截流设计计算书.docx
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截流设计计算书
截流设计计算书
一基本资料
某工程截流设计流量Q=4150m3/s,相应下游水位为,采用单戗立堵进占,河床底部高程30m,戗堤顶部高程是44m,戗堤端部边坡系数n=1,龙口宽度220m,合龙中戗堤渗透流量按如下公式计算,
Z为上下游落差,Z0为合龙闭气前最终上下游落差),请设计该工程在河床在无护底情况下的截流方案。
此外,上游水位~下泄流量关系曲线见表1。
截流材料为容重26KN/m3的花岗岩,截流戗堤两侧的边坡为1:
。
表一:
上游水位~下泄流量关系曲线
Qd(m3/s)
700
1220
1620
;
1700
2160
2670
3420
3930
上(m)
(
二图解法的截流水力计算
(
立堵截流进占过程中,龙口水流呈淹没或非淹没堰流的形式,通常是由前者过渡到后者直至合龙。
戗堤进占划分为两个阶段:
①第1阶段——戗堤进占直至坡脚接触龙口对岸形成三角形断面为止,B>28m;
②第2阶段——戗堤坡脚已接触龙口对岸而形成三角形断面后直至最后合龙,即B≤28m。
1、作Q~Z关系曲线
将已知的泄流水位
转化为
关系,其中:
戗堤渗透流量
;
由
(忽略上游河槽中的调蓄流量)绘制龙口流量与下游落差Q~Z关系曲线,曲线由以下表绘制:
表二:
Q~Z关系曲线
;
Z(m)
Q0(m³/s)
Qs(m³/s)
Qd(m³/s)
Q(m³/s)
4150
142
|
700
3308
4150
151
1220
2779
¥
4150
163
1620
2367
4150
170
1700
.
2280
4150
183
2160
1807
4150
】
195
2670
1285
4150
206
3420
524
`
4150
220
3930
0
2、计算
!
龙口泄水能力按宽顶堰公式计算:
其中:
––龙口平均过水宽度;
H0––龙口上游水头;
m––流量系数,按下式计算:
<,淹没流,
≥,非淹没流,m=,
Z––上下游落差;
|
––合龙后闭气前最终上下游落差,取。
假设戗堤顶部宽度B为不同值时,龙口流量同水位落差Z的函数关系,用C语言编程实现,编写程序如下:
#include<>
#include<>
voidmain()
{
floatSJX(floatx,floaty);
floatTX(floata,floatb);
'
floatB;
inti;
printf("请输入龙口的宽度B=");
scanf("%f",&B);
floatZ[17]={,,,,,,,,,,,,,,,,};
floatQ[17];
if(B>28)
{
/
for(i=0;i<17;i++)
{
Q[i]=TX(B,Z[i]);
printf("Q=%.1f\n",Q[i]);
}
}
else
{
|
for(i=0;i<17;i++)
{
Q[i]=SJX(B,Z[i]);
printf("Q=%.1f\n",Q[i]);
}
}
}
floatSJX(floatx,floaty)
]
{
floatH0,m,Bp,Q;
H0=y+*x);
if(y/H0<
m=(1-(y/H0))*sqrt(y/H0);
else
m=;
Bp=H0;
"
Q=m*Bp*sqrt(2**pow(H0,;
return(Q);
}
floatTX(floata,floatb)
{
floatH0,m,Bp,Q;
H0=b+;
if(b/H0<
:
m=(1-(b/H0))*sqrt(b/H0);
else
m=;
Bp=a-28+H0;
Q=m*Bp*sqrt(2**pow(H0,;
return(Q);
}
。
表三:
计算成果表
Z上
QB
Z
>
220
150
100
70
40
30
28
23
—
15
9
/
2686
1753
1087
688
288
155
128
70
@
13
0
4656
3041
1888
1195
%
503
273
226
124
24
0
~
6017
3932
2443
1549
656
358
298
165
[
33
0
7127
4660
2897
1840
—
783
430
360
200
41
1
!
8089
5291
3293
2094
896
496
416
233
(
50
1
8951
5859
3650
2324
(
999
557
469
264
58
2
|
9741
6379
3977
2536
1096
615
519
294
!
66
3
10474
6862
4283
2735
》
1187
671
568
324
74
5
|
11161
7316
4570
2923
1275
726
616
353
《
82
7
11811
7746
4843
3101
#
1359
779
663
381
91
9
)
12429
8156
5104
3273
1441
831
709
410
`
101
11
13020
8548
5354
3438
1521
882
755
438
111
14
|
13588
8926
5595
3597
1599
933
800
467
.
122
17
14135
9290
5829
3752
。
1676
984
845
495
133
21
,
14663
9642
6055
3903
1751
1034
890
524
|
145
25
15175
9984
6275
4050
<
1825
1084
935
554
157
29
~
15673
10316
6490
4194
1899
1133
980
582
。
171
34
根据表中数据绘制各曲线图如下:
3、内插法
用内插法取出出图中的交点,得到龙口流速Q和上游水位Z上,求出龙口流速v。
|
其中
淹没流时:
,
—龙口底板以上的下游水深
非淹没流时
,
—龙口断面的临界水深
即淹没出流时:
对于梯形断面:
对三角形断面:
。
非淹没出流时:
对于梯形断面:
】
对三角形断面:
;
#include<>
#include<>
voidmain()
{
intB;
floatx1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4,k1,k2,b1,b2,Q,Z,d,H0,h,Bp,v;
-
printf("输入函数1的第一个点的横坐标:
");
scanf("%f",&x1);
printf("输入函数1的第一个点的纵坐标:
");
scanf("%f",&y1);
printf("输入函数1第二个点的横坐标:
");
scanf("%f",&x2);
printf("输入函数1第二个点的纵坐标:
");
scanf("%f",&y2);
、
printf("输入函数2的第一个点的横坐标:
");
scanf("%f",&x3);
printf("输入函数2的第一个点的纵坐标:
");
scanf("%f",&y3);
printf("输入函数2第二个点的横坐标:
");
scanf("%f",&x4);
printf("输入函数2第二个点的纵坐标:
");
scanf("%f",&y4);
:
printf("输入龙口宽度B=");
scanf("%d",&B);
k1=(y1-y2)/(x1-x2);
b1=y1-k1*x1;
k2=(y3-y4)/(x3-x4);
b2=y3-k2*x3;
Q=(b2-b1)/(k1-k2);
Z=k1*Q+b1;
@
if(B>28)
{
printf("梯形");
H0=Z-30;
Bp=B-28+H0;
if(/H0<
{
printf("淹没流");
~
h=;
}
else
printf("非淹没流");
}
else
{
printf("三角形");
、
H0=Z-30-*B);
Bp=H0;
if(/H0<
{
printf("淹没流");
h=*B);
}
else
:
{
printf("非淹没流");
h=pow(2*Q*Q/,;
}
}
v=Q/h/Bp;
d=v*v/***2*;
printf("\n上游水头=%f\n",H0);
[
printf("龙口流速=%。
2f\n",v);
printf("平均宽度=%f\n",Bp);
printf("上游水位=%.2f\n",Z);
printf("龙口流量=%.0f\n",Q);
printf("抛石粒径%。
2f\n",d);
}
{
表四:
内插法计算成果表
龙口宽度B(m)
上游水位Z上(m)
落差Z(m)
龙口流量Q(m3/s)
上游水头H0(m)
流态
龙口平均宽度(m)
'
龙口流速v(m/s)
抛石粒径d(m)
220
4003
<
梯
形
淹
没
流
。
150
3848
/
100
3509
}
70
2769
'
40
1554
30
974
《
28
\
848
三角形
淹没流
23
、
516
!
15
158
三角形
非淹没流
(
9
32
根据表四数据绘出V~B,Q~B,D~B曲线
4、截流材料分区
由于戗提宽度至少需满足三辆汽车并行,结合龙口最大流速v=s,选择截流戗提顶部宽度18m,根据工程类比选择石块的备料系数,并确定截流材料所需的方量,具体数值见表五。
表五:
材料分区
材料
分区
龙口水面
宽度B(m)
龙口平均
流速(m/s)
抛石粒径(m)
石块重量
(t)
备料
系数
石块方量
(m³)
石块总量
(m³)
Ⅰ
100~220
64512
153216
Ⅱ
40~100
40320
Ⅲ
15~60
2
40320
Ⅳ
0~15
8064
三成果分析
立堵法截流是将截流材料,从龙口一端向另一端或从两端向中间抛投进占,逐渐束窄龙口,直至全部拦断。
截流水力计算的目的是确定龙口诸水力参数的变化规律,主要解决两个问题:
确定截流过程中龙口各水力参数,如流量Q、落差Z及流速V的变化规律和由此确定截流材料的尺寸、重量或相应的数量等。
根据以上计算得出如下规律:
(1)龙口的流速先是随着龙口的束窄逐渐增大,起初增长较为平缓;当龙口宽度达到100m左右时,增长速度有所增加,直到龙口的宽度B=23m左右时,此时龙口断面为三角形断面,龙口的流速达到最大,V=s;但随着龙口的宽度继续减小时,流速急剧下降,直至龙口合龙完成,流速降至为零。
(2)为了更经济合理地进行截流,现将龙口分为四段采用不同粒径的石块进行封堵,Ⅰ和Ⅳ区采用重为的石块进行填筑,Ⅱ区采用重为的中石块进行填筑,Ⅲ区采用重为的大石块进行填筑,各区的石块用量如表五所示。
(3)根据工程经验和工程类比类比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区的备料系数分别取、、2和。
由于在Ⅰ和Ⅳ区截流时,流速较小,相当于在静水中截流,备料系数取值较小;Ⅲ区时流速最大,截流难度最高,截流材料易被水流冲走,因此备料系数取较大值比较安全;Ⅱ区流速介于Ⅰ和Ⅲ之间,故备料系数去中间值。
(4)戗堤上游的水位随着河床束窄不断增加,当龙口合龙时达到最大值Zmax=。
这时的河道流量全部由分流建筑物泄往下游。
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