侧槽溢洪道课程设计
学校：广东水利电力职业技术学院
班级：12水工3班 姓名：罗茂贤 学号：120310328
指导老师：李存
目录
一．设计基本资料： ............................................................................................................................... 2
二．侧槽的设计（尺寸及参数拟定） ................................................................................................ 2
1. 计算侧槽堰长L ................................................................................................................................. 2
(1) 工况一： .................................................................................................................................. 3 (2) 工况二： .................................................................................................................................. 3 2. 侧槽底纵坡i0 拟定 .......................................................................................................................... 4 3. 侧槽的横断面形式与尺寸 ................................................................................................................ 4 4. 侧槽各断面槽底高程计算 ................................................................................................................ 5
(1) 计算控制断面临界水深 hk ..................................................................................................... 5 (2) 计算侧槽末端水深 hl.............................................................................................................. 5 5. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程） ............................................................................ 6
(1) 确定控制断面坎高 d .............................................................................................................. 6 (2) 计算侧槽各断面流量Qi .......................................................................................................... 6 (3) 侧槽水面曲线推算 .................................................................................................................. 8 (4) 侧槽各断面槽底高程的确定 ................................................................................................ 10
三．泄槽的设计 ...................................................................................................................................... 11
1. 泄槽的形式及参数拟定 .................................................................................................................. 11 2. 泄槽水面曲线的推算...................................................................................................................... 11
(1) 判断水面曲线的类型 ............................................................................................................ 11 (2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线 ............................................................................ 12 （3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定 ......................................................................................... 13
四．消能防冲设计 .................................................................................................................................. 15
1. 挑坎尺寸及参数拟定...................................................................................................................... 15 （1）鼻坎高程：......................................................................................................................... 15 （2）反弧半径R: ........................................................................................................................ 15 （3）挑射角度：......................................................................................................................... 15 2. 挑距离计算 ..................................................................................................................................... 15 3. 最大冲刷坑深度 T计算 ................................................................................................................. 17
（1）最大冲坑水垫厚度tk ......................................................................................................... 17
五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图 .............................................................................................. 18
侧槽溢洪道设计计算
一．设计基本资料：
某大（2）型水库，正常蓄水位为30m， 设计洪水位为32m， （相应泄流量为150 m3/s ），校核洪水位33.43m，（相应下泄流量为210m3/s）。 该地区最大风速的多年平均值为16.9m/s。坝肩山头较高，岸坡较陡。布置溢洪道泄槽处山坡坡度约为1:4，泄槽水平投影约65m，泄槽宽8m。该地区地震基本烈度为Ⅵ 度。地表全为风化粉砂岩，基岩为寒武系八村组粉砂泥岩强风化层。强风化层地基承载力标准值可取500 kPa。
二．侧槽的设计（尺寸及参数拟定）
1. 计算侧槽堰长L
用堰流公式
侧堰采用WES型实用堰，如图1所示，流量系数m=0.502 (查《水力学》P206页
)
堰顶高程P与正常蓄水位等高，即P=30 m ， (1) 工况一：
设计洪水位H设=32 m ,相应下泄流量Qmax=150 m3/s 堰顶水头
所以堰长
(2) 工况二：
校核洪水位H校 = 33.43 m ,相应下泄流量Qmax =150 m3/s 堰顶水头
所以堰长
经比较，堰长采用工况一 设计洪水位的，故堰宽L=23.85 m
2. 侧槽底纵坡i0 拟定
侧槽槽底纵坡拟定 i0=0.1 （参考 课本P106 页）。
3. 侧槽的横断面形式与尺寸
泄槽宽为8 m ,所以侧槽末端断面底宽bl 取8m ,侧槽起始断面底宽
。
侧槽靠岸一侧边坡采用m1=0.5 , 靠溢流堰一侧取 m2=0.4 （形式见 图2）。
4. 侧槽各断面槽底高程计算
为使水流平顺进入泄槽，需在侧槽末端设置水平调整段与泄槽连接，并在调整段末端设置控制断面。 (1) 计算控制断面临界水深 hk
调整段为梯形断面到矩形断面的渐变段，末端与泄槽断面一样为底宽为8m的矩形断面。 临界水深 hk =
(查《水力学》P154页)
α=1.0 ，单宽流量
（ α为动能修正系数，取
），
故
(2) 计算侧槽末端水深 hl
用控制断面的临界水深 hk = 3.297 m 计算侧槽末端水深 hl hl
=(1.2~1.5)hk
,
用
内
插
法
计
算
，
, 故 hl = 1.32 hk =1.32×3.297
= 4.352 (m)
调整段长度为 3hk = 3×3.297 = 9.891 (m)（参考课本P107页）。
5. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程）
采用设计洪水位 H设 =32 m ，相应下泄流量 Qmax
= 150 L =23.85 m 。
(1) 确定控制断面坎高 d
,侧堰宽
{ vl
=
,
;
, ζ取0.2 }。
故
断面不设升坎。
(2) 计算侧槽各断面流量Qi
以侧槽末端断面为1-1断面往上游将侧槽等分为四段，即等分为5个
，所以控制
, 故
断面，推求各断面流量Qi ，如 图3所示：
各断面的流量
( 单宽流量
断面）的水平距离，计算结果列于 表1 中:
, Xi 为计算断面到侧槽始端（即5-5
为相邻两个计算断面的水平距离) 。
(3) 侧槽水面曲线推算
侧槽水面曲线推算是从侧槽末端断面（即1-1断面）的水深hl 向上游推算的，相邻两个断面的水深关系如下式：
(公式在课本P108页，
为相邻两计算断面的水面差)
见 图3 -相邻两断面水力计算示意图：
根据：
①
②
用试算的方法，先假设一个要推算的断面的水深 hi+1 ，由假设的水深计算该断面的面积 Ai 和断面流速 vi ，算出后代入②式计算得出一个
。
（注： Ri=Ai /Xi , Ri+1=Ai+1 /Xi+1 ,相邻两断面间流段的平均水力半径
; 流段的平均流速
均水力坡降将计算等到的
）
代入①式右边计算，若等式 左边=右边，则本次假设
, 槽底糙率取 n=0.015 , 流段平
的水深 hi+1 即为该断面的水深；若等式两边不等，则重新假设一个hi+1 ，
重复上述试算过程，直到等式两边相等为止。
下面以计算断面1-1与2-2断面为例，用上述的计算方法试算2-2断面的水深 h2 。已知1-1断面的水深 h1= hl =4.532 m ，假设2-2断面的水深 h2 = 4.1015 m , 经计算，②式中将
代
入
①
式 ,
右
边
计
算
，
得
出
，结
果与假设的水深 h2相等，故2-2断面的水深h2 =4.1015 m 。
其他相邻两断面的断面水深同样用①、②式以假设上游断面水深hi+1 来
试算，所有断面的水深 hi 试算结果列于“表2”的第2列中 :
(4) 侧槽各断面槽底高程的确定
侧槽起始断面为5-5断面，由“表2”的试算结果知其水深 h5 =4.1617 m ; 堰顶水头
,故侧堰始端最高点水位
定为 H1=0.5H0 + P =0.5×2+30=31（m） 。
所以侧槽始端（5-5断面）的槽底高程 H始 = H1–h5 = 31-4.1617=26.8383
（m）。
其他断面的槽底高程按槽底纵坡 i0 =0.1 确定，结果列于“表3”中,
三．泄槽的设计
1. 泄槽的形式及参数拟定
泄槽采用底宽为8m 的矩形断面，坡降为1:4 (泄槽的断面形式及尺寸见图 5 和图 6 )。
泄槽的水平投影长D=65 m ； 泄槽斜长
，由
，
。
；
泄槽竖直高度
2. 泄槽水面曲线的推算
(1) 判断水面曲线的类型
试算正常水深 h0 ,试算结果见 “表4” ;
根据 表4 的试算结果可知，当h0 =0.759 m 时，流量 宽流量
, 单
, 临界水深 hk =3.297 m , 所以h0 ＜ hk ,
判定水面为陡坡 b2 降水型曲线。
(2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线
取起始断面水深 h=hk =3.297m 开始向泄槽下游推算，L泄=67m ,
分为10个断面，用这些断面的水深推算相邻两断面间的流长
，最后的总流长
根据公式计算下列参数：
断面面积 A=bh , 断面流速
, 湿周 X=b+2h , 水力半径
水力比降 b=8 m ,
,
, 断面比能 , 谢才系数
, , , 其中
需等于L泄=67m 。
, 流段长度
, 坡度 i = 0.25 。
假设不同的水深进行试算，得其断面水深及两断面间的流长
试算过程及结果见 “表5”。
，
注意：当断面平均流速
水深的基础上设计边墙高。
（3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定
时，需考虑掺气水深
, 在掺气
h墙 =ha +A ( A为安全加高，取A=1m ) 所以墙高度计算按 h墙 =ha +1.5 计算 计算结果见“表5” ；
由 表5 计算的结果，泄槽边墙高度均做为距槽底4.8 m高。 泄槽的横断面形式：如“图 5 – 泄槽6-6横断面”所示：
四．消能防冲设计
本溢洪道所处地质条件一般，为节省消能防冲设施的工程投资，在泄槽末端采用挑流式消能。
溢洪道挑流鼻坎的形式采用连续式 （参考《水力学》P233页），挑流坎由连续面板与齿墙组成，挑流坎齿墙的结构形式用重力式（参考课
本P101页）。
1. 挑坎尺寸及参数拟定
（1）鼻坎高程：
下游河床高程为0 m , 挑坎顶部距下游河床4m ，即H坎 =4 m。
（2）反弧半径R:
R一般取（8~10）hc , 故取R=9hc ( hc 为反弧段最低点水深 )。
（3）挑射角度：
挑射角 θ=30°（较适当的挑射角为θ=15°～30°，当θ＜45° 时，θ
越大，空中挑距越大）
2. 挑距离计算
水舌挑距L 按下式计算：
坎顶水面流速v1 按鼻坎处平均流速v 的1.1倍计，即
（ H0 为水库水位至坎顶的落差）
h1 ----- 坎顶垂直方向水深，
( h 为坎顶平均水深 )；
h2 ----- 坎顶至河床面高差， 如冲坑已经形成，可算至坑底； φ ----- 堰面流速系数，可按经验公式计算
【注： K为流能比，
③ ；
, q为单宽流量，式③用于K=0.004~0.15
范围内，当K＞0.15时，取φ=0.95 ；（参考《水力学》P232页）】 。 (以故
，
;
,
=32-4=28 m , 所
,
取坎顶平均水深h 近似等于泄槽末端断面（10-10断面）的水深h10 =1.0207m
计
算
,
所
以
h=h10=1.0207m
，故
坎顶至河床面高差h2 =4 m 。)
所以水舌挑距
:
3. 最大冲刷坑深度 T计算
（1）最大冲坑水垫厚度tk 按下式估算：
式中 tk ----- 水垫厚度，自水面算至坑底； q ----- 单宽流量， H ----- 上下游水位差 ； K ----- 冲坑系数，取k=1.6 。 （ 单宽流量
，下游水位取为河床高程0 m , 所以
； k=1.6 。）
；
最大冲坑水垫厚度tk求得后，根据河床水深可求得最大冲刷坑深度 T ，T=
tk =16.478 m 。
计算过程及结果见 “表6”。
挑流消能安全与否可根据水舌挑距L 与最大冲坑深度 T 的比值L / T 来判断。一般认为：基岩倾角较陡时，要求L / T＞2.5 ；基岩倾角较缓时，要求L / T＞5.0 。
由 “表6” 的计算结果可知当挑射角θ=30° 时，L / T = 54.745 / 16.478 = 3.32 ＞2.5 , 所以满足挑流消能安全要求 。
侧槽溢洪道的纵剖面、泄槽的纵断面、横断面和挑流鼻坎的形式见“图 6 – 侧槽溢洪道-纵剖面图”。
五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图
侧槽溢洪道的各种剖面及其他图片见CAD图纸ce-01 “侧槽溢洪道各种剖面图-汇总” 。
侧槽溢洪道课程设计 luo mao xian
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侧槽溢洪道课程设计
学校：广东水利电力职业技术学院
班级：12水工3班 姓名：罗茂贤 学号：120310328
指导老师：李存
目录
一．设计基本资料： ............................................................................................................................... 2
二．侧槽的设计（尺寸及参数拟定） ................................................................................................ 2
1. 计算侧槽堰长L ................................................................................................................................. 2
(1) 工况一： .................................................................................................................................. 3 (2) 工况二： .................................................................................................................................. 3 2. 侧槽底纵坡i0 拟定 .......................................................................................................................... 4 3. 侧槽的横断面形式与尺寸 ................................................................................................................ 4 4. 侧槽各断面槽底高程计算 ................................................................................................................ 5
(1) 计算控制断面临界水深 hk ..................................................................................................... 5 (2) 计算侧槽末端水深 hl.............................................................................................................. 5 5. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程） ............................................................................ 6
(1) 确定控制断面坎高 d .............................................................................................................. 6 (2) 计算侧槽各断面流量Qi .......................................................................................................... 6 (3) 侧槽水面曲线推算 .................................................................................................................. 8 (4) 侧槽各断面槽底高程的确定 ................................................................................................ 10
三．泄槽的设计 ...................................................................................................................................... 11
1. 泄槽的形式及参数拟定 .................................................................................................................. 11 2. 泄槽水面曲线的推算...................................................................................................................... 11
(1) 判断水面曲线的类型 ............................................................................................................ 11 (2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线 ............................................................................ 12 （3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定 ......................................................................................... 13
四．消能防冲设计 .................................................................................................................................. 15
1. 挑坎尺寸及参数拟定...................................................................................................................... 15 （1）鼻坎高程：......................................................................................................................... 15 （2）反弧半径R: ........................................................................................................................ 15 （3）挑射角度：......................................................................................................................... 15 2. 挑距离计算 ..................................................................................................................................... 15 3. 最大冲刷坑深度 T计算 ................................................................................................................. 17
（1）最大冲坑水垫厚度tk ......................................................................................................... 17
五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图 .............................................................................................. 18
侧槽溢洪道设计计算
一．设计基本资料：
某大（2）型水库，正常蓄水位为30m， 设计洪水位为32m， （相应泄流量为150 m3/s ），校核洪水位33.43m，（相应下泄流量为210m3/s）。 该地区最大风速的多年平均值为16.9m/s。坝肩山头较高，岸坡较陡。布置溢洪道泄槽处山坡坡度约为1:4，泄槽水平投影约65m，泄槽宽8m。该地区地震基本烈度为Ⅵ 度。地表全为风化粉砂岩，基岩为寒武系八村组粉砂泥岩强风化层。强风化层地基承载力标准值可取500 kPa。
二．侧槽的设计（尺寸及参数拟定）
1. 计算侧槽堰长L
用堰流公式
侧堰采用WES型实用堰，如图1所示，流量系数m=0.502 (查《水力学》P206页
)
堰顶高程P与正常蓄水位等高，即P=30 m ， (1) 工况一：
设计洪水位H设=32 m ,相应下泄流量Qmax=150 m3/s 堰顶水头
所以堰长
(2) 工况二：
校核洪水位H校 = 33.43 m ,相应下泄流量Qmax =150 m3/s 堰顶水头
所以堰长
经比较，堰长采用工况一 设计洪水位的，故堰宽L=23.85 m
2. 侧槽底纵坡i0 拟定
侧槽槽底纵坡拟定 i0=0.1 （参考 课本P106 页）。
3. 侧槽的横断面形式与尺寸
泄槽宽为8 m ,所以侧槽末端断面底宽bl 取8m ,侧槽起始断面底宽
。
侧槽靠岸一侧边坡采用m1=0.5 , 靠溢流堰一侧取 m2=0.4 （形式见 图2）。
4. 侧槽各断面槽底高程计算
为使水流平顺进入泄槽，需在侧槽末端设置水平调整段与泄槽连接，并在调整段末端设置控制断面。 (1) 计算控制断面临界水深 hk
调整段为梯形断面到矩形断面的渐变段，末端与泄槽断面一样为底宽为8m的矩形断面。 临界水深 hk =
(查《水力学》P154页)
α=1.0 ，单宽流量
（ α为动能修正系数，取
），
故
(2) 计算侧槽末端水深 hl
用控制断面的临界水深 hk = 3.297 m 计算侧槽末端水深 hl hl
=(1.2~1.5)hk
,
用
内
插
法
计
算
，
, 故 hl = 1.32 hk =1.32×3.297
= 4.352 (m)
调整段长度为 3hk = 3×3.297 = 9.891 (m)（参考课本P107页）。
5. 侧槽水力计算（推算各断面水深及槽底高程）
采用设计洪水位 H设 =32 m ，相应下泄流量 Qmax
= 150 L =23.85 m 。
(1) 确定控制断面坎高 d
,侧堰宽
{ vl
=
,
;
, ζ取0.2 }。
故
断面不设升坎。
(2) 计算侧槽各断面流量Qi
以侧槽末端断面为1-1断面往上游将侧槽等分为四段，即等分为5个
，所以控制
, 故
断面，推求各断面流量Qi ，如 图3所示：
各断面的流量
( 单宽流量
断面）的水平距离，计算结果列于 表1 中:
, Xi 为计算断面到侧槽始端（即5-5
为相邻两个计算断面的水平距离) 。
(3) 侧槽水面曲线推算
侧槽水面曲线推算是从侧槽末端断面（即1-1断面）的水深hl 向上游推算的，相邻两个断面的水深关系如下式：
(公式在课本P108页，
为相邻两计算断面的水面差)
见 图3 -相邻两断面水力计算示意图：
根据：
①
②
用试算的方法，先假设一个要推算的断面的水深 hi+1 ，由假设的水深计算该断面的面积 Ai 和断面流速 vi ，算出后代入②式计算得出一个
。
（注： Ri=Ai /Xi , Ri+1=Ai+1 /Xi+1 ,相邻两断面间流段的平均水力半径
; 流段的平均流速
均水力坡降将计算等到的
）
代入①式右边计算，若等式 左边=右边，则本次假设
, 槽底糙率取 n=0.015 , 流段平
的水深 hi+1 即为该断面的水深；若等式两边不等，则重新假设一个hi+1 ，
重复上述试算过程，直到等式两边相等为止。
下面以计算断面1-1与2-2断面为例，用上述的计算方法试算2-2断面的水深 h2 。已知1-1断面的水深 h1= hl =4.532 m ，假设2-2断面的水深 h2 = 4.1015 m , 经计算，②式中将
代
入
①
式 ,
右
边
计
算
，
得
出
，结
果与假设的水深 h2相等，故2-2断面的水深h2 =4.1015 m 。
其他相邻两断面的断面水深同样用①、②式以假设上游断面水深hi+1 来
试算，所有断面的水深 hi 试算结果列于“表2”的第2列中 :
(4) 侧槽各断面槽底高程的确定
侧槽起始断面为5-5断面，由“表2”的试算结果知其水深 h5 =4.1617 m ; 堰顶水头
,故侧堰始端最高点水位
定为 H1=0.5H0 + P =0.5×2+30=31（m） 。
所以侧槽始端（5-5断面）的槽底高程 H始 = H1–h5 = 31-4.1617=26.8383
（m）。
其他断面的槽底高程按槽底纵坡 i0 =0.1 确定，结果列于“表3”中,
三．泄槽的设计
1. 泄槽的形式及参数拟定
泄槽采用底宽为8m 的矩形断面，坡降为1:4 (泄槽的断面形式及尺寸见图 5 和图 6 )。
泄槽的水平投影长D=65 m ； 泄槽斜长
，由
，
。
；
泄槽竖直高度
2. 泄槽水面曲线的推算
(1) 判断水面曲线的类型
试算正常水深 h0 ,试算结果见 “表4” ;
根据 表4 的试算结果可知，当h0 =0.759 m 时，流量 宽流量
, 单
, 临界水深 hk =3.297 m , 所以h0 ＜ hk ,
判定水面为陡坡 b2 降水型曲线。
(2) 用分段求和法计算水深，推算水面曲线
取起始断面水深 h=hk =3.297m 开始向泄槽下游推算，L泄=67m ,
分为10个断面，用这些断面的水深推算相邻两断面间的流长
，最后的总流长
根据公式计算下列参数：
断面面积 A=bh , 断面流速
, 湿周 X=b+2h , 水力半径
水力比降 b=8 m ,
,
, 断面比能 , 谢才系数
, , , 其中
需等于L泄=67m 。
, 流段长度
, 坡度 i = 0.25 。
假设不同的水深进行试算，得其断面水深及两断面间的流长
试算过程及结果见 “表5”。
，
注意：当断面平均流速
水深的基础上设计边墙高。
（3）泄槽陡坡段边墙高h墙 的确定
时，需考虑掺气水深
, 在掺气
h墙 =ha +A ( A为安全加高，取A=1m ) 所以墙高度计算按 h墙 =ha +1.5 计算 计算结果见“表5” ；
由 表5 计算的结果，泄槽边墙高度均做为距槽底4.8 m高。 泄槽的横断面形式：如“图 5 – 泄槽6-6横断面”所示：
四．消能防冲设计
本溢洪道所处地质条件一般，为节省消能防冲设施的工程投资，在泄槽末端采用挑流式消能。
溢洪道挑流鼻坎的形式采用连续式 （参考《水力学》P233页），挑流坎由连续面板与齿墙组成，挑流坎齿墙的结构形式用重力式（参考课
本P101页）。
1. 挑坎尺寸及参数拟定
（1）鼻坎高程：
下游河床高程为0 m , 挑坎顶部距下游河床4m ，即H坎 =4 m。
（2）反弧半径R:
R一般取（8~10）hc , 故取R=9hc ( hc 为反弧段最低点水深 )。
（3）挑射角度：
挑射角 θ=30°（较适当的挑射角为θ=15°～30°，当θ＜45° 时，θ
越大，空中挑距越大）
2. 挑距离计算
水舌挑距L 按下式计算：
坎顶水面流速v1 按鼻坎处平均流速v 的1.1倍计，即
（ H0 为水库水位至坎顶的落差）
h1 ----- 坎顶垂直方向水深，
( h 为坎顶平均水深 )；
h2 ----- 坎顶至河床面高差， 如冲坑已经形成，可算至坑底； φ ----- 堰面流速系数，可按经验公式计算
【注： K为流能比，
③ ；
, q为单宽流量，式③用于K=0.004~0.15
范围内，当K＞0.15时，取φ=0.95 ；（参考《水力学》P232页）】 。 (以故
，
;
,
=32-4=28 m , 所
,
取坎顶平均水深h 近似等于泄槽末端断面（10-10断面）的水深h10 =1.0207m
计
算
,
所
以
h=h10=1.0207m
，故
坎顶至河床面高差h2 =4 m 。)
所以水舌挑距
:
3. 最大冲刷坑深度 T计算
（1）最大冲坑水垫厚度tk 按下式估算：
式中 tk ----- 水垫厚度，自水面算至坑底； q ----- 单宽流量， H ----- 上下游水位差 ； K ----- 冲坑系数，取k=1.6 。 （ 单宽流量
，下游水位取为河床高程0 m , 所以
； k=1.6 。）
；
最大冲坑水垫厚度tk求得后，根据河床水深可求得最大冲刷坑深度 T ，T=
tk =16.478 m 。
计算过程及结果见 “表6”。
挑流消能安全与否可根据水舌挑距L 与最大冲坑深度 T 的比值L / T 来判断。一般认为：基岩倾角较陡时，要求L / T＞2.5 ；基岩倾角较缓时，要求L / T＞5.0 。
由 “表6” 的计算结果可知当挑射角θ=30° 时，L / T = 54.745 / 16.478 = 3.32 ＞2.5 , 所以满足挑流消能安全要求 。
侧槽溢洪道的纵剖面、泄槽的纵断面、横断面和挑流鼻坎的形式见“图 6 – 侧槽溢洪道-纵剖面图”。
五、附图- 侧槽溢洪道的各种剖面图
侧槽溢洪道的各种剖面及其他图片见CAD图纸ce-01 “侧槽溢洪道各种剖面图-汇总” 。
侧槽溢洪道课程设计 luo mao xian
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2014-06-14
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