——波浪中心线至水库静水位的高度，可按下式计算:4兀h 2 兀Hh = 1- cth i（附 20）o 2 L LllPl——坝基面的浪压力剩余强度，其值为：（附21）P = 2h sech 1 i i L lHlj 乃使波浪破碎的临界水深，其值为：HijL、2 L + 4兀 h=—l In i 丄 u2兀 2 L 一 4兀hii（3~ 5）hi（附22）浪压力的分布图形可假定在水库静水位上下各近似作直线分布，见附图4a3胺浪中 竺水翳水他电附图 4(2)坝前水深叫>Ll时，在距水库静水位深Ll以下各点的浪压力可以忽略，铅直坝面的浪压力可按下式计算：P 二丫l（2耳+ 化）£ 1 ）22 2 i（附23）浪压力的分布见附图4b四、冰压力1.静冰压力，按附表5 数值计算：在确定开始升温时的气温及气温上升率后，可由附表5 选用单位面积上的静冰压力，乘以 冰厚，即为作用在单位长度坝体的静冰压力(t/m)最低温度(°C)-40-35-30--25-25-20-15气温上升率(°C/h)2.52.52.52.02.02.0静冰压力(t/m2)28-4025-3523-3020-2815-2213-18附表 5 静冰压力表-102.012-142.动冰压力：(1)冰块撞击在坝面上所产生的压力。

当冰的运动方向垂直或接近垂直于铅直坝面时(运动 方向与坝轴线的交角申=80°~90°)，动冰压力值Pbd可按下式计算：PT kb叽込(t) (附 24)式中kb——系数，决定于流冰的抗碎强度Rb值(当Rb=100t/m2, kb=4.3 ; Rb=50t/m2, Rb=3.0；Rb=30t/m2，kb=2.36)；vb——冰块流速，对于大水库应该通过研究决定，一般不大于0・6m/s ; db——冰块厚度，m ;Ab 冰块面积，m22）冰块撞击在闸墩上所产生的压力作用于铅直的闸墩上的动冰压力Pbd，可按下式计算:(附 25)P'二 mR Bd (t)bd b b式中Rb一冰的抗碎强度当无试验资料时可采用下值结冰初期为75t/m2末期45t/m2 ；B 闸墩在冰层平面处的宽度，m ；m一与闸墩平面形状有关的系数，对于半圆形闸墩，采用m=0.9;对三角形闸墩根据 其平面上的顶端角度2a按附表6采用附表 6 m 值表2a45°60°75°90°120°0.600.650.690.730.81五、溢流坝反弧段上的动水压力溢流坝反弧段上的动水压力（离心力）合力的水平及垂直分力可按下式计算（见附图5）。

水平分力P = q-^ v（cos申-cos申）（t）x g 2 1 （附 26）垂直分力P = q-^ v（sin申 + sin申）（t） y g 2 1 （附 27）qvP = —作用在反弧段上的压力强度 g r （附28）式中 申1、申2 ――附图5所示的角度；r一反弧的半径，m。