泄水建筑物分类功能与案例讲义

第4章

泄水建筑物4.1泄水建筑物的分类和作用一、按功能分类二、按枢纽布置地位分类三、按泄水方式分类泄水建筑物按泄水方式可分为以下五类：坝顶溢流式大孔口溢流式坝身泄水孔明流泄水道泄水隧洞四、泄水建筑物的作用按功能可分为以下三类：

4.2溢流坝（1）泄洪建筑物（2）泄水孔（放水孔）（3）施工泄水道一、溢流坝的工作特点

溢流坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，除应满足稳定和强度要求外，还需要满足泄水的要求。(1)坝顶溢流式二、溢流坝的孔口形式(2)大孔口溢流式三峡工程程LLLLLQ溢流孔口口尺寸的的确定(1)单宽流量量的确定定设L为溢流段段净宽（（不包括括闸墩的的宽度）），则通通过溢流流孔口的的单宽流流量为：：q=1)溢流前缘缘总长L0应为：(2)孔口尺寸寸当采用大大孔口泄泄洪时，，可用下下式计算算出堰顶顶水头H0当采用开开敞式溢溢流时，，可利用用下式，，计算出出堰顶水水头H02）溢流坝坝的堰顶顶高程三、溢流流坝的闸闸门和启启闭机1.闸门的类类型与作用水工闸门门按其功功用可分分为工作闸门门、事故闸门门、检修闸门门。四、溢流流坝的闸闸墩和工工作桥1.闸墩的作作用闸墩的作作用是将将溢流坝坝前缘分分隔为若若干个孔孔口，并并承受闸闸门传来来的水压压力（支支承闸门门），也也是坝顶顶桥梁和和启闭设设备的支支承结构构。五、溢流流坝的横横缝的布布置①缝设在闸闸墩中间间②缝设在溢溢流孔跨跨中六、溢流流面曲线线及剖面面1.溢流面曲曲线溢流面曲曲线由顶顶部曲线线段、中中间直线线段和下下部反弧弧段三部部分组成成。设计要求求：有较较高的流流量系数数；水流平顺顺，不产产生空蚀蚀。堰面曲线线方程如如下：式中：Hd—定型设计计水头，，按堰顶顶最大作作用水头头Hmax的75%～95%计算XY对于设有有胸墙溢溢流堰的的堰面曲曲线：Hd——定型设计计水头，，一般取取孔口中中心至校校核洪水水位的75%～95%；φ——孔口收缩缩断面上上的流速速系数，，一般取取φ=0.95。反弧段溢流坝下下游反弧弧段的作作用是使使溢流坝坝面下泄泄的水流流平顺地地与下游游消能设设施相衔衔接。直线段中间的直直线段与与坝顶曲曲线和下下部反弧弧段相切切，坡度度一般与与非溢流流坝段的的下游坡坡相同。。具体应应由稳定定和强度度分析及及剖面设设计确定定。2.溢流拱坝剖面面自由跌流式鼻坎挑流流式滑雪道式式溢流拱坝坝---坝顶溢流流布置自由跌流流结构最简简单，多多用于单单宽流量量较小的的拱坝。。下跌水流流落点据据坝址较较近，坝坝下冲刷刷容易危危及坝基基，需有有较好的的基岩、、较深的的水垫，，并应经经常采取取保护措措施。湖南半江江拱坝鼻坎挑流流溢流堰顶顶适当向向上下游游悬臂挑挑出。挑流落水水点较跌跌流远，，但离坝坝仍近，，仍需有有一定的的水垫，，必要时时采取河河床底部部的防冲冲措施，，单宽流流量仍需需加以限限制。流溪河拱拱坝滑雪道式式适用于下下泄流量量较大，，要求下下泄水流流落点远远离坝址址，或利利用厂房房顶溢流流的拱坝坝。我国已建建的乌江江渡重力力拱坝、、东江拱拱坝、紧紧水滩拱拱坝等都都采用了了这种形形式。乌江渡拱拱坝七、溢流流坝的下下游连接接1.挑流消能能2.底流消能能2.底流消能能3.面流消能能4.消力戽消消能4.3坝身泄水水孔一、重力力坝的泄泄水孔1.作用：预预泄水库库、排沙沙、导流流、发电电供水2.工作条件件：孔内内流速高高，易引引起空蚀蚀、闸门门振动，，孔道体形设计计重要；深深水闸门门水压力力大、启启闭力大大，门体体结构、、止水、、启闭设设备复杂杂，检修修不便。。3.类型：1）按所处处高度分分：中孔孔、底孔孔2）按布置置层数分分：单层层、双层层3）按流态态分：有有压、无无压有压孔——泄流时孔孔内保持持满流有压压工作闸门门在出口口，以稳稳定孔内内水流保保持有压压，有利利门后补补气减免免空蚀，，孔身断断面尺寸小关门时水水压力大大,对坝体σ、防渗不不利进口设事事故闸门门兼作检检修闸门门，平时时兼用作作挡水孔断面：：圆形，，有利改改善受力力和提高高过水能能力4.坝身泄水水孔的形形式无压孔：：工作门、、检修门门均设于于进口工作门后后孔身顶升高，泄流时时孔内有有自由水水面——无压流闸门前：：短有压压段泄水时孔孔内承受受静水压压力，关关门时孔孔内无水水，明流流段可不不钢板衬衬砌，施施工方便便但孔断面面尺寸大大，对坝坝体削弱弱大5.坝身泄水水孔布置置布置原则则：正常常运用前前提下尽量一孔多用用：灌溉+发电；防防空+排沙+导流具体布置置：泄洪孔——主槽部位位，较宽宽河谷宜宜在非溢溢流坝段段中，深深孔出口口不宜在溢流坝面面上孔口不能能太大，，泄量大大时可布布置为双层，但注意意交汇处处空蚀进口高程程：满足足泄洪要要求下尽尽量高些些，减小小门压力力和洞长长，具体体而言：：灌溉孔应与灌区区在同一一侧▽孔进口根据▽坝后渠首首确定，或或根据泥泥沙、水水温情况况分层设设进水口口发电进水水口应根据发发电和泥泥沙要求求确定，，一般设设于水库库最低水水位以下下一倍孔孔口高度度处，并并高程最最终泥沙沙高程1m以上。排沙孔尽量靠近近电站、、灌溉进进水口放空、导导流孔进进口一般般较低6.有压泄水水孔组成：进进口段（（进口曲线线段、闸闸门槽段段、渐变变段、平平压管、、通气孔孔）洞身段段、出口口段1）进口段段曲线：：进口曲线线段—椭圆or圆弧椭圆长轴轴水平or上倾约12度顶曲线：：A=h（孔高or孔径侧曲线：：A=B（孔宽））圆弧半径径：R>2D有压泄水水孔2）闸门槽槽段矩形锐缘缘闸门——适于V<10m/s矩形收缩缩形门槽——适于v大时门槽形式式尺寸宽深比=1.6-1.8错距△=（0.05-0.08）W导角半径径r=0.01D下游边墙墙坡率1:1-1:12有压泄水水孔3）渐变段段孔身——圆形断面面，R大、受力力条件好好闸门处断断面——矩形需设渐变变段——矩形→圆圆形渐变段长长=(1.5-2.0)D(孔径or孔宽)且边壁收收缩率=1:5-1:8渐变方式式：矩形形四角加加圆弧有压泄水孔4）通气孔作用：检修前前，检修门闭闭工作门开启放放水时，向孔孔内补气断面积：一般=泄水孔断面积积的0.5%-1%并大于平压管管、检修排水水管的断面积积通气孔进口须须与大气连通通，并与启闭闭机室分开。。有压泄水孔5）平压管作用：检修完完毕提起检修修门前向二门间充水，，平衡检修门门前水压减小启门力管径d由管流公式确确定：平压管充水时时，通气孔排排气有压泄水孔6）泄水孔底坡坡i一般缓坡，按按施工运输、、检修排水要要求确定沿孔轴线底坡坡变化时，采采用圆弧曲线线连接曲线半径≥5D有压泄水孔7）出口段出口渐变段—圆形→出口矩矩形断面且出口断面收收缩——防止空蚀收缩率：A出口/A孔身=0.85-0.9收缩方式：顶顶部设压坡段段，坡比1:10-1:15有压泄水孔8）水力计算1）泄水能力——孔流公式）孔内压坡线线——孔顶沿程测压压管水头线规范要求：任任意断面~不得小于2m高水柱7.无压泄水孔组成：进水口口段、无压明明流段、出口段、通气气孔1）进水口段：：顶部1/4椭圆段（AB段）：长半轴a=h2（检修门处孔孔高）短半轴b=a/3在曲率=s1处接压坡段s1=BCS1斜率=1:4.5、5.5、6.5（检修门前S2斜率=1:4、5、6（检修门后））无压泄水孔2）无压段洞顶净空孔顶矩形：净净空高度=（0.3-0.5）hmax不掺气孔顶拱形：拱拱脚距水面高高度=（0.2-0.3）h不掺气底坡i直线：i>ik抛物线：y=15.5y1/2或y=x2/6HH—工作闸门孔口口中心线处水水头无压泄水孔3）通气孔二个个检修门后通气气孔、平压管管同于有压孔孔工作门后设通通气孔，正常常泄流时补气气通气孔断面积积:a≥A10%或a=0.09VwA/VaVw——水流断面平均均流速；Va——通气孔允许风风速；A工作闸门处泄泄水孔断面无压泄水孔4）水力计算过水能力——有压孔流式中μ——计入至工作闸闸门处水头损损失μ=0.8-0.85（有门槽）或或μ=0.9-0.95(当压力短管长长度≤10h孔高)无压段水面线线计算5）出口—只设闸墩、水水流扩散消能能设施二、拱坝的泄泄水孔按其在坝身高高度上的相对对位置分中孔孔、底孔两种种。中孔在坝身的中、、上部；其特特点是当库水水位低时仍有有一定泄流能能力。底孔设置在坝身底底部，用来放放空水库、冲冲沙排淤、辅辅助泄洪及施施工导流等。。4.4岸边溢洪道溢洪道是水利利枢纽中的一一项主要建筑筑物,它泄洪起着保保护大坝安全全的重要作用用。设河岸溢洪道道的原因：1）土坝本身不不能泄水2）河谷狭窄，，厂坝争位3）坝身泄水能能力不足,另设泄洪道（（如支墩坝等轻型坝））溢洪道通常是是开敞的，其其宣泄能力与与堰上水头的的3/2次方成正比，，故超泄能力力大；其次，，闸门承重水水头压力较小小，操作方便便，工作安全全可靠。一、岸边溢洪洪道的型式（1）正槽式（2）侧槽式（3）竖井式（4）虹吸式二、岸边溢洪洪道位置的选选择应全面考虑地地形、地质、、枢纽布置、、施工、运行条件，通通过几个方案案的技术经济济比较来确定。1、地形：利用枢纽附近近合适的马鞍鞍形垭口，如如无垭口可利利用中缓的岸岸坡；在坡陡陡情况下，选选用侧槽式。。3、枢纽布置：溢洪道进口口应位于水流流顺畅处，且且与土石坝应应存有相当的的距离；如太太近，则须加加设导墙（或或加强临近坝坝坡的护坡）），溢流堰前前加引水渠应应较短，以减减少水头损失失，提高泄水水能力。下游出口，应应与土石坝的的坝脚及其它它建筑物保持持一定的距离离，太近则须须增设合适的的防护建筑物物。2、地质：力争争布置在较坚坚固稳定的岩岩基上，如土土基应布置在在挖上，还须须进行地基处处理，如岩基基有断层，破破碎带等应摸摸清情况，采采取合理的加加固措施，如如风化层太厚厚或挖方过多多会引起山坡坡坍塌，可考考虑采用隧洞洞泄洪。4、施工条件：：开挖方量是是较大的，对对出渣路线及及堆料场都要要合适地布置置，有可能利利用开挖的土土石方量来填填筑土石坝，，避免各建筑筑物施工相互互干扰。三、正槽溢洪洪道简介正槽式溢洪道道通常习惯上上也叫开敞式式溢洪道，由由进（引）水水渠、控制段段、泄槽、出出口消能段和和尾水渠等部部分组成，如如图所示。正槽溢洪道布布置图（1）进水渠进水渠也称引引水渠，它是是水库与控制制段的连接段段，具有引水水和调整水流流的作用。（2）控制段控制段一般包包括溢流堰、、闸墩、边墩墩和上部结构构等。溢流堰堰一般较低，，常采用实用用堰、宽顶堰堰或驼峰堰,堰顶设置工作作闸门，可提提高控制泄流流能力，泄流流时开启闸门门即可得到较较大的初期泄泄量。(a)宽顶堰(b)实用堰(c)驼峰堰正槽式溢洪道道上常用的三三种溢流堰型型（3）泄水槽泄槽是开敞式式溢洪道的控控制段与消能能工之间的泄泄水渠道，因因渠底坡度较较陡，又称陡陡槽。泄槽主主要由槽底板板和两侧的边边墙组成。（4）出口消能段段及尾水渠正槽溢洪道常常用挑流鼻坎坎消能形式。。这样冲刷坑坑将远离泄洪洪建筑物，有有利安全。某溢洪道结构构四、非常泄洪洪措施实践证明：可可能出现的最最大洪水比设设计中采用的的万年一一遇的洪水还还要大，其原原因：1、设计采用的的万年一遇洪洪水是调查资资料经过处理后得到的的，历史上是是否出现过比比这更大的洪水，很很难说2、人类对生态态环境的破坏坏，尤其是乱乱砍滥伐森林，使洪水水径流、汇流流的时间更短短，洪水更集中，峰峰值更大。为此，从工程程安全和经济济利益全面考考虑，大中型型水库除有正正常（主要））溢洪道之外外，加设非常常（辅助）溢溢洪道是非常常必要的。由于这种特大大洪水毕竟是是极少出现的的，泄流时间间也比较短，，所以，非常常溢洪道的构构造应尽可能能的简单，以以节省投资。。一般情况:泄槽不必衬砌砌,下游不作消能能设施,并允许溢洪道道及其附属建建筑物局部破破坏，只要求保证大坝坝安全，水库库不出现重大大事故。目前常用的非非常溢洪设施施：①加高主副坝坝，提高水库库蓄水能力；；②加大原溢洪洪道的泄量；；③增设非常（（泄洪）溢洪洪道；④破副坝，保保主坝。非常溢洪道漫流式自溃式漫顶自溃式引冲自溃式爆破引溃式返回返回4.5水闸一、水闸的功功能平原地区的取取排水，需低低水头的挡水水泄水建筑物物。水闸和滚滚水坝为常用用水工建筑物物，称闸坝工工程。二、水闸的类类型水闸按规模有有大（Q＞1000m3/s），中（Q=1000～100、m3/s）；小（