溢洪道设计规范SDJ341-89编制说明.doc

溢洪道设计规范SDJ34189编 制 说 明前 言 溢洪道设计规范SDJ341-89系根据原水利电力部水利水电规划设计院（83）水规设字第23号文通知进行编制的。 本规范组织编写者：水利水电规划设计院 本规范主编单位：原水利电力部中南勘测设计院 本规范参编单位：原水利电力部北京勘测设计院 陕西省水利水电勘测设计院 参加本规范专题研究单位：水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、陕西省水科所、武汉水利电力学院、河海大学、北京水利电力经济管理学院、天津大学、长江水利委员会、西北勘测设计院、天津勘测设计院及湖北省水利勘测设计院。 规范的编制工作自1984年7月召开分工协调会到1989年元月完成规范报批稿，历时四年半。编制工作大体分三个阶段，兹分述如下： 第一阶段 准备工作 1984年7月5日至9日，由原水利电力部水利水电规划设计院和中南勘测设计院共同主持召开分工协调会，讨论通过规范编制提纲；协商各单位分工、工作计划和成果提交时间。 第二阶段 调研及编写专题报告 1984年8月1985年9月，各规范和专题编制单位组织力量进行调研工作。 1985年11月5日至11日，由原水利电力部水利水电规划设计院和中南勘测设计院共同主持召开专题讨论会，专题内容涉及到溢洪道设计的各个方面，所附资料充实。各专题报告基本总结了新中国成立以来大、中型溢洪道工程设计的经验，并吸取了国外有关工程的经验。 第三阶段 规范编制 1985年12月至1987年元月编制规范初稿。1987年2月17日至23日由原水利电力部水利水电规划设计院和中南勘测设计院共同主持召开溢洪道设计规范(初稿)审查会，对各章中的主要问题进行了充分讨论，对条文修改提出了具体意见；并认为规范的编制工作比较认真，为提出(送审稿)创造了有利条件。 1987年3月至12月编制送审稿。1988年10月6日至12日由原水利电力部水利水电规划设计院主持召开溢洪道设计规范(送审稿)审查会，对规范进行逐条修改，在讨论时认真考虑和研究了历次会议对规范的修改意见。 1988年11月要1989年元月编制报批稿。1988年12月15日至17日由原水利电力部水利水电规划设计院主持召开溢洪道设计规范(报批稿)审查会，再次对规范进行了逐条讨论修改。 本规范包括正文六章180条，附录六个(附录二、四为参考附录)。中南勘测设计院负责编写第一章“总则”、第二章“溢洪道布置”、第三章“水力设计”、第六章“观测设计”及附录一“水力设计计算公式”、附录二“高速水流区的防空蚀设计”、附录四“常用参数表”、附录五“水力观测设计”、附录六“本规范用词说明”等。北京院负责编写第四章“建筑物结构设计”及附录三“荷载计算”。陕西省院负责编写第五章“地基及边坡处理”。并由中南院负责全稿的整编、修改和补充工作。 本编制说明，主要是对规范的一些条文作必要的解释，并简要的阐述使用这些条文时应该注意的问题。有关附录的说明结合条文解释进行编制。 溢洪道设计规范SDJ341-89的编制工作是在水利水电规划设计院直接领导下，在各兄弟单位的密切协作和参编单位的有关同志的共同努力下完成的，谨向各单位领导和同志们表示衷心地谢意。 溢洪道设计规范SDJ341-89在国内是第一次编制，虽经编制组尽最大努力但仍难免存在一些不足之处，敬请广大读者和有关领导批评指正。溢洪道设计规范编制组1989年5月第一章 总则 第1.0.11.0.3条 根据原水利电力部1984年指示，本规范适用范围为大、中型溢洪道工程。在编制提纲讨论会上还确定：规范内容以河岸式溢洪道的设计为主，兼顾厂顶溢流、厂前挑流及泄洪隧洞出口的水力设计。泄洪隧洞洞身部分在水工隧洞设计规范(SD13484)已有明确规定。厂顶溢流及厂前挑流本规范仅涉及水力设计部分，有关布置、结构设计等属水电站厂房设计规范(SD335-89)范围。 本规范规定适用于大、中型工程中岩基上的1、2、3级溢洪道的设计；对4、5级溢洪道设计可参照使用。非岩基上的大、中型溢洪道的实践经验不多，暂未纳入本规范。对于特殊重要的工程，有其特殊问题，设计时应进行专门研究，制定补充条例。 本规范与其它标准和规范的关系，除在本规范有关条文中明确指出者外，凡有密切联系的，均应遵守。在应用其它规范时，应以最新颁发的版本为准。 第1.0.4条 泄洪建筑物采用的洪水标准分为设计和校核洪水标准，根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(SDJ1278)及其补充规定按建筑物级别规定；一级建筑物采用500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核；二级建筑物采用百年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核；三级建筑物采用50年一遇洪水设计，500年一通洪水校核。 根据我国98个工程的统计，绝大部分历史调查洪水的重现期介于50500年之间；其中以汉水安康站1583年记载的40000m3/s为最大，相当于900年一遇。对上述98个工程洪水重现期的站-年(假定每个工程若有Ni年的年最大洪峰流量的记录，则认为该工程有Ni个站一年)统计分析表明，大于200年一遇的洪水，其相应出现的机率小于0.79%；根据目前收集到的资料大于1000年一遇的洪水还没有出现过。 黄河陕县站自1765年以来200多年记载的年最大流量的年实际变化，具有明显的周期性，其主周期长度有2年，2223年和100年。由此可见，洪水的周期或重现期是有限的。 对我国已建297个大型工程可能最大泄量与设计泄量的比值统计分析也说明，其比值介于0.91.0之间的工程只有2个，仅占总数的0.68%；半数以上(167个)工程的比值介于0.10.5之间，占总数的57.19%，实际上，工程运行多年从未泄放洪水的例子也不少。对山东省168个大中型工程统计的460个实际年最大洪量的重现期小于2年的有453个，占总数的98.48%。 由上可见，绝大部分工程可能最大泄量，约相当于220年一遇的洪水流量；将千年一遇的洪水作为罕遇洪水的实用极限频率可以认为是合理的。 与国外规范规定的标准比较，美国垦务局对设计中采用的最高设计水位相当于标准工程洪水，取用最大可能洪水的40%60%；如果最大可能洪水相当于万年一遇洪水，则前者相当于200年，后者相当于800年一遇洪水。日本坝工设计规范(1978年第二次修订版)对混凝土坝的设计洪水流量，按下述三种流量中最大者确定；按200年一遇频率推算的洪水流量；实测或计算的坝址处历史最大洪水流量；或以邻近流域发生最大洪水时的实测资料移用于本流域而算得的坝址处洪水流量。填筑坝的设计洪水流量按混凝土坝算得的洪水流量增加20%。该规范同时指出100年一遇的洪水流量常常作为计算超高水位和设计溢洪道的设计流量。南非沿用的设计洪水标准混凝土坝为100年一遇洪水，土石坝为200年一遇洪水。 对于泄洪建筑物的消能防冲设施，因稀遇洪水出现的机率很少，持续时间很短，按水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(SDJ12-78)规定的泄洪标准设计则偏高。同时，挡水建筑物的挡水标准和枢纽的泄流能力与泄洪建筑物的消能防冲设施标准应有所区别。前者涉及大坝及整个工程的安全，要求有较高的标准，后者只要不危及大坝和主要建筑物的安全，其本身防护标准可以适当降低。对布置在岸边或垭口的河岸式溢洪道，较之河床泄洪建筑物，其消能防冲设施一般离大坝和主要建筑物较远，消能防冲标准更宜适当降低。 根据我国设计和运行经验，富春江、西津、黄坛口等工程均以中、小洪水流量控制消能建筑物的设计。西津水电站设计洪水100年一遇23100m3/s，校核洪水1000年一遇31400m3/s。自1961年4月运行25年来，年年过水，其中大部分年份的泄量为70009000m3/s，少数年份的泄量超过10000m3/s，1974年发生一次较大洪水，最大泄量13500m3/s，相当于5年一遇洪水。其试验资料和运行实际情况都说明，控制下游消能防冲的洪水流量为8000m3/s，此时大坝泄流的水势最为汹涌，下游岸坡波浪爬高2m以上。当下泄流量在6000m3/s以下及10000m3/s以上时，水势与波浪的作用都要比泄流量为8000m3/s时缓和得多。同时，对河床的冲刷和坝址的淘刷，根据试验资料与下泄流量也有一定的关系。当流量为1370m3/s和2010m3/s时，产生远驱式水跃，距坝轴57m处最大底部流速高达17.65m/s和18.2m/s。当流量为5190m3/s和6610m3/s时，坝址底部最大横向流速高达8.09m/s和9.56m/s。 国外不少工程消能防冲设计的洪水标准低于泄洪设计标准，如日本的野田和五和坝，其消能防冲设计流量分别为泄洪设计流量的77%和51%，美国德沃歇克坝仅为泄洪设计流量的21%。国内在建的石塘、五强溪和隔河岩工程，其下游护坦的设计考虑了修复措施，均降低了设计标准。广东省大隆洞水库溢洪道按500年一遇洪水设计，其消能防冲的设计洪水为100年一遇。 混凝土重力坝设计规范(SDJ2178)的补充规定第2条，对消能防冲设计的洪水标准，原则上明确规定可低于大坝的泄洪标准。美国垦务局编写的坝工设计手册指出，若因泄洪使坝及其附属建筑物遭到某种程度的损坏，但并不造成下游灾害时，则认为罕遇洪水未必有发生的可能，而宁可不增加坝及附属建筑物的投资来增加安全度。这一原则与混凝土重力坝设计规范(SDJ2178)的补充规定第2条，是颇相符合的。 我国17个典型工程的平均最大泄量 与各级洪水流量(100、50或30年一遇)的比值统计如下： =0.39Q100； =0.47Q50； =0.54Q30。 根据国内283个大、中型工程的统计资料，入库洪水经水库调蓄后出、入库洪水的平均比值在0.56左右，则分别以100年、50年及30年一遇洪水作为消能防冲设计的洪水标准，其出库洪水流量将分别为0.56Q100、0.56Q50和0.56Q30，与上述17个工程的平均最大泄量相比，显然均具有相当的安全裕度。 我国绝大多数工程都存在着集中开启少数闸孔泄洪的弊病，其结果是使实际单宽流量远超过设计单宽流量，有时可高达23倍。由此增加对下游的冲刷破坏，尚未见到出现危及大坝及其它挡水建筑物安全的先例。 国内外有相当数量的中小型工程未设消能设施，颇类似于先冲后护的原则，且已在工程实践中行之有年，也未因此危及大坝安全，经济效益则显而易见。对降低消能防冲标准来讲，这也是一个值得借鉴的经验。 根据宏观风险分析资料，消能防冲设施可能出现的超载流量为原设计流量的1.0732.014倍。前述因开启少数闸孔集中泄洪的运行情况，证明在此超载范围内其下游冲刷破坏也不致危及大坝安全。并且，若引进风险概念，以工程为100年寿命作基础，则千年一遇洪水的风险率为9.5%，小于10%，是一个可供一、二级建筑物考虑的风险水平。 因此，本规范明确规定消能防冲设计的洪水标准：一级建筑物按100年一遇洪水设计；二级建筑物按50年一遇洪水设计；三级建筑物按30年一遇洪水设计。同时，还明确规定对低于消能防冲标准的洪水，应保证工程的安全和正常运行。 消能防冲的校核洪水标准，由于各个工程的地形、地质条件及枢纽布置千差万别，泄洪建筑物运行对大坝及其它主要建筑物安全的影响程度也不相同，并考虑到本问题的研究论证工作尚不尽完善，故暂时难以明确推荐其校核标准。 因此，本规范规定应视需要采用超过消能防冲设计标准的洪水进行校核。此时消能防冲建筑物允许出现局部破坏，但不得危及大坝及其它主要建筑物安全或长期影响枢纽运行，并易于修复。有的河岸式溢洪道距离大坝及其它主要建筑物较远，其消能防冲设施的局部破坏对枢纽的安全运行没有影响，就不需要进行校核。 总之，消能防冲建筑物的校核洪水标准可根据枢纽布置及泄洪对枢纽安全运行的影响程度具体选定。可根据消能防冲建筑物的局部破坏对大坝及其它挡水建筑物安全的影响程度，采用超过消能防冲设计标准的洪水进行校核；当消能防冲建筑物的局部破坏危及大坝及其它挡水建筑物安全时，应采用大坝及挡水建筑物的校核洪水标准进行校核。 第1.0.5条 水利枢纽通常由大坝、泄水建筑物、引水建筑物、电厂厂房所组成，在通航河流上，还须设置船闸或升船设施；在另外一些河流上还可能要有灌溉、筏道、鱼道等建筑物。在进行枢纽布置时，应根据地形、地质条件、水文特性、河道特性及施工条件等诸因素综合考虑，在确保大坝安全的前提下，达到经济、合理、实用和高效益的目的。枢纽总体设计要着重考虑泄水建筑物布置的影响，对河谷狭窄或土石坝枢纽，更应强调泄洪布置的重要性，以达到枢纽协调布置的目的。 枢纽布置的泄洪方式包括：坝面溢流、坝顶溢流、坝体孔口泄流、隧洞泄洪及溢洪道泄流等；泄洪建筑物的布置可采取单一或多种组合方式进行比较，本条提出应根据枢纽的运用条件合理确定分散或集中布置的原则。 对于河谷狭窄的枢纽，本条指出其泄洪消能的设计，应对其布置和体型进行合理选择，使下泄水流纵、横向拉开，或采用对冲消能等方式，以避免下泄水流对河床和岸坡造成严重冲刷以及河道淤积，保证其它建筑物的正常运行。 第1.0.6条 本条强调采用非常溢洪道的布置，首先应具备有利的地形、地质条件。同时强调了采用这种布置，应比较论证其技术上的可行性和经济上的合理性。上述两点，是采用这种布置的前提条件。 当校核洪水流量超过设计泄量很多，以及采用的设计洪水流量很大而罕遇时，尤其是对当地材料坝，修建非常溢洪道来分担稀遇洪水的宣泄，常常是经济的。非常溢洪道措施主要包括：开敞式非常溢洪道和自溃坝式非常溢洪道等。 澳大利亚维多利亚地区三座坝的洪峰流量及所设计的溢洪道最大流量如表1.0.6-1所示。由该表可知，如按N=1000(年)设计溢洪道，则其总宣泄能力中至少75%可能在这些坝的使用寿命中始终用不上。在溢洪道的长时期内的全部泄量中，以较低流量下泄的占大部分。表1.0.6-1 N=100及N=1000洪水及溢洪道流量工程名称最大洪峰(m3/s)溢洪道最大流量(m3/s)比率/比率/N=100(年)洪水N=1000(年)洪水N=100(年)洪水N=1000(年)洪水图拉罗普埃帕诺克尼拉柯铁850187068042507360283028043051025505660261020%25%24%11%8%19% 可见，溢洪道泄流能力的大部分可能从来不用，但是造价是相当高的。这充分说明了配置一个以上且标准不同的溢洪道的合理性。根据澳大利亚五座大坝的经济比较资料，采用主、辅溢洪道比采用单一溢洪道的造价可降低20%50%。 我国已建溢洪道的运行经验也表明，绝大部分工程的泄量远低于设计标准，而且有的工程建成以来尚未泄放过洪水。同样，溢洪道的造价也是相当高的。据河北省15座水库统计，土石坝的投资平均占总投资的60%，泄水建筑物约占23%。像黄壁庄、庙宫水库泄洪建筑物的投资等于或超过了大坝的投资。而辽宁省修建自溃坝式非常溢洪道的经验，其投资可降低40%60%。 国内外修建非常溢洪道的工程实例很多，如我国大伙房水库，主坝为粘土心墙砂壳坝，高49.2m。有岸边主溢洪道，第一和第二自溃坝式非常溢洪道。右岸开敞式主溢洪道，分5孔，弧形门尺寸10.4m7m，最大泄量5090m3/s。漫顶式第一非常溢洪道位于右岸主溢洪道右侧，最大泄量4730m3/s。引冲式第二自溃非常溢洪道，位于第一漫顶非常溢洪道右侧山坳处，万年一遇洪水启用，最大泄量6075m3/s。巴基斯坦塔贝拉工程土石坝最大坝高105m，左岸岸边布置两座表面溢洪道。正常溢洪道宣泄常遇洪水，进口安装7孔15.3m17.7m的弧形闸门，最大泄量18400m3/s，辅助溢洪道进口安装9孔同样的闸门，只在特大洪水或主溢洪道检查时启用，最大泄量23800m3/s。 本规范还规定正常溢洪道在布置和运用上可分为主、副溢洪道，必须强调指出的是：主、副溢洪道的布置只有在有条件时，经过技术经济比较论证后才允许采用。主溢洪道宣泄常遇洪水。 关于正常溢洪道(包括主、副溢洪道)和非常溢洪道，其定义和功能关系见下面框图。 主溢洪道宣泄常遇洪水，其标准应根据地形、地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特性及对下游的影响等因素确定；由于我国各地的自然条件和工程特性的差异，难以确定一个具体的标准，只能给定一个范围供设计者选择。本规范认为主溢洪道设计的常遇洪水标准，可在20200年一遇洪水范围内选定。 非常溢洪道的启用标准应根据其工程条件确定。自溃坝式非常溢洪道一般情况下，当库水位达到设计洪水位以后即可启用；当自溃坝启溃泄洪时，将造成枢纽工程的较大破坏或下游地区的较大损失时，宜采用较高的启溃标准；若适当提高标准对水库最高洪水位影响不大，可采用较高的启溃标准；自溃坝规模较大时，宜采用分级分段启用的方式，避免加重下游的损失。 对开敞式非常溢洪道，其标准可低于或等于设计泄流能力。苏联的设计趋势，主泄水建筑物按50200年一遇的洪水设计；澳大利亚维多利亚州规定正常溢洪道按70250年一遇洪水设计；美国小坝设计认为正常溢洪道可按25100年一遇洪水设计。我国尚缺乏这方面的经验，在设计非常溢洪道的启用标准时，可根据工程实际条件并参考上述国外经验比较选定。 副溢洪道和非常溢洪道在稀遇洪水时才启用，因此其运行机会很少，则可采用较简易的结构，以获得全面综合的经济效益。根据国内外的工程经验，此类溢洪道的泄槽可不衬砌，又无需设置消能设施，且行洪过水后，其修复费用也很低。美国陆军工程兵团的(溢洪道和泄水道的结构设计手册1）212条对此有明确的规定。我国水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(SDJ12-78)第14条也规定了非常泄洪设施简化的原则。但是，任何溢洪道的泄流能力不得降低，以免危及大坝安全。因此，溢洪道控制段的设计不能降低标准，运行中其控制段需保证完整无损。 为防止水库泄洪造成下游的严重破坏，本条规定非常溢洪道启用时，水库最大总下泄量不应超过坝址同频率的天然洪水。 注：1）美国陆军工程兵团溢洪道及泄水道结构设计手册(工程手册，FM11102400)，1964年2月。 第1.0.71.0.9条 强调设计溢洪道时，应认真分析研究各项基本资料，尤应着重对水文地质和工程地质条件进行研究，它往往是溢洪道工程设计成败的关键性因素之一。 对大型或水力学条件较复杂的中型工程的溢洪道，强调其布置的合理性、体型及尺寸、流态等水力现象均应经水工模型试验确定。 还指出应积极慎重地采用新技术，以获得较好的经济效益，使设计工作不断创新。第二章 溢洪道布置第一节 一般原则 第2.1.1条 进水渠的主要功能是进水，也还有调整水流均匀的作用。为了避免与引水式电站或其它引水建筑物混淆，故采用进水渠的名称。控制段主要是控制泄量，包括控制堰(闸)及其与两岸的连接建筑物。泄槽是用以宣泄洪水。消能建筑物是用以耗散水流能量、连接上下游水流。在水流不能直接泄入原河道而造成危害时，常采用出水渠加以连接。进水渠和出水渠是根据地形条件来布置的，有些工程不一定设置。控制段、泄槽及消能设施则是每个溢洪道工程不可缺少的。 竖井式溢洪道等，在国内尚属少见，故未列入本规范条文。 第2.1.2条 本条强调根据自然条件等因素，在枢纽设计中综合考虑溢洪道的布置，以解决泄洪建筑物与其它建筑物在布置上的矛盾；它不仅是一个技术经济问题，也关系到工程的安全及正常运用。若处理不当将影响枢纽的正常运行，造成下游冲刷，甚至危及大坝及其它建筑物的安全。 正常、非常溢洪道(包括主、副溢洪道)一般情况下宜分开布置。当不具备有利的地形地质条件时，亦可集中布置或对同一溢洪道进行功能分区。苏联克拉皮文水利枢纽溢洪道采用区分功能布置方式，消力池尺寸大为减小。 自溃坝式溢洪道，必要时可采用分级分段启用的布置方式。浙江省南山水库自溃坝式溢洪道，用2m宽的混凝土隔墩将自溃坝分为三段，各段坝顶高程也不同，可自行分级启溃。除洪水特大时三级都投入使用外，有可能只启用一级或两级，则行洪后的修复工作量亦可减小。 第2.1.3条 溢洪道规模的确定是一个综合技术经济比较问题，而且涉及的面也较广。为了选择合适的布置型式及尺寸，要对可行的方案进行计算分析，因为在一定的洪水标准及入库流量下，由于水库的调蓄，溢洪道需要的泄洪能力随坝体的增高而减小，反之亦然；它与很多因素有关，不但关系到工程的安全、经济，也影响到工程的施工进度和工期。根据全国大、中型枢纽部分土石坝工程进行的统计(以河岸式溢洪道为主要泄洪建筑物)，将不同的计算情况按最大泄量( )与相应来量(Qp)之比，进行统计计算其百分比(见表2.1.3-1、表2.1.3-2)，以分析在大多数情况下的泄量范围。表2.1.3-1 设计情况共74个/Qp1.00.80.80.60.60.40.40.20.2以下工程数9917241574P：百分数12.212.22332.420.3表2.1.3-2 校核情况共102个/Qp1.00.80.80.60.6.0-40.40.20.2以下工程数1117263117102P：百分数1116.725.530.416.7 从表2.1.3可以看出： 以下的很少，而且在校核情况下有所下降，即绝大多数在0.2以上； 时，P为55%左右，两种情况基本相同，校核情况略有增加； 以上，P值在设计情况占24%，校核情况有所增加占28%左右，与0.20.6时的P值相比，降低近一半，而且大都为多种泄洪建筑物的组合泄洪方式。校核情况比设计情况的P值上升主要是有些工程设置了非常溢洪道的原因。 从以上的成果可以认为 /Qp=0.20.6较为合适；当为多种泄洪建筑物组成的联合泄洪方式时 /Qp值会大些；当有条件设置非常溢洪道时 /Qp值会更大，这样做可能符合安全和经济的原则，当然具体工程要通过具体设计及经济分析确定。 因此，本条对影响的因素及原则作了阐明，供设计者参考。 第2.1.4条 实际工程中采用坝肩溢洪道的枢纽较多，狭窄河谷的混凝土坝枢纽也采用这种布置。如西班牙阿尔坎塔拉工程大坝为130m高的混凝土双支墩大头坝，由于河谷狭窄，河床只能布置电站和3孔溢流坝(泄量为3100m3/s)，另在左岸坝肩布置4孔泄槽溢洪道(泄量为60008000m3/s)；又如伊朗礼萨沙卡比尔、西班牙阿尔曼德拉等工程。有些工程受地形限制采用坝身(顶)进水后接泄槽型式(一般称滑雪道)。如东江拱坝枢纽的左、右岸溢洪道、乌江渡拱形重力坝的泄洪孔等。 土石坝枢纽利用坝肩和坝头的有利地形修建溢洪道有工程量省、利用开挖料作为筑坝材料运距短等优点，是一般较常见的布置型式。 利用库岸通向下游的垭口修建溢洪道是比较经济而安全的，它也适用于各种坝型。如我国的梅山、佛子岭工程，大坝为连拱坝，利用垭口修建溢洪道；土石坝枢纽利用垭口修建溢洪道的工程实例就更多了，而且土石坝的坝顶高程往往受到垭口溢洪道的地形条件控制，其泄量可以根据地形条件达到很大程度(很大程度有两重含义：一是绝对值，一是与来水量之比的相对值)。 利用河道转弯凸岸适宜的山脊和台地布置溢洪道，也为各种坝型的枢纽所采用。在已建工程中，根据地形条件布置溢洪道，其泄洪容量可达相当可观的程度。如伊泰普工程主坝为双支墩大头坝，坝高196m，电站布置在主坝下游占据整个河槽，溢洪道设在右岸较平坦的山脊上，泄槽的位置和方向是通过经济比较和水工模型试验确定的，最大洪峰流量72000m3/s，溢洪道最大泄量62000m3/s。刘家峡电站坝高为147.0m的重力坝，坝下游河槽布置厂房，枢纽最大洪峰流量为10600m3/s，由河岸式溢洪道、中孔及隧洞联合泄洪，最大泄量8056m3/s，溢洪道布置在右岸紧接土坝的山脊上，3孔进水，其最大泄量为4200m3/s，水流通过收缩的泄槽，并采用斜切扭曲鼻坎使水流转向挑射入河道。 当两岸山坡陡峻，溢洪道进口可以沿岸坡等高线方向开挖，以增加溢流前沿长度；在堰顶高程一定时，仍可保持较大的泄流量，即采用侧槽式溢洪道布置。我国桃曲坡、横山、青山垄和桦树川等工程均采用侧槽式溢洪道，墨西哥的密格尔哈达尔哥(Miguel Hidalgo)堆石坝坝高86m，侧槽式溢洪道设计泄量16450m3/s。 第2.1.5条 溢洪道的地基应是稳定的，否则应采用工程处理措施。如江西柘林第一溢洪道设在右岸横切山体的大断层F7上盘的垭口，F7贯通水库内外倾向河床，倾角2745，断层面有一层0.10.3m的夹泥层，断层破碎带宽达3050m，且内含丰富的承压水，因此溢洪道山体稳定性较差，溢洪道轴线选摔时尽量使开挖后的地基面距断层面有较大的厚度。如采用挑流消能，上盘岩体将被切割，上游控制段山体会失去平衡，且使渗径缩短，渗透坡降增大，影响渗透稳定，估计有近2040万m3的断层破碎带将冲刷淤积于下游河道，影响下游航道及抬高电站尾水，故采用三级底流消能方案。整个F7上盘山体除下游压坡以提高山体静力稳定外，在防渗措施上采用上游设铺盖、帷幕灌浆，下游视情况设置反滤排水。 此外，岩层产状、地下水压力等均会影响边坡及建筑物的稳定。因此，溢洪道地基的稳定性还应结合岩层的产状及水文地质条件一并考虑，以保证工程安全和减少工程量。 第2.1.6条 溢洪道的轴线除考虑地形、地质条件外，从水力条件考虑其轴线一般宜为直线，因其流态稳定，实践经验较多。有时由于要满足河势的要求而需要转弯，也应尽量布置在进水渠或出水渠段内。如因地形条件限制，亦可在泄槽段内转弯，或者利用斜切鼻坎或其它异型鼻坎使水流转向，以减少工程量，如我国碧口、官厅、富水及鲁布革等溢洪道。 第2.1.8条 岸坡的稳定和防止泄洪对岸坡的冲刷是水利水电工程中经常遇到的问题，对于狭窄河谷的拱坝坝头稳定更是至关重要的问题。因此，拱坝枢纽坝肩溢洪道首先要考虑其布置不能削弱坝头的稳定，或者应进行认真处理以保证坝头稳定。消能后的水流对岸坡的冲刷、挑流消能的水舌直接冲刷岸坡或冲蚀河槽引起岸坡塌滑等而削弱拱座的稳定性，对于拱坝都是不允许的。混凝土拱坝设计规范(SD14585)在第2.1.4条中明确规定：枢纽各建筑物的布置应注意其对拱坝应力及稳定的影响。第3.2.1条中进一步规定，岸边式及隧洞式泄水建筑物的水力设计应符合有关规范的要求，其进口不宜太靠近拱座。 所以一般拱坝枢纽的河岸式溢洪道，在地形条件允许的情况下宜布置离拱座较远，如龙羊峡河岸式溢洪道设在右岸重力墩以右89.35m处。但是拱坝枢纽大多数河谷狭窄，坝头地势平坦者少见，故采用坝顶(坝身)进水后接泄槽的形式来解决布置上的矛盾者较常见，如阿尔曼德拉就是在左岸重力墩内进水。当开敞式溢洪道受地形条件限制需要靠近坝肩时，需要考虑保持坝肩稳定的措施。如伊朗的礼萨沙卡比尔工程的河岸式溢洪道设在左岸并靠近坝肩，为了保持拱座的稳定设置了高55m、长61m、宽30m的重力墩，以补偿溢洪道施工挖去的岩石。 对于溢洪道的纵坡布置也宜尽量少挖基岩，以免减少保持坝肩稳定的岩体重量。 第2.1.9条 本条主要阐述溢洪道布置中，按土石坝坝型特点应考虑的主要问题： 一、要求溢洪道运用灵活可靠。开敞式溢洪道超泄能力强，能较好地满足这一要求。由于地形条件限制，有时往往采用河岸开敞式溢洪道与隧洞联合泄洪的方式，如石头河、鲁布革、碧口等工程。 当布置开敞式溢洪道确有困难，造成工程量大或形成不稳定的高边坡，也可采用开敞式进口，后面接隧洞的泄洪方式。如冯家山泄洪道进口为开敞式，由1孔10m12.5m的弧门控制，后接明流隧洞，最大泄量1140m3/s。这祥既保留了开敞式的优点，又避免了其它的不利因素。 二、坝肩溢洪道与大坝相连接的挡墙(包括导墙、接头、泄槽、边墙等)应保证其安全可靠。挡墙与土坝的连接、溢洪道泄流对大坝的影响，常使人们对此非常担心，因而都要求河岸式溢洪道与土石坝在布置上要有相当的距离，以保证大坝的安全。我国60年代的土石坝设计规范就明确提到了这点。但这样作往往是困难的，而且要花费较大的代价。近20年来，有些布置在坝肩、紧靠大坝的溢洪道，用挡土墙与大坝相连，如我国的碧口和日本的高瀬等工程的溢洪道都是这种布置，这些挡墙修建在岸坡开挖的新鲜基岩上，要求做到坚固、稳定、不漏水。 因此，对于坝肩溢洪道可因地制宜布置，不必受过大限制。 第2.1.10条 溢洪道闸门的启闭设备及建筑物地基的抽排水设备，其工况正常是溢洪道安全运行的必备条件。因此，应设置备用电源，保证供电可靠。第二节 进水渠 第2.2.1条 进水渠的水流条件不仅影响泄量及控制段的均匀泄流，并影响泄槽的水流流态。因此，要求进水渠轴线方向宜进水顺畅，且前缘不得有阻碍进流的山头或建筑物，以便水流平稳、均匀入渠。对于多泥沙、小库容工程，还应考虑防沙防淤的措施。 根据地形条件及上游河势，进水渠设置弯道时需考虑渠内流速及渠道水深、水面宽度等因素，转弯半径由渠内流速控制，流速愈大，转弯半径也宜取大值。 弯道至控制段一般应有23倍水头的直线长度，以便将水流调整均匀平顺入堰。表2.2.1所列国内外几个工程的进水渠转弯半径与进水渠宽之比值一般约为4倍。表2.2.1 渠宽与转弯半径关系表工程名你国家渠宽(m)转弯半径(m)比值转角备注石头河中国陕西5.335.06.612柘林第一溢洪道中国江西66.61051.5829.5柘林第二溢洪道中国江西983924.0257孔马尔帕索墨西哥50(+70)2504.55与70m宽非常溢洪道共用引水渠波太基山加拿大54.61863.41423孔鲁布革中国云南301204.0402孔 进水渠一般为梯型断面，而控制段进口是矩形断面，因此，其间应设置渐变段连接过渡。 第2.2.2条 进水渠进口为适应不同的地形，应采用不同的体型以改善水流条件，使水流平稳入渠。 进水渠进口体型多为喇叭形，通过渐变段过渡与控制段的矩形断面(堰孔)相连接。当进口直接面临水库或紧靠大坝时，为避免产生涡流及横向流，大多在靠坝一侧设置导水墙，布置成拐弯式的喇叭形，导墙为直立墙，平面上呈规则的扭曲面、圆弧面或椭圆曲面。 如碧口溢洪道引水渠进口型式，为了减少石方开挖及混凝土工程量，右导墙做成一般的扭曲面与开挖坡面平顺光滑连接。左导墙做成椭圆扭曲扩散导墙，在任何一个水平面上，墙面曲线相同，均同样为两个不同长短轴的椭圆组成。大椭圆方程为 ，小椭圆方程为 ；由于轴心的变化，使小椭圆面形成10.4的斜面，这样整个墙面就形成了较符合水流条件的扭曲扩散面。又如巴西的佛士度爱利坝、加拿大的买卡坝、波太基山坝等的溢洪道进口也采用类似规则扭曲墙布置。 第2.2.5条 进水渠设置导墙时，采用八字型翼墙、有规则的扭曲面或圆弧面。渐变段体形应根据水流条件、控制堰型式和布置决定，常用的结构型式为弧形直立墙式和自上游起斜卧渐变为直立的扭曲墙式。其平面布置要求圆滑平顺，避免在进口前缘产生旋涡和回流。 直立墙式导墙的弧线曲率半径不宜过小，以保持良好的入流条件。根据国内外已建工程的经验，导墙顺水流长度均大于两倍水深。 导墙应高于泄洪最高水位，以免墙顶翻水形成横流，破坏渠道正常流态。 当与土石坝连接时，为避免因水流对坝趾稳定构成威胁，导墙长度应以挡住大坝坡脚为下限，如巴基斯坦曼格拉进水渠两则均有一个堆石堤(作导墙用)用以隔断接近溢流堰的横向流以及明槽中的波浪紊动。表2.2.5所列为国内几个工程导墙长度与渠内水深的关系。表2.2.5 国内几个工程导墙长度与渠内水深的关系工程名称渠内水深(m)导墙长度(m)L/H鲁布革碧口柘林24.9524.3122.70152左51.33右64.0左196.5右127.83左2.11右2.63左8.66右5.63第三节 控制段 第2.3.12.3.2条 控制段控制着溢洪道的泄流能力，主要包括溢流堰及闸门等控制设备，以及两岸连接建筑物。其轴线的选择应考虑下列因素： 一、满足建筑物对地基的强度、抗渗性及耐久性的要求，尽量减少地基的处理工程量。以往在工程建设中虽对这个问题比较慎重，但也是有教训的。如湖北省钟祥县温峡口水库原溢洪道建在断层交汇带上，基础岩石挤压破坏且风化严重，破碎带以断层泥为主，渗漏较严重，闸室有产生滑动的可能，19721974年曾对闸基进行水泥灌浆，但无效果。最后只得将原溢洪道废弃，并于左侧重建溢洪道。 二、条件许可时，宜将控制段布置在坝轴线上或附近。这样便于交通及两岸连接布置；并可使坝的防渗设施和控制段的防渗设施布置在一条直线上，以缩小防渗设施的长度。 对渗透水流的控制能力，是河岸式溢洪道安全运行的成败关键之一。堰(闸)与两岸连接建筑物的布置要便于防渗系统布置，使止水、防渗系统形成整体，并满足侧向防渗要求。防渗系统的布置要解决蓄水后地下水位抬高，库水经裂隙或构造面沿堰(闸)室底板自上游渗透到下游；沿坝肩侧向绕流以及沿边、导墙基础渗流，危及建筑物的稳定；并应防止水流通过挡水前缘及过水面缝隙渗入基础，造成建筑物的破坏等问题。 三、按第2.1.2条结合溢洪道的总布置考虑，综合满足进水渠、泄槽及消能建筑物等的布置要求。 第2.3.3条 溢洪道控制堰的剖面形式通常采用实用堰、宽顶堰和带胸墙的孔口。我们调查的60个工程中，控制堰为宽顶堰的占35%，控制堰为实用堰的占55%，只有少数几个采用带胸墙的孔口。 宽顶堰具有结构简单、施工方便等优点，但宽顶堰流量系数小泄量较小，一般在泄量小的工程中采用。对泄流量比较大的溢洪道，应尽量采用流量系数较大的实用堰。 带胸墙的孔口堰顶高程可以降低，在库水位较低时即可泄流，因而有利于提高水库的汛期限制水位；此外，其初始泄量大，闸门尺寸较小。但在高水位时，超泄能力不如开敞式溢洪道大。 第2.3.42.3.5条 由于闸门设计、制造和安装能力的限制，往往要用闸墩将溢流前缘长度分割成几段，以把闸门尺寸限制在合理范围内并便于分区控制泄流和增加操作运用的灵活性。闸墩的主要作用是间隔闸室、支承闸门推力和启闭设备、支承工作和交通桥梁等。闸墩体型设计的关链键在一头一层。头部主要影响侧向收缩，尾部主要影响下游流态。对闸墩设平面闸门门槽的部位，为满足结构强度和刚度的需要，应注意有足够的结构厚度。 凡下列情况可考虑将闸墩延长至泄槽内： 一、泄洪孔数较多，为运行方便、灵活，将整个泄槽分成几部分。巴西、巴拉圭的伊泰普溢洪道14孔弧门尺寸20m20.3m，墩宽5m，总宽345m，溢洪道长41.5m下接等宽矩形断面直陡槽，中间有两道宽5m分水墙延伸至坎末，即两隔三区布置，左区6孔，槽宽145m，i=0.1494；中区4孔，槽宽95m，i=0.1763；右区4孔，槽宽95m，i=0.1763，为非常溢洪道。 二、孔数不多但有单孔开启要求。我国鲁布革水电站左岸开敞式溢洪道，2孔弧门尺寸13m18m，中墩宽4m，总宽30m。由于有单孔开启要求，中墩由4m渐变缩窄为2.0m，一直延伸到出口挑流段。溢洪道最大泄量为6480m3s。 三、为了改善泄槽内水力条件。我国刘家峡水电站溢洪道共有3孔，最大泄量4360m3/s，采用常规闸墩布置。1972年在行水过程中，当单孔开启甚至左右两孔对称开启时，出闸水流迅速扩散并在泄槽内引起剧烈的折冲现象和冲击波，水沉冲击基至翻越边墙，严重威胁着邻近建筑物的安全。因此，对于运用频繁的多孔溢洪道，布置闸墩时应注意处理好运用条件下出闸水流的流态问题。 闸墩延伸长度及尺寸可视需要或由水工模型试验确定。并应满足与交通桥、工作桥(供装置闸门启闭设备用)的衔接。平面需设置弯道时，布置上应满足转弯半径的要求；立面布置如出现高程差，则应满足坡度要求。 第2.3.6条 关于堰(闸)顶高程为水库静水位加超高值 。 按下式计算：式中 2h1浪高； h0波浪中心线至水库静水位的高度； he安全超高。 可按条文规定，并根据运行情况(泄洪或关门)确定。因各工程的条件不同，设计者可在0.51.5m范围内选择，不宜硬性规定。 对土石坝枢纽，当控制段靠近大坝，且两者有交通道相连接时，堰(闸)顶高程宜与坝顶同高程。第四节 泄槽 第2.4.1条 泄槽用以泄水，为河岸式溢洪道不可缺少的组成部分。有些枢纽由于地形条件的限制，在其它泄洪建筑物中也采用泄槽作为其泄水部分：我国龙羊峡工程的中孔、底孔、深孔均为重力拱坝坝身孔口进水，后接明泄槽；乌江渡右岸泄洪洞、东江左岸泄洪洞及西班牙阿尔曼德拉的泄洪洞等，在隧洞的后段由于地形条件限制(隧洞顶部埋藏深度不够)，采用明挖泄槽。 泄槽轴线一般为直线，因其水力条件较好，实践经验较丰富，而被广泛采用。为了适应地形条件，减少工程量，泄槽轴线转弯的工程日益增多，我国大型工程如碧口、鲁布革、富水等工程的溢洪道，根据地形地质条件，平面轴线设置了弯道，其有关参数如表2.4.1。 根据工程实践，急流弯道的基本型式有如下几种： (1)渠底一侧横向超高单圆弧弯道； (2)渠底一侧横向超高复曲线弯道； (3)设导流墙的圆弧弯道； (4)设横向折流坎的圆弧弯道； (5)渠底双曲弯道。表2.4.1 有关工程泄槽弯道实例工程名称弯道型式渠宽(m)转弯半径(m)转角()横向超高(m)纵坡i设计单宽流量(m3/s)最大单宽流量(m3/s)碧口渠底一侧超高等圆弧15150202.20.0188180官厅无超高圆弧453001900.0025141.5富水无横向超高圆弧弯道，渠中设斜向导流坎1101662143.5910000.050.054270鲁布革渠底一侧超高等圆弧214170203.530.01132231 一般大、中型溢洪道多采用第(1)种弯道，如官厅、碧口、阿尔曼德拉等工程的溢洪道。因为这种型式基本上能满足水力条件的要求，施工简便。(2)、(5)种体型比较复杂，只有在对冲击波有严格限制的弯道急流段才有现实意义。第(3)种弯道一般用于泄槽宽度较宽而有单孔运用要求的工程较合适，如鲁布革溢洪道就是采用的这种型式。第(4)种横向折流坎，其体型简单，但对水流将产生新的扰动，我国的富水、南谷洞等溢洪道泄槽采用了此种转弯型式。 除上述几种型式外，各工程根据实际情况还可以采用其它型式：如缓冲塘式，就是在要转弯的地方设置消力池转弯，南谷洞工程就是采用缓冲塘及折流坎相结合的方式。 日本坝工规范中对溢洪道泄槽轴线转弯的提法是原则上应取直线。根据我国的实际情况及水力学研究的成果，转弯与否不宜控制太严，故本规范规定为应尽量采用直线。 泄槽内水流为急流，如设置弯道水流条件较为复杂，因此提出在底坡较缓、流速较小的部位设置弯道，以便能较好地控制水流，同时提出应与底坡有变化的部位错开，否则水力条件、体型、结构都更为复杂，泄量变化较大时也难以适应。 第2.4.2条 泄槽纵坡主要根据自然条件及水力条件确定。 水流通过控制段后为急流，为了保证不在泄槽段上产生水跃(有的工程在控制段后设消力池消能之后接泄槽的除外)，故泄槽纵波(i)应大于水流的临界坡(即iik)，在地质条件许可的情况下，尽量使开挖和混凝土衬砌工程量最省。同时纵坡还要考虑泄槽底板和边墙结构的自身稳定及施工方便等因素。 泄槽纵坡以一次坡为好，因其水力条件简单。当受地形条件限制或为了节省工程量而需变坡度时也宜先缓后陡，因为水流经过控制段入泄槽时，流速不大；当接近消能建筑物时，加大底坡以便与消能建筑物相连接，此段长度较短，防空蚀措施比较好解决。当变坡为凸曲线连接时，水流特性较易控制。如采用先陡后缓的变坡方式，连接必须采用反弧曲线，其缺点是：1）反弧段使水流转向，由于体型变化和离心力的作用，流态复杂，压力分布变化大，水流紊动强烈，该处及其后一定范围内容易发生空蚀已为很多工程所证实，因此对反弧段体型应予足够重视。上游斜线段坡度越陡，竖向转角越大，压力变化也越大。反弧半径的大小，又影响压力变幅的大小，反弧半径越小，离心力越大，压力变化值越大，总之此种变坡型式，上游斜线不宜太陡，反弧半径要大，这样沿程压力变化就比较平缓，体型易满足高速水流的要求；2)水流受离心力的作用容易由分缝处钻入泄槽底板下而掀动底板，因此除了采用较大反弧半径外，还应比较周密地考虑底板的分缝、分块及止水、排水的设置，以消除高速水流离心力在底板下形成的高水头的扬压力，保持泄槽底板的稳定。 泄槽的平面布置，一般为等宽槽，因其水流不受扰动，水力条件简单，被广泛采用。 为了适应地形、地质条件，减少开挖和衬砌混凝土工程量，或为适应消能工的需要可采用变宽度的泄槽。岳城