第六章河岸溢洪道 第一节概述 水库枢纽三大件: 挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物 溢洪道:宣泄水库中容纳不下的多余洪水,保证大坝及工程的安全 布置方式: 与大坝相结合,布置在河床中间,成为河床式溢洪道,如重力坝、拱坝的溢流坝段 ②当大坝为土石坝,溢洪道就不能与大坝结合,不能布置在河床中,需要布置在河岸边 (水库边),成为河岸式溢洪道 河岸溢洪道的类型 类型 开敞式溢洪道:正槽式侧槽式 正溢洪道 封团式溢洪道:井式、虹吸式 非常溢洪道:漫流式、自溃式、爆破引溃式 1.正槽式溢洪道 水流过溢流堰后,水流方向不变,进入泄水槽 特点:水流平顺,泄水能力强,结构简单,常用。 适用:岸边有合适的马鞍形山口时,此时开挖量最小。 正槽溢洪道图 2侧植式溢洪道 水流过堰后,转向约90°,进入泄水槽。 特点:水流条件复杂,水面极不平稳,结构复杂,对大坝有影响 适用:两岸山体陡峭,无法布置正槽式溢洪道,可在坝头一端布置侧槽式溢洪道,此 时溢流堰的走向与等高线大体一致,可减少开挖量,但水流就有转向问题。适用于中、小型工 程 第1页
第 1 页 第六章 河岸溢洪道 第一节 概述 ⚫ 水库枢纽三大件： 挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物。 ⚫ 溢洪道：宣泄水库中容纳不下的多余洪水，保证大坝及工程的安全。 ⚫ 布置方式： ① 与大坝相结合，布置在河床中间，成为河床式溢洪道，如重力坝、拱坝的溢流坝段。 ② 当大坝为土石坝，溢洪道就不能与大坝结合，不能布置在河床中，需要布置在河岸边 （水库边），成为河岸式溢洪道。 一、 河岸溢洪道的类型 ⚫ 类型： 开敞式溢洪道：正槽式、侧槽式。 正常溢洪道： 封闭式溢洪道：井式、虹吸式。 非常溢洪道：漫流式、 自溃式、爆破引溃式 1. 正槽式溢洪道 水流过溢流堰后，水流方向不变，进入泄水槽。 ⚫ 特点：水流平顺，泄水能力强，结构简单，常用。 ⚫ 适用：岸边有合适的马鞍形山口时，此时开挖量最小。 正槽溢洪道图 2.侧槽式溢洪道 水流过堰后，转向约 90°，进入泄水槽。 ⚫ 特点：水流条件复杂，水面极不平稳，结构复杂，对大坝有影响。 ⚫ 适用：两岸山体陡峭，无法布置正槽式溢洪道，可在坝头一端布置侧槽式溢洪道，此 时溢流堰的走向与等高线大体一致，可减少开挖量，但水流就有转向问题。适用于中、小型工 程
侧槽溢洪道图 3.井式溢洪道 ●特点:是管流,泄水能力低,水流条件复杂,易出现空蚀,应用较少 井式溢洪道图 4虹吸式溢洪道 ●原理:溢洪道由曲管组成,曲管最顶部设通气孔,通气孔的出口在水库的正常高水位 处,当水库的水位超过正常高水位,淹没了通气孔,曲管内没有空气,泄水时有虹吸作用,可 增加泄水能力 ●特点:结构复杂,不便检修,易空蚀,超泄水能力小。用于中小型工程。 虹吸式溢洪道图 河床式溢洪道的位置选择 1.安全方面 修建在坚固的岩石地基上,必须修在挖方上,两侧山体必须保证稳定,水流进出口不宜离大 坝太近。 2.经济方面 第2页
第 2 页 侧槽溢洪道图 3.井式溢洪道 ⚫ 特点：是管流，泄水能力低，水流条件复杂，易出现空蚀，应用较少。 井式溢洪道图 4.虹吸式溢洪道 ⚫ 原理：溢洪道由曲管组成，曲管最顶部设通气孔，通气孔的出口在水库的正常高水位 处，当水库的水位超过正常高水位，淹没了通气孔，曲管内没有空气，泄水时有虹吸作用，可 增加泄水能力。 ⚫ 特点：结构复杂，不便检修，易空蚀，超泄水能力小。用于中小型工程。 虹吸式溢洪道图 二、 河床式溢洪道的位置选择 1. 安全方面 修建在坚固的岩石地基上，必须修在挖方上，两侧山体必须保证稳定，水流进出口不宜离大 坝太近。 2. 经济方面
选择高程合适的马鞍形山口,开挖方量少,出水归河,冲毁农田要少。 3施工运用方面 为管理运用方便,不宜离大坝太远,施工中要考虑出渣线路、堆渣场地,最好开挖的土石料 能用在修坝中。要考虑爆破的影响 第二节河岸溢洪道 正槽式溢洪道的组成 组成部分:进水渠、控制段、泄水槽、消能设施、出水渠 1进水渠 往往溢流堰不能紧靠水库,需修建进水渠将水库中的水平顺引至堰前。 要求:应将水平顺引至堰前,在引水过程中,尽量减小水头损失,即在合理的开挖条 件下,减小水流流速 平面布置 长度尽量短,轴线尽量平直,最好为直轴线,如需转弯,R>5B(渠底宽),且堰前有足够长 的直线段,保证正向进水。堰前进口为喇叭形。 ②横断面 应足够大,以减小流速,减小水头损失,一般流速为1~2m/s 断面形状为梯形,应注意边坡稳定。做好衬砌,减小糙率。 ③纵断面 底坡采用逆坡或平坡,渠底高程要低于堰顶高程。 二、控制段 溢洪道的控制段包括:溢流堰及两侧连接建筑物。是控制溢洪道泄流能力的关键部位 (一)溢流堰的形式 溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰,有时也是用驼峰堰、折线形堰。溢流堰的体形应尽量满足 增大流量系数,在泄 流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等。 (1)宽顶堰宽顶堰的特点是结构简单,施工方便,但流量系数较低。由于宽顶堰荷载小, 对承载力较差的土基适应能力较强,因此,在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应 用较广,如图所示。 第3页
第 3 页 选择高程合适的马鞍形山口，开挖方量少，出水归河，冲毁农田要少。 3.施工运用方面 为管理运用方便，不宜离大坝太远，施工中要考虑出渣线路、堆渣场地，最好开挖的土石料 能用在修坝中。要考虑爆破的影响。 第二节 河岸溢洪道 一、 正槽式溢洪道的组成 组成部分：进水渠、控制段、泄水槽、消能设施、出水渠。 1.进水渠 往往溢流堰不能紧靠水库，需修建进水渠将水库中的水平顺引至堰前。 ⚫ 要求：应将水平顺引至堰前，在引水过程中，尽量减小水头损失，即在合理的开挖条 件下，减小水流流速。 ① 平面布置 长度尽量短，轴线尽量平直，最好为直轴线，如需转弯，R>5B（渠底宽），且堰前有足够长 的直线段，保证正向进水。堰前进口为喇叭形。 ② 横断面 应足够大，以减小流速，减小水头损失，一般流速为 1～2m/s。 断面形状为梯形，应注意边坡稳定。做好衬砌，减小糙率。 ③ 纵断面 底坡采用逆坡或平坡，渠底高程要低于堰顶高程。 二、控制段 溢洪道的控制段包括：溢流堰及两侧连接建筑物。是控制溢洪道泄流能力的关键部位。 （一）溢流堰的形式 溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也是用驼峰堰、折线形堰。溢流堰的体形应尽量满足 增大流量系数，在泄 流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等。 （1）宽顶堰 宽顶堰的特点是结构简单，施工方便，但流量系数较低。由于宽顶堰荷载小， 对承载力较差的土基适应能力较强，因此，在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应 用较广，如图所示
(2)实用堰实用堰与宽顶堰相比较,实用堰的流量系数比较大,在泄量相同的条件下需要 的溢流前缘较短,工程量相对较小,但施工较复杂。大、中型水库,特别是岸坡较陡时,多采 用这种型式,如图所示 ●泄流能力:溢洪道中的实用堰一般都比较低矮,其流量系数介于溢流重力坝和宽顶堰 之间。实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面曲线型式等因素有关 剖面形式:WES标准剖面堰、克一奥型剖面堰 定型设计水头Hd。低堰泄流时由于下游堰面水深比较大,堰面一般不会出现过大的负 压,不致发生破坏性的空蚀和振动,因此在设计溢洪道的低堰时,可选择较小的定型设计水头 使高水位时的流量系数加大 根据实验研究,定型设计水头可采用(060.75)Hma 上游堪高P1溢流堰按上游堰高P1和定型设计水头H的比值分为高堰(P1/H>1.33 和低堰(P/H≤1.33)。高堰的流量系数接近一个常数,一般不随PH的变化而受影响:低堰的 流量系数则随P1/H4的减小而降低,流量系数的变化如表61。这是因为进水渠中流速加大,水 头损失加大,同时过堰水舌下缘垂直收缩不完全,压能增大,动能减小 为了获得较大的流量系数,一般上游堰高P1≥0.3Hd ●下游堰高P2:低堰的流量系数还与下游堰高P2有关。当堰顶水头较大,下游堰高P2不足, 堰后水流不能保证自由泄流时,将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。 为了消除这种现象,下游堰高一般应P2≥06H。溢洪道中的实用堰一般都比较低矮,其流量 系数介于溢流重力坝和宽顶堰之间。实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面 曲线型式等因素有关。 wES幂曲线:可按下式计算: x"=kHy 式中:H4堰面曲线定型设计水头; …人y…-原点下游堰面曲线横、纵坐标 上游堰坡有关的指数 k-P1/H4>1.0时,k值见表6-1;当P1H≤1.0时,取k=20~22 设计溢流堰堰面曲线,首先要确定定型设计水头H。对于P1<1.33H的低堰,H=(0.65-0.85) Hhax(Hx为校核流量下的堰上水头)。泄流时由于下游堰面水深比较大,堰面一般不会出现危 险负压,即使在最大水头超过H的1.18-1.54倍的情况下,堰面负压也不会超过006MPa,不 致发生破坏性的空蚀和振动。 堰顶上游堪面曲线 第4页
第 4 页 （2）实用堰 实用堰与宽顶堰相比较，实用堰的流量系数比较大，在泄量相同的条件下需要 的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采 用这种型式，如图所示。 ⚫ 泄流能力：溢洪道中的实用堰一般都比较低矮，其流量系数介于溢流重力坝和宽顶堰 之间。实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面曲线型式等因素有关。 ⚫ 剖面形式：WES 标准剖面堰、克—奥型剖面堰。 ⚫ 定型设计水头 Hd。低堰泄流时由于下游堰面水深比较大，堰面一般不会出现过大的负 压，不致发生破坏性的空蚀和振动，因此在设计溢洪道的低堰时，可选择较小的定型设计水头， 使高水位时的流量系数加大。 根据实验研究，定型设计水头可采用（0.6~0.75）Hmax。 ⚫ 上游堰高 P1 溢流堰按上游堰高 P1 和定型设计水头 Hd 的比值分为高堰（P1/Hd＞1.33） 和低堰(P1/Hd≤1.33)。高堰的流量系数接近一个常数，一般不随 P1/Hd 的变化而受影响；低堰的 流量系数则随 P1/Hd 的减小而降低，流量系数的变化如表 6-1。这是因为进水渠中流速加大，水 头损失加大，同时过堰水舌下缘垂直收缩不完全，压能增大，动能减小。 为了获得较大的流量系数，一般上游堰高 P1≥0.3 Hd。 ⚫ 下游堰高 P2：低堰的流量系数还与下游堰高 P2 有关。当堰顶水头较大，下游堰高 P2 不足， 堰后水流不能保证自由泄流时，将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。 为了消除这种现象，下游堰高一般应 P2≥0.6 Hd。溢洪道中的实用堰一般都比较低矮，其流量 系数介于溢流重力坝和宽顶堰之间。实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面 曲线型式等因素有关。 ⚫ WES 幂曲线：可按下式计算： x kH y n d n −1 = （6.1） 式中：Hd—堰面曲线定型设计水头； x、y----原点下游堰面曲线横、纵坐标； n----与上游堰坡有关的指数； k----当 P1/Hd >1.0 时，k 值见表 6-1；当 P1/Hd 1.0 时，取 k=2.0~2.2； 设计溢流堰堰面曲线，首先要确定定型设计水头 Hd。对于 P1 1.33Hd 的低堰，Hd=（0.65~0.85） Hmax（Hmax 为校核流量下的堰上水头）。泄流时由于下游堰面水深比较大，堰面一般不会出现危 险负压，即使在最大水头超过 Hd 的 1.18~1.54 倍的情况下，堰面负压也不会超过 0.06MPa，不 致发生破坏性的空蚀和振动。 ⚫ 堰顶上游堰面曲线：
双圆弧曲线,如图所示。 水库校核洪水位 r=kHd y 三圆弧曲线,上游堰面铅直,如图所示。 L0.276H =赶Py 3、椭圆曲线,可按下列方程计算: (bHa-y) 式中a、b--椭圆曲线参数,当P1/H2时,a=0215~0.28,b=0.1270.163;P1/H小,a与b 取小值。 上游堰面采用倒悬:应满足d>Hma/2,如图 水库校核洪水位 kHy 低堰的流量系数还与下游堰高P2有关。当堰顶水头较大,下游堰高P2不足,堰后水流不能保 证自由泄流时,将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。为了消除这种现象,下游堰高P ≥0.6Hd 溢流堰顶部曲线的长度对流量系数也有影响。当堰顶曲线长度不足以保持标准实用堰的外形 轮廓时,流量系数将受到影响而降低。对克一奥Ⅰ型剖面堰其曲线终点(切点)的坐标应满足: 第5页
第 5 页 1、 双圆弧曲线，如图所示。 2、 三圆弧曲线，上游堰面铅直，如图所示。 3、椭圆曲线，可按下列方程计算： 1 ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 = − + d d d bH bH y aH x 式中 a、b---椭圆曲线参数，当 P1/Hd<2 时，a=0.215~0.28，b=0.127~0.163；P1/Hd 小，a 与 b 取小值。 上游堰面采用倒悬：应满足 d>Hmax/2,如图。 低堰的流量系数还与下游堰高 P2 有关。当堰顶水头较大，下游堰高 P2 不足，堰后水流不能保 证自由泄流时，将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。为了消除这种现象，下游堰高 P2 0.6 Hd。 溢流堰顶部曲线的长度对流量系数也有影响。当堰顶曲线长度不足以保持标准实用堰的外形 轮廓时，流量系数将受到影响而降低。对克—奥Ⅰ型剖面堰其曲线终点（切点）的坐标应满足：