2020年浅谈正槽式河岸溢洪道的设计论文

关于河道式河岸溢洪道设计文件的探讨溢洪道是水库枢纽的主要建筑物之一，在泄洪和保护工程安全方面发挥着重要作用。溢洪道被称为河岸溢洪道，建在坝体外侧的河岸上。当拦河坝是土石坝时，几乎所有的河岸溢洪道都被使用。在薄拱坝或轻型支墩坝的水库枢纽中，当水头高、流量大时，泄洪主要通过河岸溢洪道进行。在重力坝的水库枢纽中，当河谷狭窄时，河床坝顶溢流布置与坝后电站相冲突，河岸有适宜修建溢洪道的条件，河岸溢洪道也应用于泄洪。因此，河岸溢洪道被广泛使用。正槽溢洪道的泄流道与堰上水流方向一致，水流顺畅，超泄量大，结构简单，运行安全可靠，适用于各种水头和流量，是最常用的河岸溢洪道。在下文中，作者提出了正槽式河岸溢洪道设计中值得注意的几个问题，供大家参考导流渠的功能是将水库水平引向控制堰的前方。其设计原则是在合理的开挖量下尽可能减少水头损失，增加溢洪道的泄流能力。导流渠的底部宽度和流速是相对重要的控制因素。为防止泄洪时导流渠两侧出现不对称回流或垂直轴涡，以及因转弯惯性力小而导致堰前横向倾斜，造成堰上水流不均匀，降低泄流能力，规范规定导流渠底部宽度可等于水流宽度或沿水流方向收缩，与控制断面的交接处应等于溢流面宽度。据统计，国内外几个工程取水口渠首和渠尾底宽B0/B为1.53.0，如中国的朱元1.5、碧口1.7、南固河2.0、大伙房2.4、石头河3.0、日本的韦偃1.9、印度的Bcas2.5等。因此，将B0/B限制在1.53.0通常是有利的。导流渠流速对工程质量和水头损失有很大影响。根据规范中34个工程数据的统计分析，9个(26.47%)设计流速低于3m/s；设计流量在3米/秒至5米/秒之间的有18个，占52.94%；设计流量大于5m/s的有7个，占20.59%。他们之间也有很大的不同。例如，西排子河水库的流量仅为0.73米/秒，而碧口水库的流量在设计条件下为5.58米/秒，在大坝保护条件下为8.63米/秒。一般规定进水渠的设计流量不大于4.0m/s，宜控制在1 2m/s。对于地势高、山坡陡、开挖量大的河岸溢洪道，进水渠的设计流量可适当增加，但应尽可能缩短进水渠的长度，以减少进水渠的水头损失。进水管道入口处的流速应低于管道中的流速，一般情况下，流速应控制在2.5m/s以下。控制部分控制水库的水位和流量，水库是溢洪道的咽喉。常用的堰型有宽顶堰和实用堰。宽顶堰结构简单，施工方便。然而，流量系数相对较低。在相同条件下，所需溢流面比实际堰长，土石方开挖量较大。一般情况下，多用于泄洪量小或附近地形平缓、高程适宜的中小型水库。由于实用堰的流量系数较大，当岸坡较陡时，采用实用堰可以减少开挖量，这在大中型工程中应用较多。溢洪道中常用的实用堰型有WES堰和驼峰堰。WES堰具有较大的流量系数和较好的堰型，建议优先选用。驼峰堰的堰面由几个不同半径的圆弧组成。该构造堰顶水头应通过控制堰上游(46)小时的水位来计算。当溢流堰面对水库且没有导流渠时，堰顶水头可由水库水位计算。当引水渠道较长时，必须考虑渠道水头损失，以确定引水渠道水面线的H值。过去，在设计堰顶水头H时，有些工程没有充分考虑甚至完全忽略了导流渠的水头损失，导致溢洪道泄流量达不到设计值，必须引起重视。选择合适的堰面设置设计水头Hd对控制堰的泄洪和工程安全具有重要意义。由于溢洪道上的堰多为低堰，下游水深较大，选择较小的固定设计水头，这样在高水位时一般不会出现过大的负压，有利于较大洪水的泄流。有研究认为，当堰顶水头h=1.4hd时，堰面负压不会产生有害影响，所以hd一般采用0.60.75倍的堰顶最大水头。规范规定低堰的固定设计水头Hd一般为堰顶最大水头的65%85%。由于溢洪道控制断面大多采用低实用堰，低堰流量系数受堰高影响很大，为了获得较大的流量系数，必须提供合适的堰高。一些实验表明，随着相对堰高P1/Hd(P1为上游堰高)的减小，低堰的流量系数m值将减小，当P1/Hd为0.5时，流量系数的减小更为明显。这是因为堰高太低，水流的纵向收缩不够理想，导致堰面压力增加，动能减少。规范规定上游堰高P1不得小于设计堰头Hd的0.3倍。为了防止流量系数过小，防止开挖量和混凝土量增加过多，建议P1值不应小于0.5 Hd。此外，当下游堰高P2太小时，水流不会因堰面曲线较短而逐渐转向，导致反弧段动水压力较高，影响低堰下游面的正常压力分布，因此水头越大，流量系数越低。为了消除这种现象并保证堰的自由泄流状态，下游堰高P2必须保持在一定的高度，以便堰面能有足够的长度。规范规定，下游堰高P2不得小于堰面设计水头Hd的0.6倍。同时，为了保证堰面能有足够的长度，下游堰面也必须保持一定的坡度。有资料认为，如果坡度小于1:1.4，说明堰面长度不足，下游堰面坡度对泄流能力有一定影响。下游堰面坡度对泄流能力影响的试验研究结果表明，对于WES低堰，影响泄流能力的下游堰面坡度为1:1，因此规范规定下游堰面坡度应大于1:1。上述问题只是作者在正槽式河岸溢洪道设计工作中总结的一部分，希望能给相关工程技术人员一些启示和帮助，共同做好正槽式河岸溢洪道的设计工作，确保