第五章 河岸溢洪道

1、,,,,,,,,,,第一節(jié) 概 述,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,第四章 河岸溢洪道,簡介一、河岸溢洪道的型式二、河岸溢洪道的位置選擇,第一節(jié) 概 述,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,水渠段控制段泄槽段消能防沖設(shè)施出水渠,一、側(cè)槽溢洪道的布置特點二、側(cè)槽設(shè)計1、堰長2、槽底縱坡3、側(cè)槽橫斷面底寬（ b0、bL ）4、側(cè)槽橫向邊坡系數(shù)5、側(cè)槽

2、始端槽底高程與末端水深三、側(cè)槽水力計算要點,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,非常溢洪道簡介非常溢洪道類型漫流式自潰式爆破引潰式,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,思考題,河岸溢洪道簡介: 在水利樞紐中，為了防止洪水漫過壩頂，危及大壩和樞紐的安全，必須布置泄水建筑物，以宣泄水庫按運行要求不能容納的多余來水量。 常用的泄水建筑物有河床式溢洪道、河岸溢洪道。對于以土石壩及某些輕型壩型為主壩的樞紐，常在壩體以外的岸邊或天然埡

3、口布置溢洪道，稱河岸溢洪道。 溢洪道除應(yīng)有足夠的泄洪能力外，還應(yīng)保證在運用期間的自身安全和下泄水流與原河道水流得到良好的銜接。,第一節(jié) 概 述,一、河岸溢洪道的型式 河岸溢洪道其主要型式有 正槽溢洪道 側(cè)槽溢洪道 井式 虹吸式（1）正槽溢洪道：其泄槽與溢流堰軸線正交，過堰水流與泄槽軸線方向一致，如圖6-1所示。 正槽溢洪道適用于各種水頭和流量，并且水流條件好，運用管理方便。因此

4、，在實際工程中，大多數(shù)以土石壩為主壩的水利樞紐都采用這種溢洪道。,第一節(jié) 概 述,圖6-1正槽溢洪道布置圖1—進水段; 2—控制段; 3—泄槽; 4—消能防沖段;5—出水渠; 6—非常溢洪道; 7—土壩,第一節(jié) 概 述,,第一節(jié) 概 述,第一節(jié) 概 述,第一節(jié) 概 述,第一節(jié) 概 述,第一節(jié) 概 述,（2）側(cè)槽溢洪道：其溢流堰與泄槽的軸線接近平行，過堰水流在較短距離內(nèi)轉(zhuǎn)彎約90&#

5、186;，再經(jīng)泄槽泄入下游。它適宜壩肩山體高，岸坡較陡的情況。 圖6-2 側(cè)槽式溢洪道布置圖 1—洪道; 2—側(cè)槽; 3—泄水槽; 4—出口布消能段5—上壩公路; 6—土石壩,第一節(jié) 概 述,,第一節(jié) 概 述,（3）井式溢洪道：圖6-3所示，這種溢洪道由溢流喇叭口段、豎井段和泄洪隧洞段組成。水流進入環(huán)行溢流堰后，經(jīng)豎井和泄水隧洞段流入下游。這種泄水設(shè)施的主要建筑物是泄水隧洞. 缺點:水流條件復(fù)雜，超泄

6、能力小，容易產(chǎn)生空蝕和振動。在工程實踐中，布置這種泄洪設(shè)施往往與導(dǎo)流隧洞相結(jié)合，施工期采用隧洞導(dǎo)流，竣工后廢洞利用。專門布置豎井式溢洪道泄洪在我國應(yīng)用較少。,第一節(jié) 概 述,圖6-3 豎井式溢洪道示意圖 1—環(huán)形喇叭口; 2—漸變段; 3—豎井段 4—隧洞; 5—混凝土壩,第一節(jié) 概 述,,第一節(jié) 概 述,（4）虹吸式溢洪道：如圖6-4所示，它是一種封閉式溢洪道，其工作原理是利用虹吸的作用泄水。當(dāng)庫水位達到一定的

7、高程時，淹沒了通氣孔，水流經(jīng)過堰頂并與空氣混合，逐漸將曲管內(nèi)的空氣帶出，使曲管內(nèi)產(chǎn)生真空，虹吸作用發(fā)生而自動泄水。這種溢洪道的優(yōu)點是能自動調(diào)節(jié)上游水位，不需設(shè)置閘門。其缺點是超泄能力較小，構(gòu)造復(fù)雜，且工作可靠性較差，在大中型工程應(yīng)用較少。 以上四種類型的泄洪設(shè)施，前兩種設(shè)施的整個流程是完全敞開的，故又稱為開敞式溢洪道，而后兩種又稱為封閉式溢洪道。,第一節(jié) 概 述,圖6-4 虹吸工溢洪道示意圖 1—遮檐; 2—通氣孔

8、; 3—挑流坎; 4—曲管,第一節(jié) 概 述,,二、河岸溢洪道的位置選擇 考慮樞紐總體布置、地形、地質(zhì)、施工及運行、經(jīng)濟指標(biāo)等因素。 （1）樞紐總體布置:溢洪道布置應(yīng)結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免泄洪、發(fā)電、航運及灌溉等建筑物在布置上的干擾。其布置時合理選擇泄洪消能布置和型式，進水口應(yīng)短而直，出水渠應(yīng)與下游河道平順連接，避免下泄水流的沖刷及淤積， （2）地形、地質(zhì)條件，溢洪道應(yīng)布置在地形適宜、地質(zhì)堅固且穩(wěn)定的岸邊或天然

9、埡口的巖基上，以減少開挖量。,第一節(jié) 概 述,并應(yīng)盡量避免深挖，以免造成高邊坡失穩(wěn)或邊坡處理困難等問題。需要特別指出的是，在選擇溢洪道的位置時，應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)條件，以確保溢洪道的安全。（3）施工和運行: 應(yīng)使開挖出渣線路和堆渣場地便于布置，并考慮利用開挖出來的土石料作為筑壩材料，以減少棄料為運行方便，溢洪道不宜離水庫管理處太遠。,第一節(jié) 概 述,正槽溢洪道一般由進水渠段、控制段、泄槽段、消能防沖設(shè)施和出水渠五個部分組

10、成。一、進水渠 進水渠是水庫與控制段之間的連接段;作用:進水及調(diào)整水流。當(dāng)控制段鄰近水庫時，進水渠可用一喇叭形進水口代替，具體布置應(yīng)從三個方面考慮：（1）平面布置：進水渠在平面上最好按直線布置，且前緣不得有阻礙進流的山頭或建筑物，以便水流均勻平順入渠。受地形、地質(zhì)條件及上游河勢的影響需設(shè)置彎道時，彎道軸線的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于4倍渠底寬度。彎道與控制段之間應(yīng)布置一（2-3)H直線段過渡。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,（2）橫斷

11、面布置進水渠一般按梯形斷面，在控制段前緣過渡成矩形斷面。進水渠應(yīng)有足夠的斷面尺寸。 一般可先擬定流速，由流速控制斷面尺寸。進水渠流速，應(yīng)以大于庫水懸移質(zhì)的不淤流速和小于渠底不沖流速，一般不應(yīng)大于4m/s。在山勢陡峭、開挖量較大的情況下，也可達(5—7m/s）。進水渠一般可不襯護，當(dāng)為了減小水頭損失或滿足抗沖要求時，也可用混凝土、漿砌石襯護。（3）縱斷面布置進水渠的縱斷面應(yīng)布置成平坡或不大的反坡（傾向水庫）。當(dāng)控制段采用實用堰時

12、，堰前渠底高程宜比控制段堰頂高程低0.5Hs（Hs為堰面設(shè)計,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,水頭），以保持良好的入流條件和增大堰的流量系數(shù)。當(dāng)控制段采用寬頂堰時，渠底高程可與堰頂齊平或略為降低。二、控制段控制段又稱溢流堰段，是控制溢洪道泄洪流量的關(guān)鍵部位。1、堰型選擇 通常選寬頂堰、實用堰，有時采用駝峰堰。（1）寬頂堰 寬頂堰的特點是結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，水流條件穩(wěn)定，但流量系數(shù)較小。在泄洪量不大的中小型工程應(yīng)用較廣，堰

13、型布置如圖6-5（a）所示。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,寬頂堰的堰體用混凝土或漿砌石進行襯砌，使堰基免受沖刷，保持堰面平整光滑，以增加泄水能力。在堅實的巖基，有抗沖能力，可以不襯砌，但應(yīng)開挖的平整度對流量系數(shù)的影響。圖6-5 控制段堰形(a)—寬頂堰 (b)—實用堰,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,,（2）實用堰 實用堰的優(yōu)點是堰面流量系數(shù)比寬頂堰大，泄水能力強，但施工相對復(fù)雜。在大中型工程中，特別

14、是在泄洪流量較大的情況下，多采用這種堰型，如圖6-5（b）所示。我國多采用：WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰和克一奧剖面堰；堰面的水力學(xué)參數(shù)可參見《水力學(xué)》或有關(guān)設(shè)計手冊。對于重要工程，其水力學(xué)參數(shù)應(yīng)由水工模型試驗進行驗證或修正。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,（3）駝峰堰 駝峰堰是一種復(fù)合圓弧低堰，如圖6-6所示。它的特點是堰體較低，流量系數(shù)較大，設(shè)計與施工難度介于WES堰與寬頂堰之間，對地基要求相對較低，適用于軟弱巖性地基。,圖6-6 駝峰

15、堰常見的剖面圖,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,2、堰面參數(shù)對流量的影響定型設(shè)計水頭Hd的選擇 在堰頂水頭不變的情況下，Hd愈小，流量系數(shù)愈大，但是，過小的Hd將對堰面產(chǎn)生不利影響。對于低堰（P1≤1.33Hd），堰面出現(xiàn)危險負壓的機會比高堰少。 當(dāng)P1≤1.33Hd 時，取Hd=(0.65～0.85)Hmax。當(dāng)P1≥1.33Hd時，取Hd=(0.75～0.95)Hmax。（2）實用堰高度選擇 堰高對流量系數(shù)也有較大的影響，

16、實踐證明，低實用堰的流量系數(shù)隨P1/Hd的減小而減小。在確定Hd的前提下，P1愈小，則m愈小。當(dāng)P1/Hd＜0.3時，m值明顯降低，為了獲得較大流量系數(shù)，一般要求P應(yīng)大于0.3Hd。對駝峰堰取P1=（.24-0.34）Hd。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,表6-1 P/H ～m關(guān)系表,,,,,,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,在低堰中，下游堰高不足時，過堰水流將不能保證自由宣泄，從而出現(xiàn)流量系數(shù)隨著堰頂水頭增加而降低的現(xiàn)象

17、。因此:下游堰高P2必須保持一定的高度，一般: P2≥0.6Hd。（3）堰長對流量的影響對于寬頂堰，堰長L（沿水流方向）對流量影響也很大。當(dāng)堰長L＞10H時（H為堰頂水頭），堰面流態(tài)已發(fā)生了質(zhì)的變化。此時，不能按寬頂堰公式計算過堰流量。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,三、泄槽 泄槽的水流特點是高速、紊亂、摻氣、慣性大，對邊界變化非常敏感。當(dāng)邊墻有轉(zhuǎn)折時，就會產(chǎn)生緩沖擊波，對下游消能產(chǎn)生不利影響；當(dāng)水流的佛氏數(shù)Fr＞

18、2時，將會產(chǎn)生波動和摻氣現(xiàn)象；若流速超過15m/s時，可能產(chǎn)生空蝕問題。因此，應(yīng)注重泄槽的合理布置。1、泄槽的平面布置泄槽在平面上應(yīng)盡量按直線、等寬和對稱布置。當(dāng)泄槽較長，為減少開挖，可在泄槽的前端設(shè)收縮段、末端設(shè)擴散段，但必須嚴(yán)格控制。為了適應(yīng)地形地質(zhì)條件，減少工程量，泄槽軸線也可設(shè)置彎道。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,（1）收縮角與擴散角當(dāng)泄槽的邊墻向內(nèi)收縮時，將使槽內(nèi)水流產(chǎn)生陡沖擊波。沖擊波的波高取決于邊墻的偏轉(zhuǎn)角θ，其

19、值越大，波高則越大。當(dāng)邊墻向外擴散時，水流將產(chǎn)生緩沖擊波。若擴散角θ過大，水流將產(chǎn)生脫離邊墻的現(xiàn)象。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制其邊墻的收縮角和擴散角。一般不宜大于6°-8°。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,設(shè)計時，邊墻的收縮角和擴散角可按下式計算： (6-1)

20、 式中 θ——邊墻與泄洪槽中心線夾角（°）； K——經(jīng)驗系數(shù)，一般取3.0； Fr——擴散段或收縮段的起、止斷面的平均佛氏數(shù)； h——擴散段的起、止斷面的平均水深，m； ν——擴散段的起、止斷面平均流速（m/s）。,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,工程經(jīng)驗和試驗資料表明:

21、當(dāng)收縮角和擴散角控制在6゜以內(nèi)時，槽內(nèi)的水流流態(tài)較好。當(dāng)θ ＜6°時，可不進行沖擊波驗算。對重要工程還應(yīng)進行水工模型試驗。（2）彎道設(shè)計 泄槽在平面上必須設(shè)彎道時，彎道應(yīng)設(shè)置在流速較小、水流平穩(wěn)、底坡較緩，且無變化的部位。轉(zhuǎn)彎時，應(yīng)采用較大的轉(zhuǎn)彎半徑及適宜的轉(zhuǎn)角。矩形斷面:可取r=(4-6)B，轉(zhuǎn)角θ ≥20°。圖6-7所示?？稍谥本€與彎道之間設(shè)緩和過渡段。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,圖6-7 泄

22、槽平面布置示意圖,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,,,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,緩和曲線段可采用大圓弧曲線，其軸線半徑r可取2rc,長度取 。2、泄槽的縱剖面布置 泄槽縱剖面設(shè)計主要是選擇適宜的縱坡。，因此，對于長度較短的泄槽，宜采用單一的縱坡。為了保證不在泄槽上產(chǎn)生水躍，縱坡不宜太緩，而太陡的縱坡對泄槽的底板和邊墻的自身穩(wěn)定不利。因此，必須大于水流臨界坡。常用縱坡為1%-15%。 當(dāng)泄槽較長時，為了

23、適應(yīng)地形地質(zhì)條件，減少開挖量，泄槽沿程可隨地形、地質(zhì)變化而變坡，但變坡次數(shù)不宜多，且以由緩變陡為好。,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,圖6-8 變坡處拋物線連接,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,,縱坡由緩變陡，應(yīng)避免緩坡段末端出射的水流脫離陡坡段始端槽底而產(chǎn)生負壓和空蝕現(xiàn)象。為此，應(yīng)在變坡處采用與水流軌跡相似的拋物線過渡，如圖6-8所示。拋物線方程按下式確定

24、 （6-2）式中 H0—拋物線起始斷面的比能（m）， h—拋物線起始斷面水深（m）； ν—拋物線起斷面平均流速 （m/s）； θ—變坡處前段坡角（°）； K —系數(shù)，重要工程取1.5；其余1.1～1.3。,,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,縱坡由陡變緩時，由于槽面體型變化和離心力的作用，流態(tài)復(fù)雜，壓力分布變化大，水流紊動強烈

25、，該處容易發(fā)生空蝕，應(yīng)盡量避免。如無法避免，變坡處用 R≥(8～10)H 反弧段。3、泄槽的橫斷面 泄槽的橫斷面應(yīng)盡可能按矩形布置，并進行襯砌。這種斷面流態(tài)較好，特別是消能設(shè)施采用底流消能時，能保證較好的消能效果。對于巖基較軟弱破碎或土基上的泄槽，可按梯形斷面布置，并加固邊坡護面或用擋土墻護砌。邊坡系數(shù)不應(yīng)大于1.5（以1.1～1.5為宜），以免水流外溢。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,泄槽的邊墻或襯護高度應(yīng)按水流波動及摻氣后

26、的水深加安全超高確定，水流波動及摻氣后的水深可按下式估算 （6-3）式中hb、h—分別為計入和不計入波動及摻氣的 計算斷面水深（m）； ν—為不計波動摻氣時計算斷面上的平均流速（m/s） 。 ζ —修正系數(shù)，一般取1.0～1.4（s/m），當(dāng)ν＞20 m/s時宜取大值。泄槽的安全超高可根據(jù)工程的規(guī)模和重要性決定，一般取0.5～1.5m。,,第二節(jié) 正 槽

27、溢 洪 道,設(shè)置彎道后，彎道處由于離心力和沖擊波共同作用下產(chǎn)生的橫向水面高差（圖6-9）按下式計算 （6-3）式中 ΔZ——橫向水面高差（m）； K——超高系數(shù)，其值可查表6-2； ν——計算斷面平均流速（m/s）；B—計算斷面水面寬度在水平方向的投影（m）； rc—彎曲中心軸

28、線對應(yīng)的半徑（m）。,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,圖6-9 彎道橫向水面超高,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,為消除彎道沖擊干擾，常將內(nèi)側(cè)渠底高程降低△Z，外側(cè)抬高△Z。4、泄槽的構(gòu)造 （1）泄槽的襯砌 為了保護槽基不受沖刷和風(fēng)化，泄槽一般都要進行襯砌。并且要求襯砌表面平整光滑，避免槽面產(chǎn)生負壓和空蝕；接縫處止水可靠，防止高速水流鉆入縫內(nèi)將襯砌掀動；排水暢通，有效降低襯砌底面的揚壓力而增加襯砌的穩(wěn)定性。 泄槽一般采用混

29、凝土襯砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂漿或細石混凝土砌石襯砌，但應(yīng)適當(dāng)控制砌體表面的平整度。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,襯砌厚度:工程規(guī)模，流速和地質(zhì)條件決定。目前，襯砌厚度尚未形成成熟的計算方法和公式，工程應(yīng)用中主要還是采用工程類比法確定:一般取0.4～0.5m左右，不應(yīng)小于0.3m。當(dāng)單寬流量或流速較大時，適當(dāng)加厚達0.8m。 為了防止溫變應(yīng)力引起溫度裂縫，重要的工程常在襯砌臨水面配置適量的鋼筋網(wǎng)，縱橫布置，每

30、方向的含鋼率約為0.1%～0.2%。 巖基上必要的情況下可布置錨筋:插入新鮮巖層，錨筋的直徑25mm以上，間距1.5～3.0m，插入巖基1.0～1.5m。土基:可增加襯砌厚度或增設(shè)上下游齒墻。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,（2）襯砌的分縫、止水和排水為控制溫度裂縫，除了配置溫度鋼筋外，泄槽襯砌還需要在縱、橫方向分縫.一般采用10～15m，襯砌較薄時取小值。圖6-10 襯砌的接縫型式,第二節(jié) 正

31、槽 溢 洪 道,,襯砌的接縫: 平接、搭接和鍵槽接等如圖6-10所示。垂直于流向的橫縫比縱縫要求高，宜采用搭接式，巖基較堅硬且襯砌較厚時也可采用鍵槽縫；縱縫可采用平接縫。 為防止高速水流通過縫口鉆入襯砌底面，將襯砌掀動，所有的伸縮縫都應(yīng)布置止水，其布置要求與水閘底板基本相同。 襯砌的排水設(shè)施:在縱、橫伸縮縫下面布置，縱、橫貫通。巖基上的橫向排水，通常在巖基開挖溝槽并回填碎石形成。溝槽尺寸一般取0.3m×0.3m

32、，頂面蓋上木板或瀝青油毛氈，防止?jié)仓r砌時砂漿進入而影響排水效果。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,縱向排水:一般在溝內(nèi)放置透水的混凝土管，直徑10 cm～20cm，視滲水多少而定。施工時:縱、橫排水溝應(yīng)注意開挖成一定的坡度，保證橫向排水匯集的滲水盡快地匯集到縱向排水管，并順暢地排往下游。土基平鋪式排水: 由30cm厚度的碎石層形成。粘性土地基:應(yīng)先鋪一層厚0.2～0.5m的砂礫墊層，再鋪碎石，或直接在砂礫墊層中布置透水混凝土管

33、形成排水層。對于細砂地基，則應(yīng)先鋪一層厚0.2～0.4m的粗砂，再做碎石排水層。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,泄槽兩側(cè)的邊墻: 墻頂高程:可由泄槽的水面曲線高程并考慮水流波動和摻氣高度及安全超高確定。 邊墻的結(jié)構(gòu):如基巖良好，可做成襯砌式，其結(jié)構(gòu)與底板襯砌相同，厚度一般不小于30cm，且用鋼筋與巖坡錨固。邊墻本身無需設(shè)置縱縫，但多在與邊墻接近的底板設(shè)置縱縫（見水閘分離式底板布置）；橫縫應(yīng)與底板貫通。較差巖基將邊墻做成重力

34、式擋土墻。邊墻止水和排水:排水應(yīng)與底板下面橫向排水連通。注意: 止水排水是防止動水壓力和揚壓力對襯砌穩(wěn)定影響而采取的有力措施，對保證泄槽的安全運用是很重要的，切勿忽視其作用而馬虎從事，以致造成工程事故。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,四、消能防沖設(shè)施溢洪道泄水:單寬流量大、流速高，能量集中，如果消能設(shè)施考慮不當(dāng)，出槽的高速水流與下游河道的正常水流不能妥善銜接，易造成下游河床和岸坡沖刷，甚至?xí)＜耙绾榈赖陌踩：影兑绾榈老茉O(shè)

35、施:一般采用挑流消能或底流消能，有時也可采用其他型式的消能措施。挑能消能:一般適用巖石地基的高中水頭樞紐，消能設(shè)施的平面形式有等寬式，擴散式和收縮式（包括窄縫式），挑流鼻坎有連續(xù)式，差動式等。采用挑流消能時，應(yīng)考慮挑射水流的霧化對樞紐其他建筑物運行的影響。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,挑流坎的結(jié)構(gòu)型式:如圖6-11所示，圖（a）為重力式，圖（b）為襯砌式，前者適用較軟弱巖基或土基，后者適用堅實完整巖基。 挑流坎上還常設(shè)置

36、通氣孔和排水孔，如圖6-12所示。通氣孔的作用是從邊墻頂部孔口向水舌補充空氣，以免形成真空影響挑距或造成結(jié)構(gòu)空蝕?？采吓潘子脕砼懦椿《畏e水；坎底排水孔則用來排放地基滲水，降低揚壓力。底流消能適用于土基或軟弱巖基，其消能原理和布置與水閘相應(yīng)內(nèi)容基本相同。,,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,圖6-11 挑流鼻坎的型式(a)—重力式 (b)—錨筋薄護層式1—面板； 2—齒墻； 3—護坦； 4—鋼筋； 5—錨筋,第二節(jié) 正

37、槽 溢 洪 道,,圖6-12 挑坎構(gòu)造 （單位：㎜）1—縱向排水； 2—護坦； 3—混凝土齒墻； 4—Φ50㎝通氣孔； 5—Φ10㎝排水管,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,,五、出水渠 出水渠的作用是使溢洪道下泄的洪水順暢地流入下游河床。當(dāng)消能防沖設(shè)施直接與河床連接時，可不另設(shè)出水渠。此時，必須通過水文計算和洪水調(diào)查等方法確定下游河床水位，同時還應(yīng)考慮建庫后可能發(fā)生的水位變化。出水渠的布置優(yōu)先考慮利用天然溝谷，并采用

38、必要的工程措施，如明挖或布置成小型跌水，以較小的投資，保證溝谷受到?jīng)_刷或坍塌時不影響泄洪和危及當(dāng)?shù)孛穹考捌渌ㄖ锏陌踩钩隽髌巾槡w入原河道。,第二節(jié) 正 槽 溢 洪 道,一、側(cè)槽溢洪道的布置特點 側(cè)槽溢洪道一般適用于壩肩山頭較高，岸坡較陡，不利于布置正槽溢洪道且泄流量相對較小的情況。其布置特點： 溢流堰在側(cè)槽的側(cè)邊，進槽水流從側(cè)向進流，縱向泄流，溢流堰既是低堰也是側(cè)槽的一邊槽壁。其主要優(yōu)點是溢流堰可大致沿地形等高線布置

39、，并沿河岸向上游延伸，以減少開挖量。其主要缺點是進堰水流首先沖向?qū)γ娴牟郾?，再向上翻騰，產(chǎn)生旋渦，逐漸轉(zhuǎn)向再泄經(jīng)下游，形成一種不規(guī)則的復(fù)雜流態(tài)，與下游水面銜接難以控制，給側(cè)槽的布置造成困難。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,由于岸坡較陡，側(cè)槽的橫斷面宜按窄深式布置。這樣，有利于增加槽內(nèi)水深，穩(wěn)定流態(tài)。在陡峭的山坡上，窄深斷面要比寬淺斷面節(jié)省開挖量。以圖6-13為例，如窄深斷面過水面積為ω1，寬淺斷面過水面積

40、為ω2，當(dāng)ω1= ω2時，窄深斷面可節(jié)省開挖面積。 側(cè)槽溢洪道的溢流堰可采用實用堰、寬頂堰和梯形堰，但采用實用堰較多。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,圖6-13 側(cè)槽挖方量比較圖虛線為窄深斷面 實線為寬淺斷面,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,,圖6-14 側(cè)槽水面曲線計算簡圖,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,,1、堰長側(cè)槽堰長（即溢流前緣長度）與堰型，堰頂高程，堰頂水頭和溢洪道的最大設(shè)計流量有關(guān)。堰型應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模，流量大小

41、選擇，對于大、中型工程一般選擇實用堰。溢流堰長度可接如下公式計算 （6-5） 式中： Q——溢洪道的最大泄流量，m3/s；H——堰頂水頭，m，行近流速水頭可忽略；m——流量系數(shù)，與堰型有關(guān)。,,二、側(cè)槽設(shè)計,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,2、槽底縱坡 側(cè)槽應(yīng)有適宜的縱坡以滿足泄洪要求。由于過堰水流的大部份能量消

42、耗于槽內(nèi)水體間的旋轉(zhuǎn)撞擊，水流的順槽流速完全取決于水體的自重和水力比降。因此，槽底縱坡應(yīng)有一定的坡度。當(dāng)縱坡較陡時，槽內(nèi)水流為急流，水流不能充分摻混消能，并且槽中水深很不均勻，最大水深可高于平均水深的5%～20%。 槽底縱坡應(yīng)取單一縱坡，且小于槽末斷面水流的臨界坡。當(dāng)槽底縱坡較緩時，槽內(nèi)水流為緩流，水流流態(tài)平衡均勻，并可較好地摻混消能。初步擬定時，一般采用槽底縱坡為0.05左右，最大以不超過0.1為宜。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道

43、,3、側(cè)槽橫斷面底寬（ b0、bL ） 為了適應(yīng)流量沿程不斷增加的特點，側(cè)槽橫斷面底寬應(yīng)沿側(cè)槽軸向自上而下逐漸加大。根據(jù)地形地質(zhì)條件選若干起始斷面底寬b0 ，并經(jīng)過經(jīng)濟比較確定。側(cè)槽末端斷面底寬bL可按比值b0/ bL確定。一般來說， b0/ bL值愈小，側(cè)槽開挖量愈省。但是， b0/ bL過小時，由于槽底需要開挖較深，將增加緊接側(cè)槽末端水流調(diào)整段的開挖量。因此，合理的b0/ bL值應(yīng)根據(jù)槽址的地形地貌條件通過比較確定。通常的b

44、0/ bL值宜采用0.25～0.65〔即 bL =（1.5～4.0） b0 〕。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,4、側(cè)槽橫向邊坡系數(shù) 側(cè)槽橫向邊坡系數(shù)（圖6-15），以較陡為宜，一般采用=0.3～0.5；靠溢流堰一側(cè)，溢流曲線以下一般可采用=0.5左右。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,,5、側(cè)槽始端槽底高程與末端水深 側(cè)槽的槽底高程，以滿足溢流堰為非淹沒出流和減少開挖量作為控制條件。由于側(cè)槽沿程水面為一降落曲線，因此，

45、確定槽底高程的關(guān)鍵所在是首先確定側(cè)槽起始斷面水面高程，并由該水面高程減去斷面水深求得該處的槽底高程。試驗研究結(jié)果表明：為節(jié)省開挖量，適當(dāng)提高渠底高程，常取側(cè)槽起始斷面水位高出堰頂水位 hs=0.5H,據(jù)此確定槽底高程。,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,側(cè)槽水面曲線的推算，首先必須確定控制斷面水深hL ?？刂茢嗝嬉话氵x用側(cè)槽末端斷面（若設(shè)水平調(diào)整段，則以調(diào)整段末端為控制斷面），由該斷面的臨界水深hk計算側(cè)槽未端水深hL 。為減少側(cè)槽開

46、挖量，應(yīng)使側(cè)槽末端斷面水深hL盡量接近經(jīng)濟斷面水深。江西省水利科學(xué)研究所的研究成果認為，采用hL=(1.2～1.5)hk較為理想，hk為該斷面的臨界水深，當(dāng)b0/ bL=5時取1.5； b0/ bL=1.0 時取1.2，其余情況按內(nèi)插法選用。 為保證側(cè)槽未端實際水深與理論水深hL一致，常需在側(cè)槽末端設(shè)置一水平調(diào)整段與泄槽連接，并在調(diào)整段末端設(shè)置控制斷面。調(diào)整段的長度以不小于（2～3）hk為宜；,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,三

47、、側(cè)槽水力計算要點 側(cè)槽水力設(shè)計的目的是選擇適宜的側(cè)槽底板縱坡和斷面尺寸，以減少開挖量。在滿足泄洪的前提下，使側(cè)槽水流呈緩流流態(tài)，實現(xiàn)水流均勻平穩(wěn)地進入泄槽，改善后接建筑物的水流條件。實踐證明，側(cè)槽水流在各級流量下均保持為緩流是難予做到的，但在泄放設(shè)計流量時，應(yīng)保證槽內(nèi)水流為緩流（即非淹沒流）。根據(jù)水庫調(diào)洪演算確定的水位、流量、堰頂高程和水頭，可按下述步驟進行側(cè)槽的水力計算：,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,（1）選擇堰型，根據(jù)最

48、大設(shè)計流量Qmax和相應(yīng)的設(shè)計水頭Hmax計算溢流前緣靜長度L。（2）根據(jù)地形地質(zhì)及施工條件，在平面地形圖上布置側(cè)槽的有關(guān)尺寸。可選擇幾組槽底寬度b0、bL，縱坡i0和橫截面坡度系數(shù)m，進行經(jīng)濟比較，選出較合理的數(shù)值。（3）根據(jù)設(shè)計流量和控制斷面寬度bk（圖6-15中，bk=bL），計算控制斷面的臨界水深，進而計算側(cè)槽末端水深。（4）根據(jù)側(cè)槽末端水深hL、控制斷面臨界水深hk和底寬b0、bL，計算相應(yīng)斷面流速vL、vk，并由下式確

49、定控制斷面坎高d,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,(6-6) 式中 hL、vL ——分別為側(cè)槽末端水深和流速； hk、vk ——分別為側(cè)槽控制斷面臨界水深和流速； ζ——局部水頭損失系數(shù)，可取0.2。（5）將側(cè)槽沿程劃分為若干計算段，定出若干斷面（斷面編號從始端開始依次編為1、2、3、4、……），近似按如下公式計算各斷面流量Qi (6-7)式中 q ——流

50、量，近似取（m3/sm）； Q——設(shè)計流量（m3/s）；,,,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,L——溢流堰凈長（m）； Xi——計算斷面至側(cè)槽始端水平距離（m）； Qi——計算斷面流量（m3/s）。（6）側(cè)槽水面曲線推算 側(cè)槽水面曲線推算是從側(cè)槽末端水深hL向上游推算，如圖6-16所示,相鄰兩計算斷面的水深關(guān)系可接下式求得

51、 (6-8)式中：hi、hi+1 —為相鄰兩計算斷面水深； ΔXi——相鄰兩計算斷面水平距離； θi——側(cè)槽槽底面與水平面的夾角； ΔY——相鄰兩計算斷面水面差。,,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,圖6-16 水力計算示意圖,,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,,當(dāng)側(cè)槽縱坡很小時， ，此時，式（6-8）可簡化為如下形式：

52、 （6-9） 在槽中不發(fā)生水躍的情況下，相鄰兩計算斷面落差可由動量原理推出的差分公式計算 （6-10）式中 v1 、v2 —為相鄰兩計算斷面的

53、流速； Q1、Q2 —為相鄰計算斷面的流量，m3/s； ——兩計斷面平均摩阻比降 ；,,,,,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,n——側(cè)槽底板糙率，混凝土為0.011-0.017,巖石為0.025-0.045； ——相鄰兩計算斷面的平均流速（m/s）,； ——相鄰兩計算斷面的平均水力半徑，。 一般工程，可忽略摩阻水頭損失 ，則上式可簡化為如下形式

54、 (6-11)利用公式（6-11）和（6-9）推求水面曲線時，應(yīng)采用試算法。試算法的步驟是：1）已知h2，b2，v2，Q2（如側(cè)槽未端斷面）和Q1，假設(shè)一個ΔY ；2）把ΔY代入公式（6-9）計算1－1斷面水深h1；,,,,,第三節(jié) 側(cè) 槽 溢 洪 道,3）計算1－1斷面過水面積，并計算 ；4）把v1，v2，Q1，

55、Q2代入式（6-11）計算ΔY；5）比較計算值ΔY與假設(shè)值ΔY ，若二者相等，則ΔY就是相鄰兩斷面的水面落差；否則，應(yīng)重新假設(shè)ΔY值，重復(fù)上述計算，直至相等為止. （7）槽底高程確定側(cè)槽槽底高程的確定，首先要確定泄槽起始斷面高程，然后按選定的側(cè)槽縱坡確定其他斷面底部高程。起始斷面槽底高程可根據(jù)側(cè)槽首端溢流堰允許的淹沒水深，定出側(cè)槽起始斷面水位，由該水位減去相應(yīng)水深求得該截面底部高程。其他斷面槽底高程可按槽底縱坡確定。,,第三節(jié)

56、 側(cè) 槽 溢 洪 道,我國《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（SL253-2000）規(guī)定，在具備合適的地形、地質(zhì)條件時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后,溢洪道可布置為正常溢洪道和非常溢洪道，必要時,正常溢洪道可分為主、副。 非常溢洪道在土石壩樞紐中應(yīng)用最多，這是因為土石壩一般不允許洪水漫過壩頂?shù)奶攸c決定的。作為保壩措施，它的運用任務(wù)是宣泄超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪量。超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪量既包括校核洪水位與設(shè)計洪水位之間的洪量，也包括壩址出現(xiàn)超過校核洪水位的特大洪量。

57、非常泄洪道的啟用標(biāo)準(zhǔn)：一般情況下，當(dāng)庫水位達到設(shè)計洪水位后即應(yīng)啟用。由于超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水是稀遇的，故非常溢洪道啟用機會很少，為此非常溢洪道的結(jié)構(gòu)布置可以簡化些。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,除了控制段和泄洪能力不能降低標(biāo)準(zhǔn)以外，其余部分都可以簡化布置。如泄槽可不襯砌，消能防沖設(shè)施可不布置，以獲得全面綜合的經(jīng)濟效益。 非常溢洪道的位置應(yīng)與大壩保持一定的距離，以泄洪時不影響其他建筑物為控制條件。為了

58、防止泄洪造成下游的嚴(yán)重破壞，當(dāng)非常泄洪道啟用時，水庫最大總下泄流量不應(yīng)超過壩址相同頻率的天然洪水量。非常溢洪道一般分為漫流式、自潰式和爆破引潰式。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,一、漫流式漫流式非常溢洪道的布置與正槽溢洪道類似，堰頂高程應(yīng)選用與非常溢洪道啟用標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的水位高程?？刂贫危ㄒ缌餮撸┩ǔ２捎没炷粱驖{砌石襯砌，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與正槽溢洪道控制段相同，以保證泄洪安全。控制段下游的泄槽和消能防沖設(shè)施，如行洪過后修復(fù)費用不高時可簡

59、化布置，甚至可以不做消能設(shè)施?？刂贫慰刹辉O(shè)閘門控制，任憑水流自由宣泄。溢流堰過水?dāng)嗝嫱ǔＷ龀蓪挏\式，故溢流前緣長度一般較長。因此，這種溢洪道一般布置在高程適宜、地勢平坦的山坳處，以減少土石方開挖量。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,圖6-17 漫頂自潰式非常溢洪道進水口斷面圖 單位：m（a）國內(nèi)某水庫非常溢洪道示意圖（b）國外某水庫漫頂自潰堤斷面圖1—土堤； 2—公路； 3—自潰堤各段間隔墻； 4—草皮護面；5—0.3

60、m厚混凝土護面； 6—0.6m厚1.5m深的混凝土截水墻；7—0.6m厚、3.0m深混凝土截水面,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,,二、自潰式 自潰式非常溢洪道有漫頂溢流自潰式和引沖自潰式兩種型式。 漫頂溢流自潰式由自潰壩（或堤）、溢流堰和泄槽組成。自潰壩布置在溢流堰頂面，壩體自潰后露出溢流堰，由溢流堰控制泄流量，如圖6-17所示。自潰壩平時可起擋水作用，但當(dāng)庫水位達到一定的高程時應(yīng)能迅速自潰行洪。為此，壩體材料宜選

61、擇無粘性細砂土，壓實標(biāo)準(zhǔn)不高，易被水流漫頂沖潰。當(dāng)溢流前緣較長時，可設(shè)隔墻將自潰壩分隔為若干段，各段壩頂高程應(yīng)有差異，形成分級分段啟用的布置方式，以滿足庫區(qū)出現(xiàn)不同頻率稀遇洪水的泄洪要求。浙江南山水庫自潰式非常溢洪道，采用2 m寬的混凝土隔墻將自潰壩分為三段。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,各段壩頂高程均不同，形成三級啟用形式，除遇特大洪水時需三級都投入使用外，其他稀遇洪水情況只需啟用一級或兩級，則行洪后的修復(fù)工程量亦可減

62、少。自潰式非常溢洪道的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價低廉；缺點是運用的靈活性較差，潰壩時具有偶然性，可能造成自潰時間的提前或滯后。國內(nèi)已建工程一般在6m以下。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,引沖自潰式也是由自潰壩、溢流堰和泄槽組成 ，在壩頂中部或分段中部設(shè)引沖槽，如圖6-18所示。當(dāng)庫水位超過引沖槽底部高程后，水流經(jīng)引沖槽向下游泄放，并把引沖槽沖刷擴大，使壩體自潰泄洪。這種自潰方式在潰決過程中流量逐漸加大，對下游防護較有利，

63、故自潰壩體高度可以適當(dāng)提高。對于溢流前緣較長的壩，也可以按分級分段布置。引沖槽槽底高程、尺寸和縱向坡度可參照已建工程擬定。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,圖6-18 某水庫引沖自潰壩式溢洪道(a)上游立視圖； (b)A-A剖面圖1-自潰堤；2-引沖槽； 3-引沖槽底；4-混凝土堰；5-卵石；6-粘土斜墻；7-反濾層,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,,應(yīng)當(dāng)指出，自潰式溢洪道在潰壩泄洪后，需在水位降落后才能修復(fù)，如果堰頂高程較低

64、，還會影響水庫當(dāng)年的蓄水量。但是，非常溢洪道的啟用機遇是很小的，故這種影響一般不大。關(guān)鍵的問題是保證自潰土壩在啟用時必須能按設(shè)計要求被沖潰，為此應(yīng)參照已建工程經(jīng)驗進行布置，并應(yīng)通過水工模型試驗驗證。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,三、爆破引潰式 與自潰式類似，爆破引潰式非常溢洪道是由溢洪道進口的副壩、溢流堰和泄槽組成。當(dāng)溢洪道啟用時，引爆預(yù)先埋設(shè)在副壩廊道或藥室的炸藥，利用爆破的能量把布置在溢洪道進口的副壩強行炸開決口，并炸松

65、決口以外壩體，通過快速水流的沖刷，使副壩迅速潰決而泄洪。如果這種溢洪措施副壩較長時，也可分段爆破。爆破的方式、時間可靈活、主動掌握。由于這種引潰方式是由人工操作的，因而使壩體潰決有可靠的保證。圖6-19為我國沙河水庫溢洪道的副壩藥室布置圖。,第四節(jié) 非 常 溢 洪 道,應(yīng)當(dāng)指出，非常溢洪道由于設(shè)計理論不完善，實踐經(jīng)驗不足，在運用中還存著不少問題，在設(shè)計和運用中應(yīng)謹慎對待。若啟用不當(dāng)，將造成不必要的人為洪峰，反而會加重下游的災(zāi)情。,