重力坝设计-堰面水面线计算

WES 堰面水面线计算

为了设计闸墩高度，边墙顶高程，及选定弧型闸门门轴高程，需知道水面线。水面线以上的安全超高可采用0.5-1.5m，对于非直线段，宜适当增加。 计算过程

在这里使用《水工设计手册6——泄水与过坝建筑物》(以下简称《手册6》)中提供的计算水面线的方法

示意图(仅供参考，具体根据计算的数值画水面曲线)

(a)不掺气水面线头部的计算 采用《手册6》表27-2-4计算

堰上水深H=? (校核洪水位 减去 堰顶高程)，则H/Hd=？ (Hd为堰面曲线定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%~95%计算，具体取值见重力坝设计规范) 由《手册6》中表27-2-4 采用插值法 来求得H/Hd对应的 X/Hd 和 Y/Hd

(b)整个坝面(包括直线段)上的不掺气水面线的计算

(I)求曲线长度Lc： 对于WES堰，可以根据X/Hd由《手册6》中图27-2-7查算，堰上游段的曲线长度Lc,u?0.315Hd=？由此可以获得曲线总长Lc,t(包括Lc,u，t为切点)；

(II)求直线段长度Ls： 从切点到直线上任意点的距离为 Ls,i?(Yi?Yt)/sin?，其中Yt为切点坐标，?为直线段坝面与水平方向的夹角。

(III)从堰顶曲线起点到计算点(Xi,Yi)的坝面距离为L?Lc,t?Ls,i

(IV)计算边界层厚度?：按Bauner公式计算，??0.024L(L/K)?0.13，式中：K为坝面粗糙高度，对于混凝土坝面，建议取0.427~0.691，一般取0.5 (V)计算单宽流量 q?m2gH3/2

式中：H为堰上水头；m为流量系数，一般可取0.475 (VI)采用试算法推求势流水深hp

q2 H?Yi?hpcos??22ghp(VII)正交于坝面的水深为 h?hp?0.18?

(2)整个坝面(包括直线段)上的掺气水深计算

如水流掺气，则边墙高度须相应加大，为此，必须确定自然掺气后的水面线 (a)首先计算自然掺气开始发生点(即临界点)的位置Lk

Lk?12.2q0.718 (m) 或 Lk?14.q70.5 3 (m)

式中：q为单位宽度流量(ms/m) (b)采用不掺气水深按下式计算掺气水深

3?v??hb??1??h

?100?式中 h为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为不计入波动及掺气的计算断面上平均流速(m/s)

?为修正系数，一般为1.0~1.4，这里计算时采用1.2。

参考文献

[1]水工设计手册6——泄水与过坝建筑物[2]水力学

P6-178~6-181

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/16z.html