侧槽溢洪道工作原理

第三节侧槽溢洪道

一、概述

1、适用范围：当水利枢纽的拦河坝难以本身溢流，且两岸陡峭，布置正槽溢洪道将导致巨大开挖量时，可采用侧槽式溢洪道。2、组成部分：侧槽溢洪道由溢流堰、侧槽和泄水道三个主要部分组成。

图8－36侧槽明流溢洪道典型布置

3、工作原理：溢流堰轴线大致顺河岸等高线布置，水流过堰后进入与堰轴线平行的侧槽内，然后通过泄水道泄往下游。此泄水道可为类似于上节所述的明流陡坡泄槽以及相应的消能段，也可由斜井、泄水隧洞组成，如图8－37。

图8－37侧槽斜井溢洪道4、工作

特点：

①与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的溢流前缘可少受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘长度而引起的开挖量增加较少，从而可以较长的溢流前缘换取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程；②当无闸门控制时后者实即增加了兴利库容，对中小型工程尤为有利；

③侧槽中水流流态复杂。二、侧槽中的水流特性

侧槽中水流是沿程变量的非均匀流。进槽水流立即转弯近90度顺槽轴线流向下游，对不同的侧槽断面流量不同，上游端流量小，向下游不断增大，直至侧堰结束时达到最大。横断面上水面不水平。水流自侧堰跌入侧槽后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并向上翻腾，在重力作用下转向下游流去，在槽中形成一个横轴螺旋流。堰对岸水面较高，通常水力计算只求出平均水面线。

8－38侧槽内复杂的流态二侧槽内水面曲线的计算

设侧槽断面按一定规律沿程扩展，各断面流量按一定规律沿程增加。取侧槽的一个微分段考虑，其底坡为，为更具普遍性计算，自侧槽进入侧槽的流向与槽轴线不正交，正交于槽轴线的流速分量为u（与u垂直的另一分量为v）。如设通过n－n断面的流量为Q，水深为h，过水断面为，断面平均流速为V，；而在n＋1断面流量、水深、断面平均流速为Q+dQ、h＋dh、V+dV；两断面在槽底相距ds。由变量流的动量定律可导出下列水面线微分方程：（8－28）其中C为谢才系数，R为水力半径，B为槽底宽。

图8－39侧槽沿程变量流微分段

此式即非棱柱体侧槽中沿程变量流的基本方程式。令dQ＝0，就成为恒定渐变非均匀流的微分方程式。对于通常侧槽，水流方向基本上垂直于槽轴线，这时v＝0，于是有：（8－29）对于棱柱体侧槽，则有（8－30）

令式（8－29）中则可得，即当满足式（8－31）的条件，则在非棱柱体侧槽中（且在v＝0的情况下）就能得大致等深的水流。方程式（8－29）～（8－30）都是假定h仅随s而变化，对于同一横断面则认为水深无变化。而实际上侧堰对岸一侧水深高于侧堰水深，所以方程中h应理解成横断面平均水深。试验观测表明，横断面最大水深可能比这个平均水深大（5～20）％.为更简便计算侧槽水面曲线，如图8－40所示侧槽，忽略沿程摩阻损失，由动量定律得公式为：

（8－31）（8－32）图8－40侧槽水面曲线计算简图式中△y为相邻两断面①、②的水面高差,△Q=Q2－Q1，△V＝V2－V1三侧槽设计步骤1、根据调洪演算及方案优选，首先定出侧堰堰顶高程和过堰单宽流量，选定侧槽长度。2、为节省开挖量，侧槽多选用深窄梯形断面。在满足水流要求和变坡稳定条件下，侧堰侧的边坡一般可用1：0.5，对岸边坡则可用1：0.3～1：0.5。3、选定侧槽底宽。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1:1~1:4；4、选定槽底纵坡i0。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，1:0.01~1:0.055、选定经济的槽末水深hl。为减少侧槽开挖量，宜取hL＝（1.2~1.5)hk,这里hk为槽末流量QL相应的临界水深。6、为避免槽内紊乱波动水流直接进入泄槽（或斜井），保证下游较好的水力条件，侧槽结束后还应设置适当的调整段和控制断面（图8－40）。7、以侧槽末端断面为起算断面，选用适当的水面曲线差分方程，逐段向上游推算水面高差和相应水深。8、选定起始断面的水面高程。为使溢流堰为非淹没出流，起始断面水面超过堰顶的高度hb应不超过0.5H，其中H为堰顶溢流水头。9、自起始断面既定的水面高程，引用第7步计算成果向下游推算各断面水面高程和堰底高程，从而得到侧槽的全部形态第四田节做其两他型溉式的确溢洪尖道一、律井式妻溢洪宾道1、组嫌成：溢流赛喇叭箭口、呀渐变饺段、哥弯曲页段、比泄水学隧洞章、出妨口消究能段辟及尾周水渠佛。2、工扭作原圾理：井式碎溢洪胸道工免作时滔水流束从四冲周经歪环形西堰径吗跌入障喇叭麻口，恰并在也一定深度戒处水狡舌相量互汇兼交，盈逐渐生成有蛮压流职，再梦经隧洞闷泄往排下游队进入葛喇叭熟口的食流量竭决定炕于堰顶水雀头、观堰的晌型式纳和周陵长；惩流量语能否扮顺利泄出批隧洞防取决齐于隧威洞的归断面拴尺寸馋以及黎竖井内形猾成的惯压力僵水头便。进勉水为陷自由倾堰流音，出水为笔有压管管流炎，所津以井砍式溢笑洪道哨适应槽的水头达10界0～20迁0m。图8－41井式荒溢洪处道图8－42竖井刷喇叭拜口比伟较3、工掉作特习点：小流无量－积堰流拿，井武内水炉流的遭连续龙性易息遭破信坏，醉水流贪不稳眯，容皮易出输现振伸动和州空蚀雾破坏建；大流储量－并井口彩淹没爬出流养，孔滚流，致超泄敢能力务较小纯；4、进毯口断勾面形化式：实用爷堰：闸流量驴系数恒大，知适用计于大代流量层情况仔。平顶摇堰：篇施工兄方便找，安吸装闸息门方森便，士小流预量时驾用得值较多醒。5、设妨计鄙：堰：虫堰顶步应设墨闸墩争或导大流墙特，以刊使进仰口水旅流应梨平顺祥、对嫩称，志防止造出现裁立轴粉漩涡作；溢看流堰衬进口蜜体型他应采从用流晋线型灿设计慨，如胜可用址自由永射流乔曲线喇体型蛋。渐变雕段：低使水黄流平嚼顺地抢与竖念井连居接，乒避免阶水流念与井推壁脱懂离。塞水流肯为自外由跌喝流，桑压力墙为大损气压趣。竖井台段：侍起稳陵定水购流作壳用。核该段切流态炸为有岸压流小，水肯流克捕服水投头损熊失后蚊，得裙到隧瓜洞进籍口动膏能。二、藏虹吸众溢洪笑道1、组患成：喇桌叭型雀进水问口、美遮檐纷、虹顿吸管您、通连气孔融、挑攻流坎箱、泄舌槽、坟出口捡消能粮段及尾水乳渠。2、工恋作特匪点：利用索虹吸软作用茧，在炕较小斥的堰嫌顶水敌头下脸得到从较大赛的泄昨流量绍，启浪闭灵呢活、运行战方便木。但结贡构复玻杂，誉检修煤不便姻，进挽口易苗被污哨物或桑冰块悔等堵瓜塞；饰且超迈泄能爱力低，宅负压壳过大叙时，达易产俩生空裂化空钓蚀。允大型否工程诞应用妖不多特。3、工凉作原梨理：遮檐众顶与跑虹吸川管的杨堰顶版均与陶正常华高水恐位平扬齐。悠当上置游水乓位高酱于正宵常高城水位先，开反始泄际流，为利用宇挑流狂坎封彼闭虹啄吸管假，水叫流带霸走空依气，隔形成喝虹吸伶。通来入空稻气，勇则虹面吸作用崇被破蛮坏，届泄流堤停止初。图8－47河岸稠虹吸轿溢洪再道首洽部1－遮施檐；2－通扛气孔厨；3－挑国流坎讽；4－弯切曲段昼；5－排族污孔虹吸响溢洪知道的悟前端凤有一姜位于仙正常递库水芳位以残下的笨进口今，其历顶盖绑成为厌遮檐氧，与荡遮尊檐共拼同形成虹府吸管增道的抛下部吐结构烤即为前溢流睡堰。酱遮檐篇在泄痕洪时撒淹入岗水下宇的深析度应絮使进油水时摄不致芒于挟沾入空气牙和漂杆浮物怎。溢丽流堰率顶高罚程与娇正常兴高水逼位平显齐。被为了逆自动众加速予形成逃虹吸摔作用窗，可倒在管忌