【精品】第七节 渠系建筑物跌水与陡坡

第七节渠系建筑物—跌水与陡坡

一、落差建筑物的类型

当渠道通过地面过陡的地段时，为了保持渠道的设计比降，避免大填方或深挖方，往往将水流落差集中,修建建筑物联接上下游渠道，这种建筑物称落差建筑物。

●落差建筑物有跌水、陡坡、斜管式跌水和跌井式跌水等四种。其中跌水和陡坡应用最广。

●落差建筑物的设计,除满足强度和稳定要求外，水力设计是重要内容.布置时应使进口前渠道水流不出现较大的水面降落和雍高，以免上游渠道产生冲刷或淤积，出口处必须设置消能防冲设施，避免下游渠道的冲刷.

二、跌水

跌水有单级跌水和多级跌水两种形式,二者构造基本相同.一般单级跌水的跌差小于3～5米，超过此值时宜采用多级跌水。

（一）单级跌水

单级跌水常由进口连接段、跌水口、消力池和出口连接段所组成.

1．进口连接段

为使渠水平顺进入跌水口，使泄水有良好的水力条件，常在渠道与跌水口之间设连接段。其型式有扭曲面、八字墙、圆锥形等。扭曲面翼墙较好，水流收缩平顺，水头损失小，是常用型式.连接段长度L与上游渠底宽B和水深H的比值有关,B/H越大L越长.

2．跌水口

跌水口又称控制缺口，是设计跌水和陡坡的关键。为使上游渠道水面在各种流量下不产生雍高和降落，常将跌水口缩窄，减少水流的过水断面,以保持上游渠道的正常水深。跌水缺口的形式有矩形、梯形和底部加抬堰等形式。

3．跌水墙

跌水墙有直墙和倾斜面两种.多采用重力式挡土墙.由于跌水墙插入两岸,其两侧有侧墙支撑,稳定性较好，设计时常按重力式挡土墙设计，但考虑到侧墙的支撑作用，也可按梁板结构计算。为防止上游渠道渗漏而引起跌水下游的地下水位抬高，减小渗流对消力池底板等的渗透压力，应作好防渗排水设施.

4．消力池

跌水墙下设消力池，使下泄水流形成水跃，以消减水流能量。消力池在平面布置上有扩散和不扩散形式，它的横断面形式一般为矩形、梯形和折线形.折线形布置为渠底高程以下为矩形,渠底高程以上为梯形。

5．出口连接段

下泄水流经消力池后，在出口处仍有较大的能量，流速在断面上分布不均匀，对下游渠道常引起冲刷破坏。为改善水力条件，防止水流对下游冲刷,在消力池与下游渠道之间设出口连接段.其长度应大于进口连接段。

（二)多级跌水

多级跌水的组成和构造与单级跌水相同。只是将消力池作成几个阶梯，各级落差和消力池长度都相等，使每级具有相同的工作条件，并便于施工。

多级跌水的分级数目和各级落差大小，应根据地形、地质、工程量大小等具体情况综合分析确定。当受地形地质条件影响较大时，也可修建不连续的多级跌水.工程实践说明，多级跌水的跌水墙工程量与其数目成反比,即增加跌水数目，减小各级落差，在一般情况下，跌水墙的工程量将减小。

三、陡坡

陡坡由进口连接段、控制堰口、陡坡段、消力池和出口连接段组成。

陡坡的构造与跌水相似,不同之处是陡坡段代替了跌水墙。由于陡坡段水流速度较高,对进口和陡坡段布置要求较高,以使下泄水流平稳、对称且均匀地扩散,以利下游消能和防止对下游渠道的冲刷.

（一）陡坡段的布置

在平面布置上，陡坡底可作成等宽的、底宽扩散形和菱形三种。

●扩散形陡坡

陡坡段采用扩散形布置，可以使水流在陡坡上发生扩散，以减小单宽流量，这对下游消能防冲有利.陡坡的比降应根据修建陡坡处的地形、地质、跌差及流量大小等条件确定。当流量大、跌差大时,陡坡比降应缓一些；当流量较小、跌差小且地质条件较好时，可陡一些。土基上陡坡比降通常取1：2.5～1:5.

●菱形陡坡

菱形陡坡在平面布置上，上部扩散下部收缩，在平面上呈菱形。在收缩段的边坡上设置导流肋。这种布置使消力池段的边墙边坡向陡槽段延伸，使其成为陡坡边坡的一部分,从而使水跃前后的水面宽度一致，两侧不产生平面回流漩涡，使消力池平面上的单宽流量和流速分布均匀,减轻了对下游的冲刷.

●陡坡段的人工加糙

在陡坡段上进行人工加糙，对促使水流紊动扩散，降低流速，改善下游流态及消能均起着重要作用.常见的加糙形式有交错式矩形糙条、单人字形槛、双人字形槛、棋布形方墩等。

（二)消力池及出口连接段

陡坡出口消能一般都采用消力池,使水流在池中发生淹没水跃以消减水流能量，其

布置形式与跌水相似。为了提高消能效果，消力池中常设一些辅助消能工，如消力齿、消力墩、消力肋及尾槛等。

沿陡坡下泄的水流,受陡坡边界、坡度和糙度影响,对于梯形断面的消力池深度和长度按下式计：

●消力池深度s c

h h d -''= 28.0lg 74.13

20+="q E h h c c c ϕ2023

/4385.0E pq h c c φ= 1

.03/20)/(9.0p q m c =φ●消力池长度可按下式计算：L=(6-7)h c

″ ●消力池出口常用连接段与下游渠道连接。当消力池底宽大于下游渠道底宽时，出口连接段为平面收缩形式，其收缩率为1：3～1:8。消力池末端底部一般用1：2～1：3的反坡与下游渠道相连。出口连接段与下游渠道护砌段总长L ˊ=8~15hc ″,但在消力池内布置有辅助消能工时,可缩短为L ′=3~6hc ″.