6河岸溢洪道-河海大学

1、 溢洪道是河川水利枢纽中必备的泄水建筑物，其作用是溢洪道是河川水利枢纽中必备的泄水建筑物，其作用是排泄规划中确定的水库不能容纳的多余洪水，以防洪水漫顶，排泄规划中确定的水库不能容纳的多余洪水，以防洪水漫顶，危及挡水建筑物的安全。危及挡水建筑物的安全。 在混凝土坝中溢洪道可以与挡水建筑物相结合，建于河在混凝土坝中溢洪道可以与挡水建筑物相结合，建于河床中，如溢流坝、滑雪道式溢洪道等。但不是所有的混凝土床中，如溢流坝、滑雪道式溢洪道等。但不是所有的混凝土坝都具备修建坝身溢洪道如：坝都具备修建坝身溢洪道如： 1.1.轻型支墩坝，早期的薄拱坝；轻型支墩坝，早期的薄拱坝； 2.2.河谷过于狭窄，厂房与坝身

2、溢洪道布置产生矛盾时。河谷过于狭窄，厂房与坝身溢洪道布置产生矛盾时。 也不是所有坝型都适合修建坝身溢洪道。如土坝、堆也不是所有坝型都适合修建坝身溢洪道。如土坝、堆石坝。因此河岸溢洪道适用于：石坝。因此河岸溢洪道适用于： 1.1.轻型支墩坝；轻型支墩坝； 2.2.土石坝；土石坝； 3.3.河谷狭窄；河谷狭窄； 4.4.泄量很大的水利枢纽，河床河岸同时布置，如第一、泄量很大的水利枢纽，河床河岸同时布置，如第一、第二溢洪道；第二溢洪道； 5.5.有天然垭口，在高程上合适，地质上抗冲能力强。有天然垭口，在高程上合适，地质上抗冲能力强。如刘家峡水电站，是我国最高最早的重力坝，采用了河岸如刘家峡水电站，是

3、我国最高最早的重力坝，采用了河岸溢洪道。溢洪道。(H=147m,N=122.5(H=147m,N=122.5万万kW)kW) 刘家峡水电站刘家峡水电站1.1.工作方式工作方式 有闸门有闸门-大多数情况下大多数情况下 无闸门无闸门-中小型工程，多雨地区中小型工程，多雨地区 两者比较：两者比较：堰顶高程不同；堰顶高程不同；水位在堰顶以上，泄流能力不同；水位在堰顶以上，泄流能力不同；坝高不同；坝高不同；防洪库容相同，但位置不同；防洪库容相同，但位置不同；管理方式不同；管理方式不同；溢流前缘长不同。溢流前缘长不同。2.2.分类分类 由于地形条件和地质条件的不同，河岸溢洪道可有多种由于地形条件和地质条件

4、的不同，河岸溢洪道可有多种形式。形式。 按水流方向是否变化分为：按水流方向是否变化分为：正槽溢洪道正槽溢洪道过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向 一致，此型式应用最广。一致，此型式应用最广。(p.314(p.314图图8-3)8-3)侧槽溢洪道侧槽溢洪道水流过堰后急转弯近水流过堰后急转弯近9090，再经过泄，再经过泄 槽或斜井，或隧洞下泄；槽或斜井，或隧洞下泄；(p.343(p.343图图8-36)8-36)（增加前缘长度，开挖量增加不大时，但泄量增加，可通（增加前缘长度，开挖量增加不大时，但泄量增加，可通过加大过加大L L换取较低的设计洪水位，即用较高的堰顶高程来

5、换取较低的设计洪水位，即用较高的堰顶高程来增加兴利库容）增加兴利库容） 井式溢洪道井式溢洪道水流从平面上呈环形的溢流堰四周向心水流从平面上呈环形的溢流堰四周向心 汇入，再经竖井和隧洞下泄。汇入，再经竖井和隧洞下泄。(p.348(p.348图图8-41)8-41) 虹吸溢洪道虹吸溢洪道利用虹吸作用利用虹吸作用, ,使水流翻过堰顶的虹吸使水流翻过堰顶的虹吸 管，再经泄槽下泄，主要是希望在小水管，再经泄槽下泄，主要是希望在小水 头时得到较大的泄量。头时得到较大的泄量。 (p.354(p.354图图8-47)8-47) 按使用频率分按使用频率分 正常溢洪道正常溢洪道上述四种溢洪道均为正常溢洪道。上述四

6、种溢洪道均为正常溢洪道。 非常溢洪道非常溢洪道设在岸边，当来特大洪水时，自溃或炸设在岸边，当来特大洪水时，自溃或炸 毁泄洪，以确保大坝安全。毁泄洪，以确保大坝安全。 1. 1. 组成及功用组成及功用 引水渠引水渠 溢流堰溢流堰 泄槽泄槽 消能段消能段 尾水渠尾水渠2.2.布置布置l从地质上讲：从地质上讲：坚硬的岩石，开挖困难，但可省去衬砌；坚硬的岩石，开挖困难，但可省去衬砌； 软弱的岩石开挖容易，但衬砌、冲能防软弱的岩石开挖容易，但衬砌、冲能防 冲措施工程量大；冲措施工程量大；l从地形上讲：从地形上讲：在坝址附近寻找马鞍形垭口以减少土石在坝址附近寻找马鞍形垭口以减少土石 方开挖量，泄槽线路选在

7、地形低洼处；方开挖量，泄槽线路选在地形低洼处； 从水流条件讲：从水流条件讲： a.a.水流通畅不影响其他建筑物；水流通畅不影响其他建筑物； b. b.控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小；控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小； c.c.泄槽在平面上最好不设弯段，以避免离心力和冲击泄槽在平面上最好不设弯段，以避免离心力和冲击 波的影响；波的影响； d.d.泄槽末端消能段应远离坝脚也不应影响通航建筑物泄槽末端消能段应远离坝脚也不应影响通航建筑物 和水电站尾水。和水电站尾水。 从施工上讲：从施工上讲： a.a.充分利用开采出来的石渣；充分利用开采出来的石渣； b.b.爆破开挖不影响相邻建筑物。爆破开挖不

8、影响相邻建筑物。 1.1.引水渠的设计引水渠的设计 设计要求：设计要求：A.A.进流平顺，水头损失小，渠内流速限制在进流平顺，水头损失小，渠内流速限制在1.5-3.0m/s1.5-3.0m/s以下；以下；B.B.沿水流方向的中心线尽量布置成直线或平缓的曲线，转弯沿水流方向的中心线尽量布置成直线或平缓的曲线，转弯 时其丰径不小于时其丰径不小于4-64-6倍渠底宽度；倍渠底宽度； C.C.渠底应平缓或设成不大的逆坡，渠底高程常低于堰顶。渠底应平缓或设成不大的逆坡，渠底高程常低于堰顶。 对实用堰：对实用堰：其差值应大于其差值应大于(1/3-1/5)(1/3-1/5)水头，以争取较大的泄水头，以争取较

9、大的泄 流能力；流能力； 对宽顶堰：对宽顶堰：其差值不受限制渠底可与堰顶齐平。其差值不受限制渠底可与堰顶齐平。D.D.根据最大泄量拟定渠道断面。根据最大泄量拟定渠道断面。E.E.近堰一段过水断面应呈喇叭口型，自堰两边边墩起向上游近堰一段过水断面应呈喇叭口型，自堰两边边墩起向上游逐渐加宽成为渐变过渡段，其长度取堰顶水头的逐渐加宽成为渐变过渡段，其长度取堰顶水头的5-65-6倍。倍。 衬砌厚度约需衬砌厚度约需20-30cm20-30cm。2 2、溢流堰、溢流堰溢洪道的控制段，是控制溢洪道泄流能力的关键部位溢洪道的控制段，是控制溢洪道泄流能力的关键部位（一）堰型（一）堰型 1 1、宽顶堰：、宽顶堰：

10、简单、方便、简单、方便、m m低（低（0.320.3850.320.385），），适用适用于地基条件差、泄量小的地形平缓的中小于地基条件差、泄量小的地形平缓的中小型工程。型工程。 2 2、实用堰：、实用堰：m m高，工程量小，施工复杂，高，工程量小，施工复杂，适用于岸坡适用于岸坡较陡的大中型工程。较陡的大中型工程。要求：增大流量系数，不产生负压及空蚀要求：增大流量系数，不产生负压及空蚀 （1 1） 体型：标准体型：标准WESWES、克奥曲线、幂次曲线、克奥曲线、幂次曲线（2 2） 低堰低堰)(1dHPm 301. dHP为满足流量系数要求为满足流量系数要求（3 3） 的确定：的确定： dHma

11、x).(HHd850650 常取较小的常取较小的 ，使堰面曲线较瘦小，高水位时，使堰面曲线较瘦小，高水位时，出现适度负压，以增大流量系数，减小工程量。出现适度负压，以增大流量系数，减小工程量。dH 502. dHP（4 4） 溢流堰顶部曲线长度：溢流堰顶部曲线长度： 克奥克奥I I型：型：dHx151. dHy360. WESWES型：型：dHx).(8502820 dHy).(3700 （5 5） 直线段坡度缓于直线段坡度缓于1:1.41:1.4 （6 6） 反弧半径反弧半径：)(.(HPR 15020为校核洪水位时的堰上水头为校核洪水位时的堰上水头（7 7） 堰的平面布置：堰的平面布置：堰

12、轴直线布置。也可以泄槽轴线为堰轴直线布置。也可以泄槽轴线为对称轴，采用曲线布置。对称轴，采用曲线布置。三不宜原则三不宜原则H3 3、驼峰堰（复合圆弧低堰、驼峰堰（复合圆弧低堰 ）：）： m m高高, ,可达可达0.420.42以上；设计施工简便，对地基要求低，以上；设计施工简便，对地基要求低，适用于软弱地基。适用于软弱地基。4 4、带胸墙的溢流孔口：、带胸墙的溢流孔口：减小门高，延长泄洪历时减小门高，延长泄洪历时（二）溢流孔口的确定（二）溢流孔口的确定同重力坝同重力坝3 3、泄槽、泄槽将将过堰水流过堰水流送往下游送往下游要求：泄槽水位不能影响溢流堰自由泄流，要求：泄槽水位不能影响溢流堰自由泄流

13、， 槽中不能发生水跃。槽中不能发生水跃。 （1 1）水流特点：）水流特点：a.a.陡坡陡坡 i ii icrcr 、急流、急流F Fr r1 1 b. b.高速水流问题高速水流问题脉动、掺气、振动、脉动、掺气、振动、 冲击波、空化空蚀冲击波、空化空蚀作用：输水，是长距离输水建筑物。作用：输水，是长距离输水建筑物。（2 2）平面布置及纵横剖面）平面布置及纵横剖面总原则：总原则：a.a.直线、等宽、对称布置，但工程中常采用直线、等宽、对称布置，但工程中常采用 收缩段（以减小工程量）收缩段（以减小工程量） 扩散段（减小单宽流量）扩散段（减小单宽流量） 弯曲段（解决洪水归河问题）弯曲段（解决洪水归河问

14、题）挖方工程：深窄断面挖方工程：深窄断面填方工程：宽浅断面填方工程：宽浅断面达到经济目的达到经济目的c.c.横断面：岩基上为矩形；横断面：岩基上为矩形； 土基上为梯形，但边坡不宜太缓；以防水流土基上为梯形，但边坡不宜太缓；以防水流 外溢，一般取外溢，一般取1:1-1:21:1-1:2。 底宽由泄流量确定；底宽由泄流量确定； 边墙高由掺气水深确定：边墙高由掺气水深确定：安安边边墙墙hgRvkhh )(21b.b.纵断面：陡坡。由陡至缓，以反弧连接；纵断面：陡坡。由陡至缓，以反弧连接； 由缓至陡，采用射流抛物曲线连接由缓至陡，采用射流抛物曲线连接 4 4、收缩段、扩散段、弯曲段的设计、收缩段、扩散

15、段、弯曲段的设计（1 1）收缩段）收缩段 b.b.设计内容及目的：确定收缩角、收缩段长度，设计内容及目的：确定收缩角、收缩段长度， 使冲击波的影响最小使冲击波的影响最小 c.c.收缩角的确定：收缩角的确定： 冲击波的最大波高取决于收缩角的大小，因此冲击波的最大波高取决于收缩角的大小，因此泄槽的收缩段多采用直线收缩，而不是流线型的曲泄槽的收缩段多采用直线收缩，而不是流线型的曲线体型。线体型。a.a.水力现象：产生冲击波，使水流断面分布不均、水力现象：产生冲击波，使水流断面分布不均、 局部水深加大。局部水深加大。11111111 sinsinrnnFghvghvF 几何关系：几何关系：111 tg

16、vvnt 122tgvvnt局部水流连续条件：局部水流连续条件：2211nnvhvh 1121tgtgvvnn(1)(1)水跃基本方程：水跃基本方程： 112112tgtgvvhhnn(2)(2) 181211812112212112 sinFrFrhhn(3)(3)整体水流连续条件：整体水流连续条件：333111vhbvhb 13511331FrFrhhbb. (4)(4)计算步骤：计算步骤： 验算验算 。3213 hh 验算出口验算出口 ，要求，要求 ；3Fr13 Fr 初选初选 ，由，由(2)(3)(2)(3)计算得计算得 和和 ；25.112Fr12hh 将所求得的将所求得的 当作当作

17、 ， 当作当作 ，经过同样计算，经过同样计算， 可得可得 和和 ；2Fr1Fr3Fr23hh1 由式由式(1)(1)得得 ，进而得到，进而得到 和和 ；22tnvv,2v1h2h（2 2）扩散段）扩散段 负向冲击波负向冲击波要求：消能方便，减小出口单宽流量，不发生水流要求：消能方便，减小出口单宽流量，不发生水流 脱离边墙的现象。脱离边墙的现象。扩散角的确定：扩散角的确定：KFrtg1 )(86 K的取值：的取值：水平槽底取小值，即扩散角可大些水平槽底取小值，即扩散角可大些斜坡槽底取大值，即扩散角可小些斜坡槽底取大值，即扩散角可小些0351. K（3 3）弯曲段）弯曲段 受离心力作用，外侧水深大

18、，流速与受离心力作用，外侧水深大，流速与 单宽流量分布不均。单宽流量分布不均。 要求：使断面内流量分布均匀，抑制冲击波要求：使断面内流量分布均匀，抑制冲击波 设计方法：设计方法：u 施加侧向力法，如渠底超高法；施加侧向力法，如渠底超高法；u 干扰处理法，如螺旋线过渡段法干扰处理法，如螺旋线过渡段法 渠底超高法：渠底超高法：rvmF2离离 sinmgF 离离bztg sin又又grbvz2 空化空蚀的原因：空化空蚀的原因：（三）空化空蚀及其减蚀措施（三）空化空蚀及其减蚀措施 泄水建筑物的体型不合理；泄水建筑物的体型不合理； 泄水建筑物表面不平整；泄水建筑物表面不平整； 放样不准；放样不准； 模板

19、走样；模板走样； 混凝土质量不佳；混凝土质量不佳； 泥沙的不均匀磨损；泥沙的不均匀磨损； 空化：压力降低至蒸汽压力后，出现蒸汽气穴空化：压力降低至蒸汽压力后，出现蒸汽气穴( (初始空化初始空化) ) 空蚀：气核膨胀遇高压溃灭，撞击固壁使固壁发生破坏，空蚀：气核膨胀遇高压溃灭，撞击固壁使固壁发生破坏， 即发生即发生空蚀空蚀。衡量水流发生空化可能性的指标衡量水流发生空化可能性的指标: :空化开始时的空化数称为初生空化数空化开始时的空化数称为初生空化数: :实际水流空化数的计算：实际水流空化数的计算： 产生空化的条件产生空化的条件: : 为未受扰动处水的流速；实际水流空化数为未受扰动处水的流速；实际

20、水流空化数大于初生空化数，则不发生空化。反之，压力越低、流速大于初生空化数，则不发生空化。反之，压力越低、流速越高则越容易出现空蚀破坏。越高则越容易出现空蚀破坏。2210oivivPPi 202vPPv v i v 减蚀方法：减蚀方法：选用好的体型选用好的体型采用高强度的抗蚀材料采用高强度的抗蚀材料提高抗滑平整度提高抗滑平整度掺气减蚀掺气减蚀（四）泄槽的衬砌（四）泄槽的衬砌防冲、防渗、防风化、承载防冲、防渗、防风化、承载 混凝土及砌石结构，分缝但缝内必须做止水，混凝土及砌石结构，分缝但缝内必须做止水，衬砌底部设排水设备，有时衬砌要以钢筋锚固。衬砌底部设排水设备，有时衬砌要以钢筋锚固。挑流消能：

21、挑流消能：采用新型挑流消能工采用新型挑流消能工扭曲挑坎、斜切挑坎、扭曲挑坎、斜切挑坎、 差动挑坎、窄缝式挑坎等。差动挑坎、窄缝式挑坎等。适用于：岩基适用于：岩基底流消能：底流消能：适用于土基适用于土基其特点：是强迫水流扩散、促进紊动、增大入水面积，其特点：是强迫水流扩散、促进紊动、增大入水面积， 减小单位面积河床上的冲击荷载。减小单位面积河床上的冲击荷载。要求：短、平、直，底坡与下游尾水河道一致，要求：短、平、直，底坡与下游尾水河道一致， 使出口水流与尾水平顺连接，且不影响其使出口水流与尾水平顺连接，且不影响其 它建筑物的安全。它建筑物的安全。 在坝址处山高坡陡，采用正槽式溢洪道将使挖方量增加

22、在坝址处山高坡陡，采用正槽式溢洪道将使挖方量增加很多时，可采用侧槽式溢洪道。很多时，可采用侧槽式溢洪道。 2 2、特点：、特点：堰轴线、泄槽轴线可与山坡等高线平行布置，堰轴线、泄槽轴线可与山坡等高线平行布置， 开挖量小，但侧槽中水流流态复杂。开挖量小，但侧槽中水流流态复杂。 1 1、组成：、组成：溢流堰、侧槽、调整段、泄槽、出口消能段、溢流堰、侧槽、调整段、泄槽、出口消能段、 尾水渠。尾水渠。3 3、侧槽的设计：、侧槽的设计： 槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为 缓流流态，底坡坡度为缓坡，缓流流态，底坡坡度为缓坡，1:0.011:0.0

23、51:0.011:0.05； 泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程 增大，始末断面底宽比约为增大，始末断面底宽比约为1:11:41:11:4； 槽断面应为深窄型梯形断面，堰一侧边坡为槽断面应为深窄型梯形断面，堰一侧边坡为1:0.51:0.5， 山坡一侧边坡为山坡一侧边坡为1:0.31:0.5 1:0.31:0.5 ； 调整段是侧槽后的平底梯形断面的渠道，作用调整段是侧槽后的平底梯形断面的渠道，作用是稳定水流，长度应大于是稳定水流，长度应大于2 2hk ，hk 为临界水深。为临界水深。4 4、调整段的设计：、调整段的设计： 调整段与泄槽间利

24、用断面的局部收缩或槽底小调整段与泄槽间利用断面的局部收缩或槽底小坎构成一控制断面，使侧槽水流壅高后入泄槽。坎构成一控制断面，使侧槽水流壅高后入泄槽。组成组成：溢流喇叭口、渐变段、弯曲段、泄水隧洞、溢流喇叭口、渐变段、弯曲段、泄水隧洞、 出口消能段及尾水渠。出口消能段及尾水渠。 特点：特点：小流量小流量堰流，井内水流的连续性易遭破坏，水流堰流，井内水流的连续性易遭破坏，水流 不稳，容易出现振动和空蚀破坏；不稳，容易出现振动和空蚀破坏； 大流量大流量井口淹没出流，孔流，超泄能力较小；井口淹没出流，孔流，超泄能力较小； 进口进口断面形式：断面形式：实用堰：流量系数大，适用于大流量情况。实用堰：流量系数大，适用于大流量情况。平顶堰：施工方便，安装闸门方便，小流量时平顶堰：施工方便，安装闸门方便，小流量时 用得较多。用得较多。u 堰：堰顶应设闸墩或导流墙，以使进口水流应平顺、堰：堰顶应设闸墩或导流墙，以使进口水流应平顺、 对称，防止出现立轴漩涡；溢流堰进口体型应对称，防止出现立轴漩涡；溢流堰进口体型应 采用流线型设计，如可用自由射流曲线体型。采用流线型设计，如可用自由射流曲线体型。 设计：设计：u 渐变段：使水流平顺地与