泄水建筑物PPT课件
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泄水建筑物
溢流坝的消能防冲
• (一)底流消能
• 底流消能是在下游修建消力池，通过水跃，将泄 水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动 能的消能方式。消能主要靠水跃产生的表面漩滚 与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用，如 图所示。
溢流坝的消能防冲
• (二)挑流消能
• 挑流消能是利用泄水建筑物出口处的挑流鼻坎，将下泄急流 挑射至空中，然后跌落在离建筑物较远的河床，与下游水流 衔接的消能方式。能量的耗散分为三部分：急流沿固体边界 的摩擦消能；射流在空中与空气的摩擦、掺气、扩散消能； 射流落入下游尾水中淹没紊动扩散消能，如) 溢流坝的特点 • 溢流坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。所以 设计溢流坝时，除应满足抗滑稳定和强度要求以 外，还需根据洪水特性、枢纽布置、工程造价、 水库运用方式及下游河道安全泄量等问题，经技 术经济比较，研究确定溢流坝的位置选择、泄水 方式的组合、泄量分配以及堰顶和泄水孔口高程 与位置等，同时要考虑下游的消能问题。
1-戽内漩滚；2-戽后底部漩滚；3-下游表面漩滚；4-戽后涌浪
• 检修闸门布置在工作闸门的上游，与工作 闸门之间的间距为1～3m，便于检修人员工 作。检修闸门是在工作闸门、建筑物及机 械设备需要进行检修时起临时挡水作用， 如油漆工作闸门、更换止水橡胶等。 • 闸墩的作用是分隔闸孔，承受闸门传来的 水压力，作为坝顶桥梁的支撑。闸墩的厚 度与闸门形式有关。
(三)溢流坝构造
溢流坝的消能防冲
• （四）消力戽消能
• 消力戽的构造类似于挑流消能设施，但其鼻坎潜设在水下，下泄水流 在被鼻坎挑到水面时，形成涌浪，同时在消力戽内、消力戽下游的水 流底部以及消力戽下游的水流表面形成三个旋滚，即所谓“三滚一 浪”，见图所示。消力戽的作用主要在于使消力戽内的旋滚消耗大量 能量，并将高速水流挑至水面，减轻对河床的冲刷。
水力学：泄水建筑物下游的水流衔接与消能
1
12
H1 ht z
z
vt2
2 g12
v12
2g
vt
q ht
v1
q hc02
z
q2 2g
1
1ht
2
( hc02 )2
❖ ③ 临界水跃的跃后水深hc02 ❖ 根据挖池后的收缩断面水深hc0用水跃共轭水
深的公式求得。用试算法求解。
z
q2 2g
1
1ht
2
( hc02 )2
d hc02 ht z
H
a1
v02
2g
hc0
vc20
2g
vc20 2g
❖
令H
a1
v02
2g
T ， 2Tvg02为 有T0 效水头，T0为有效总水头，
则
T0
hc0
(
)
vc20 2g
1
1
2
T0
hc0
vc20
2g 2
vc0
Q Ac0
T0
hc0
Q2
2g 2 Ac20
一、收缩断面水深的计算
T0
hc0
Q2
2g 2 Ac20
综合式消力池：适用范围较广
（一）消力池的水力计算
❖ (1) 池深d的计算
❖ 计算原则：使消力池中形成稍有淹没的水跃，
要求池末水深
h2 ， 一hc02般取
，1.h05c02
为池中发生临界水跃时的跃后水深。
h2 hc02 ht d z
d hc02 ht z
（一）消力池的水力计算
面流式消能：将下泄的高速水流导向 下游水流的上层，主流与河床被巨大 的底部旋滚隔开。余能主要通过水舌 扩散，流速分布调整及底部旋滚与主 流的相互作用而消除。
水工建筑物溢流坝 ppt课件
水工建筑物
09水工（三）班
水工建筑物溢流坝
1
泄水重力坝 （设计要点）
A. 稳定和强度 B. 洪水特性、水利枢纽布置、地形、地质 C. 工程造价、水库运营方式、下游河道安全
泄量
水工建筑物溢流坝
2
位置的选择
➢对与宽阔河道，泄水重力坝应布水流妥善衔接以及减小土石 方开挖
➢对与狭窄河道，加大泄水重力坝的泄流单 宽流量以缩短泄流前沿长度或采用泄水重 力坝与电站厂房重叠布置
水工建筑物溢流坝
3
泄水建筑物的泄水方式
✓ 表面溢流式 ：（溢流重力坝和岸边溢洪道） 特点：泄流能力大，造价低，承担
泄洪任务，按调洪演算水库调节后的流量 确定，具有超泄潜力 ✓ 深水泄流式 ：（坝身泄水孔和河岸泄水 隧洞） 特点：灵活性强，提高水库利用 率和安全程度，有排沙、放空水库、导流 等功能，比较经济
数， L0为溢流前沿总长，d为闸墩厚度 开敞溢流式
时：Q溢=nbεm√̅̅2gH0^ 3/2 （H0 为堰顶水头）
大孔
口溢流式： Q溢=nbam √̅̅2g(H0-ɑa ) a为闸门开启高度
水工建筑物溢流坝
6
闸门和启闭机
（1）闸门：工作闸门、检修闸门和事故闸门 工作闸门：平面闸门和弧形闸门 ①平面闸门
9
横缝的布置
• ①缝设在闸墩中间，当各坝段间产生不均 匀沉降时，不致影响闸门启闭，工作可靠， 缺点是闸墩厚度较大
• ②缝设在溢流孔中，闸墩成为整体墩，可 使大跨度弧形闸门支铰结构得到加强，但 易受地基不均匀沉降的影响
水工建筑物溢流坝
10
泄水重力坝设计中关于高速水流的 几个问题
• 空蚀、掺气、压力脉动和冲击波 • ①空化和空蚀：
优点：结构简单，闸墩受力条件好，可共用一 个活动式启门机 缺点：启门力力较大，闸墩 较厚水流条件差 ②弧形闸门 优点：启门力力 较小，闸墩较薄，无门槽，水流平顺 缺点：闸 墩较长，受力条件差 （2）启闭机：活动式和固定式
09水工（三）班
水工建筑物溢流坝
1
泄水重力坝 （设计要点）
A. 稳定和强度 B. 洪水特性、水利枢纽布置、地形、地质 C. 工程造价、水库运营方式、下游河道安全
泄量
水工建筑物溢流坝
2
位置的选择
➢对与宽阔河道，泄水重力坝应布水流妥善衔接以及减小土石 方开挖
➢对与狭窄河道，加大泄水重力坝的泄流单 宽流量以缩短泄流前沿长度或采用泄水重 力坝与电站厂房重叠布置
水工建筑物溢流坝
3
泄水建筑物的泄水方式
✓ 表面溢流式 ：（溢流重力坝和岸边溢洪道） 特点：泄流能力大，造价低，承担
泄洪任务，按调洪演算水库调节后的流量 确定，具有超泄潜力 ✓ 深水泄流式 ：（坝身泄水孔和河岸泄水 隧洞） 特点：灵活性强，提高水库利用 率和安全程度，有排沙、放空水库、导流 等功能，比较经济
数， L0为溢流前沿总长，d为闸墩厚度 开敞溢流式
时：Q溢=nbεm√̅̅2gH0^ 3/2 （H0 为堰顶水头）
大孔
口溢流式： Q溢=nbam √̅̅2g(H0-ɑa ) a为闸门开启高度
水工建筑物溢流坝
6
闸门和启闭机
（1）闸门：工作闸门、检修闸门和事故闸门 工作闸门：平面闸门和弧形闸门 ①平面闸门
9
横缝的布置
• ①缝设在闸墩中间，当各坝段间产生不均 匀沉降时，不致影响闸门启闭，工作可靠， 缺点是闸墩厚度较大
• ②缝设在溢流孔中，闸墩成为整体墩，可 使大跨度弧形闸门支铰结构得到加强，但 易受地基不均匀沉降的影响
水工建筑物溢流坝
10
泄水重力坝设计中关于高速水流的 几个问题
• 空蚀、掺气、压力脉动和冲击波 • ①空化和空蚀：
优点：结构简单，闸墩受力条件好，可共用一 个活动式启门机 缺点：启门力力较大，闸墩 较厚水流条件差 ②弧形闸门 优点：启门力力 较小，闸墩较薄，无门槽，水流平顺 缺点：闸 墩较长，受力条件差 （2）启闭机：活动式和固定式
河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件05-溢流坝和坝身泄水孔
坝顶溢流
坝型：实体重力坝、宽 缝重力坝、重力拱坝、 双曲拱坝、大头坝、连 拱坝等。 特殊问题是高速水流， 如闸门振动、局部空蚀、 水流掺气、脉动、消能 等
坝身泄水孔
混凝土坝中，坝身泄水 孔是常用的泄水建筑物。 特殊问题是高速水流， 如闸门振动、局部空蚀、 水流掺气、脉动、消能 等
§2 混凝土溢流坝
水流衔接分析
(a) 下游水位流量关系曲线Q～t与Q～h2曲线恰巧重合，即在各级泄量下均产生临 界水跃，因而不用修建消力池、消力坎等消能设施，只需在水跃范围内设置护坦。 当然，这是一种理想的情况，在实际工程中是罕见的。 (b) Q～t曲线位于Q～ h2曲线之下，即在各级流量下，下游水深均小于共轭水深， 将产生远驱水跃，为了节省下游过长的河床加固保护，即缩短下游护坦的长度， 必须设置消力池，消力坎或两者结合的综合消力池，以促使在池内的护坦上产生 底流水跃消能。 (c) Q～t曲线位于Q～h2曲线之上，即在各级泄量下，下游水深‘均大于共轭水深 h2，这时水跃将被尾水推向上游，而总是处于淹没状态。当t大于h2过多时，例如 淹没度超过30%时，消能效果大为降低，甚至成为高速潜流而不发生水跃，对下 游河床将产生严重的冲刷，在这种情况下，工程上曾采用倾斜护坦以保证在各种 水位和泄量时，都能在护坦上产生淹没度不太大的水跃，倾斜护坦的起坡点取决 于最大泄量时水跃前端的位置，倾斜护坦的一般长度约为最大泄量时水跃长度的 60%。
CH.5 混凝土溢流坝和坝身泄水孔
§1 概述
①库容有限，把水库容纳不下的洪水有控制地泄放到下游；②满足灌 溉、航运、供水(城市及工业)、放空水库、冲沙排沙等要求，必须根据 实际需要进行放水。 溢流坝是将溢流孔设于坝顶，泄洪时水流以自由堰流的方式过坝，其 泄流量与堰顶水头的3/2次方成正比，即随着库水位升高，泄量也迅速 加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大。 坝身泄水孔是将泄流进口布置在设计水位以下一定深度的部位。按孔 口设置的高程分为中孔和深孔(底孔)，前者进口位于坝体的中部，后者 位于坝体的下部。按孔内水流状态又可分为有压泄水孔和无压泄水孔 两种。有压泄水孔指高水位闸门全开泄水时整个孔道都处于满流承压 状态；无压泄水孔指泄水时除进口附近一段有压外其余各部分都处于 明流无压状态。
重力坝—重力坝泄水孔(水工建筑物课件)
x
y y=x/2 6.25 2H
A压组进坡成口l段B：曲① X：面C段进D：1口E:O4曲～Yb1面1/4:6段椭F，、圆长压曲3坡面～段。6m、。检修门、工作无闸压门泄。水进水口示意图
2
2
h1
2
h1
2
检R修门①： JJ平21 ==面EBFC闸的 的门坡 坡。度 度
X
2ห้องสมุดไป่ตู้
O
axr222=+0.by12D22 =1
无压泄水孔体型设计与构造
三峡混凝土实体重力坝
故县混凝土实体重力坝
潘家口水库宽缝重力坝
伊泰普混凝土空心重力坝 涌溪碾压混凝土重力坝
南告浆砌石重力坝
无压泄水孔示意图
特点： 组成： 断面：
检修、工作闸门在进口处，门前有压、门后无压。
压力短管、闸门、明流段、
消能设施。
矩形、城门洞形。
A B DE
1 2
CF
Y =(0.05
0.08)W
l
A
X
O
①
B
DY C Eb
F
1:12 2
W=(1.5 2.0)D
R①
J1 =BC的坡度 J2 =EF的坡度
2
2
设计要求： 形成稳定的无压流态，严禁明满流交替。
办法：
孔顶应有安全超高。
顶部超高：
矩形断面： H (30% 50%)Hmax 城门洞形： H (20% 30%)Hmax 拱高 Hmax----最大流量时不掺气水深。
按自由射流水舌底缘曲线设计，槽底曲线方程为：
重力加速度
为防止负压产生而 采用的安全系数
设计步骤： 1.建立坐标系 2.方程 3.坐标点
泄水建筑物
ii. 灌溉隧洞：满足引水高程的要求。 iii. 排沙洞：高程宜较低。 iv. 放空和施工导流的隧洞：高程一般较低。
2、隧洞进口的进水方式
（1）表孔溢流式
－无压流；
－顺直对称。
（2）深水进口式
－无压的或有压。
（二）隧洞的出口
I.
II.
保证水流下泄安全，出流平稳。
有压隧洞：出口的断面积收缩为
洞身断面的80%～90%。
进水渠 泄槽 控制段 消能段 出水渠
一、各组成部分的设计 1、引水渠
作用：使水流平顺地进入控制段。 原则：合理开挖量下，尽量减少水头损失，增加泄流能力。 断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形。
立面上平底或者不大的逆坡，渠底高程比堰顶高程低。 进口布置形式：喇叭口或者长引水渠。
2、控制段 控制溢洪道泄流能力的关键部位，尽量靠近上游。 溢流堰型式：常用宽顶堰，实用堰，驼峰堰，带胸 墙的溢流堰等
掺气装置
形成掺气空间（借助于低挑坎，跌坎等） 通气系统（给掺气空间通气）
高度通常0.6－2.75m 高度通常0.1-0.8m，挑 角5-7°，斜面坡度1/10
（五）泄槽边墙高度的确定 计算水深＋安全超高（0.5～１.5）m
v h b (1 )h 100
四、出口消能段及尾水渠
溢洪道出口的消能方式与溢流重力坝基本相同。 挑流消能：适用于较好的岩基，泄槽挑流冲刷坑不 影响建筑物的安全。 底流消能：适用于地质较差情况。
低流速无压隧洞：曲率半径≥5倍 洞径（或洞宽），曲线两端设直 线段； 高流速无压隧洞：避免曲线段； 高流速有压隧洞：试验研究确定。
3、水流条件
进口水流顺畅，减少水头损失。
与下游河道平顺衔接。
泄水建筑物
• 正常溢洪道在布置运作上有时也可分为主 溢洪道和副溢洪道，但这种布置是有条件 限制的，应根据地形地质，枢纽布置，坝 形，洪水特性及对下游的影响等因素研究 确定。主溢洪道宣泄常见的洪水，而非常 溢洪道在特大洪水或者少见的洪水时才会 启用，因此，运行机会少，可用简单的结 构建造，以获得全面综合的经济效益。
第四章 泄水建筑物
第一节 泄水建筑物的分类与作用 定义：用来宣泄水流的水工建筑物成为泄水 建筑物
分类
一、按功能分 1、泄洪建筑物 2、泄水孔 二、按泄水方式分 1、坝顶溢流式 2、大孔口溢流式 3、坝身泄水孔 4、明六泄水道 5、泄水洪水 2、预泄库水 3、放空水库 4、排泄泥沙 5、引水取水 6、施工导流
二、其他形式的溢洪道
• 1、侧槽溢洪道：侧槽溢洪道的泄槽与溢流 堰轴线平行。水流通过溢流堰后进入侧槽， 然后转约90°进入泄槽流入下游。侧槽溢 洪道一般由溢流堰、侧槽、泄水道和出口 消能段等组成。 • 侧槽沿程均有水流注入，会形成紊流，因 此要求建筑在坚硬的岩石基础上，进行较 强的衬砌，以保证安全。
泄水隧洞的工作特点
• 1、泄水隧洞是一种地下结构，与一般的地 下建筑物一样，水工隧洞开挖后，周围岩 体的应力平衡状态遭破坏，容易引起岩石 破碎、掉落。所以水工隧洞必须进行衬砌。 • 衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧 道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永 久性支护结构。
• 2、水工隧洞具有深式过水建筑物特征。隧 洞进口位于水下，闸门承受较大水压。洞 身在泄水时，要承受高流速、高水压力。 所以，要求隧洞体型要与之相适应，以免 产生破坏。 • 3、施工场地狭窄。由于隧洞的断面小，施 工场地狭窄，工作面小。且洞内施工程序 多，相互干扰变大，容易产生事故。
三、按布置形式分
第一讲施工导流方式与泄水建筑物
各建一道拦河围堰，使水流经河床以外的临时或 永久泄水道下泄。主体工程建成或接近建成时， 再将临时泄水道封堵！
2010 .09
第一节 施工导流的基本方式 二、全段围堰法导流
2. 适用条件： 一般适用于河床狭窄，基坑工作面不大，水深 流急、覆盖层较厚难于修建纵向围堰，难于实现 分期导流的工程。
2010 .09
第一章 施工水流控制
施工导流广义上可以概括为：“导、截、拦、蓄、泄”
1. 导 如何将水流导向下游？
2. 截 ？
如何将原河床的水流拦断，使其按照我们的意图下泄
3. 拦 如何在洪水来临时，拦住洪水，保证整个水利枢纽的 安全渡汛?
4. 蓄 如何在工程建设的中后期及时蓄水，保证工程的效益 按时发挥？
5. 泄 如何保证水流顺畅流向下游？
导流泄水方式与布置
隧洞导流
洞线选择 地质条件是洞线选择的核心，是成功的关键 尽量使洞线平直，使进出流顺畅 一般控制弯道转角小于600，曲率半径大于5倍洞径或洞宽
导流泄水方式与布置
涵管导流
布置 应有良好的地基，一般应坐落在岩基上 应尽量采用明流泄水，减少振动，防止空蚀 一般应呈直线布置，当水头大于20m，不允许设置弯道 土石坝中，当围堰与坝体相结合时，往往是上游围堰越高 越经济 慎重研究进口型式和洞内流态，消除负压和空蚀 为了防止洞身渗漏，一般设置截流环
第一章 施工水流控制
Chapter1 Construction Diversion
第一章 施工水流控制
在河流上修建水工建筑物，施工期间往往与通航、 筏运、渔业、灌溉或水电站运行等水资源综合利用的要 求发生矛盾。
在河流上修建水利水电工程时，为了使水工建筑 物能在干地上进行施工，需要用围堰围护基坑，并将河 水引向预定的泄水通道往下游宣泄，这就是施工导流。
2010 .09
第一节 施工导流的基本方式 二、全段围堰法导流
2. 适用条件： 一般适用于河床狭窄，基坑工作面不大，水深 流急、覆盖层较厚难于修建纵向围堰，难于实现 分期导流的工程。
2010 .09
第一章 施工水流控制
施工导流广义上可以概括为：“导、截、拦、蓄、泄”
1. 导 如何将水流导向下游？
2. 截 ？
如何将原河床的水流拦断，使其按照我们的意图下泄
3. 拦 如何在洪水来临时，拦住洪水，保证整个水利枢纽的 安全渡汛?
4. 蓄 如何在工程建设的中后期及时蓄水，保证工程的效益 按时发挥？
5. 泄 如何保证水流顺畅流向下游？
导流泄水方式与布置
隧洞导流
洞线选择 地质条件是洞线选择的核心，是成功的关键 尽量使洞线平直，使进出流顺畅 一般控制弯道转角小于600，曲率半径大于5倍洞径或洞宽
导流泄水方式与布置
涵管导流
布置 应有良好的地基，一般应坐落在岩基上 应尽量采用明流泄水，减少振动，防止空蚀 一般应呈直线布置，当水头大于20m，不允许设置弯道 土石坝中，当围堰与坝体相结合时，往往是上游围堰越高 越经济 慎重研究进口型式和洞内流态，消除负压和空蚀 为了防止洞身渗漏，一般设置截流环
第一章 施工水流控制
Chapter1 Construction Diversion
第一章 施工水流控制
在河流上修建水工建筑物，施工期间往往与通航、 筏运、渔业、灌溉或水电站运行等水资源综合利用的要 求发生矛盾。
在河流上修建水利水电工程时，为了使水工建筑 物能在干地上进行施工，需要用围堰围护基坑，并将河 水引向预定的泄水通道往下游宣泄，这就是施工导流。
泄水建筑物分类功能与案例讲义
•流溪河拱坝
•滑雪道式
适用于下泄流量较 大，要求下泄水流落 点远离坝址，或利用 厂房顶溢流的拱坝。
我国已建的乌江渡 重力拱坝、东江拱坝、 紧水滩拱坝等都采用 了这种形式。
•乌江渡拱坝
七、溢流坝的下游连接
1.挑流消能
2.底流消能
2.底流消能
3.面流消能
4.消力戽消能
4.3坝身泄水孔
•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：净空高度=（0.3-0.5） h max不掺气
– 孔顶拱形：拱脚距水面高度= （0.2-0.3） h 不掺气
• 底坡i
– 直线：i>ik – 抛物线：y=15.5y1/2 或y=x2/6H H—工作闸门孔口中心线处水头
实践证明：可能出现的最大洪水比设计中采 用的 万年一遇的洪水还要大，其原因：
1、设计采用的万年一遇洪水是调查资料经过 处理后得到的，历史上是否出现过比这更 大的洪水，很难说
2、人类对生态环境的破坏，尤其是乱砍滥伐 森林，使洪水径流、汇流的时间更短，洪 水更集中，峰值更大。
为此，从工程安全和经济利益全面考虑， 大中型水库除有正常（主要）溢洪道之外， 加设非常（辅助）溢洪道是非常必要的。
一、重力坝的泄水孔
1.作用：预泄水库、排沙、导流、发电供水 2.工作条件：孔内流速高，易引起空蚀、闸门振 动，孔道体形设计重要；深水闸门水压力大、启 闭力大，门体结构、止水、启闭设备复杂，检修 不便。
3.类型：
• 1）按所处高度分：中孔、底孔 • 2）按布置层数分：单层、双层 • 3）按流态分：有压、无压
无压泄水孔
–3）通气孔二个
– 检修门后通气孔、平压管同于 有压孔
水工概论 泄水建筑物
1、挑流消能 该消能方式优点：简单、经济、工期短；缺点：尾水活 动比较大，雾化大，影响电站工作。鼻坎挑流消能一般 适用于基岩比较坚固的中、高溢流重力坝。
六、溢流坝的下游消能措施
2.底流消能
主要通过水流内部的旋滚、摩擦、掺气和撞击达到消 能的 目的,以减轻对下游河床的冲刷。底流消能工作可靠，但工 程量较大，多用于低水头、大流量的溢流重力坝。
第二节 泄水建筑物
溢流重力坝的工作特点
溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流,又是泄水建 筑物, ，坝体设计除要满足稳定和强度要求外，还要满 足下列要求： 1、要有足够的泄水能力（孔口尺寸、孔口体形、流量 系数） 2、除了满足强度稳定条件外，还要满足泄洪要求（要 尽量减小高速水流带来的问题：负压、振动；下游流态 平瞬，减小局部冲刷；控制水流设备）
2.闸墩厚度
闸墩厚度与闸门形式有关。采用平面闸门时需设闸 门槽，工作闸门槽深0· 5～2· om，宽1～4m，门槽处的闸 墩厚度不得小于1～1．5m，以保证有足够的强度。弧形 闸门闸墩的最小厚度为1．5～2．0m。如果是缝墩，墩厚 要增加o．5～1．0m。由于闸墩较薄，需要配置受力 钢 筋和温度钢筋。
二 重力坝的坝身泄水孔
二 重力坝的坝身泄水孔
1有压孔——泄流时孔内保持满流 有压工作闸门在出口，以稳定孔内水流保持有压，有 利门后补气减免空蚀，孔身断面尺寸小 关门时水压力大,对坝体σ、防渗不利 进口设事故闸门兼作检修闸门，平时兼用作挡水 孔断面：圆形，有利改善受力和提高过水能力
3.闸墩的长度和高度 闸墩的长度和高度，应满足布置闸门、工作桥、交通桥 和启闭机械的要求 。 4.边墩和导墙 溢流坝两侧设边墩也称边墙，一方面起闸墩的作用， 同时也起分隔溢流段和非溢流段的作用。
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.ห้องสมุดไป่ตู้
2
泄水建筑物
➢ 定义
主要作用为泄洪、排沙、施工期导流及初期蓄水时向下游 输水（防止河道断流），同时又要兼顾水电进水口前冲沙、 排漂及排冰等。
.
3
泄水建筑物
➢ 常见的形式
✓ 低水头水利枢纽的滚水坝、拦河闸（泄水闸）和冲沙闸 ✓ 高水头水利枢纽的溢流坝、溢洪道、泄水（底）孔、泄水
涵管、泄水隧洞 ✓ 由河道分泄洪水的分洪闸、溢洪堤 ✓ 由渠道分泄入渠洪水或多余水量的泄水闸、退水闸 ✓ 由涝区排泄涝水的排水闸、排水泵站等
本科毕业设计课程指导（三）
泄水建筑物设计
指导老师：刘 伟 指导地点：B1-201 指导时间：2016年4月18日
.
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参考文献
➢ 水工建筑物 ➢ 水力学 ➢ 混凝土重力坝设计规范 SL319-2005 ➢ 碾压式土石坝设计规范 SL274-2001 ➢ 溢洪道设计规范 SL253-2000 ➢ 面板堆石坝设计规范SL228-2013 ➢ 水工隧洞设计规范 SL279－2002 ➢ 水力计算手册 ➢ 水工设计手册（第七卷 泄水与过坝建筑物）
库容的要求，可将溢流表孔降低，设计成胸墙式表孔
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设计要点——溢流坝
➢ 主要设计内容
确定坝体断面、孔口尺寸和堰顶高程、溢流堰面曲线、 闸墩及坝段宽度。 说明：坝体断面选取除需满足水力学要求外，尚需满足重力 坝基本断面的要求。
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
✓ 建筑物的组成 标准式溢流表孔一般由上游曲线段、堰面曲线段、直线段、 反弧段以及两侧的闸墩组成。 1. 堰面形状 ① 堰顶上游堰头的曲线形式 双圆弧曲线 三圆弧曲线 椭圆曲线
① 挑流消能
R4~10h
h 为校核洪水位闸门全开时反弧段最低处的水深，m。
说明：反弧段流速 v < 16 m/s时，反弧段半径可取下限，流速 较大时，反弧段半径也宜选用较大值，以致取上限。
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
5. 反弧半径的确定
② 戽流消能
对于戽流消能，反弧段半径 R与流能比 K 有关，一般选择范围
设计要点——溢流坝
➢ 消能设计
✓ 挑流消能
消能方式：依靠水流在空中的扩散、与空气的摩擦和掺混、 跌入水垫时的扩散与碰撞，以及在水股两侧形成的旋滚等，消 耗分散水流的能量
优点：不需要保护下游河床，设计施工简便，工程量少 ，能 适应下游水位的较大变幅和便于检修
适用范围：坚硬岩石上的高、中坝，低坝需经论证才能选用 当坝基有延伸至下游的缓倾角软弱结构面，可能被冲坑切
3. 泄流能力
① 表孔敞泄泄流能力
QCm sB2gH0 3/2
② 表孔控泄泄流能力
QseB2gH0e
Q0seB 2gH0
0
1 e
H0
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
4. 水面线的确定 为了设计闸墩高度，导墙顶高程及选定弧形闸门支铰高程，需 知道水面线。 水面以上的安全超高可采用0.5~1.5m，对非直线段，安全超高 宜适当增加。
求确定
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
1. 堰面形状 ③ 溢流堰面下游的切点
求得切点坐标：
xi
k an
1/n1
Hd
yi
1 n
k 1/n1 n
Hd
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
2. 闸墩型式
溢流坝闸墩根据具体情况其墩头形状可采用矩形、半圆形、
尖圆形和楔形等型式。
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
1. 堰面形状 ② 堰顶下游堰面的曲线形式 堰顶下游堰面采用WES幂曲线。 WES幂曲线可按下式计算：
xn kHdn1y
Hd可根据容许负压的大小按堰顶最大作用水头 Hmax的75%~95%计算； n与上游堰坡有关的指数； k当P1/ Hd >1.0时，查表；当P1/ Hd ≤1.0时，k = 2.0 ~ 2.2
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泄水建筑物
➢ 分类
✓ 坝身式泄水建筑物：溢流坝，坝内泄水涵管 ✓ 岸边式泄水建筑物：岸边溢洪道，泄洪洞
➢ 泄水方式
✓ 堰流：通过溢流坝、溢洪道、溢流堤和全部开启的水闸的 水流
✓ 孔流：通过泄水隧洞、泄水涵管、泄水（底）孔和局部开 启的水闸的水流
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设计说明
➢ 泄水建筑物设计
✓ 泄水建筑物坝体结构设计 ✓ 泄水建筑物的水力设计
不掺气的水面线，如何确定参看《水工设计手册》（第7卷 p.8~11） 如水流掺气，则水深增加，边墙高度需相应增加，具体参看 《水工设计手册》（第7卷 p.167~172）
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
5. 反弧半径的确定
溢流坝下游反弧半径应结合下游消能方式来确定，对不同的消 能方式应选用不同的公式。
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设计要点——溢流坝段
泄水形式
布置方案和 轮廓尺寸
结构计算和 水力计算
若干个
与枢纽中其他建 筑物综合分析
经济合理 便于施工
最佳设计方案
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设计要点——溢流坝
➢ 溢流坝分类
溢流坝布置在主河道上，溢流表孔就其型式有开敞式和胸 墙式两种。 ✓ 开敞式：具有超泄能力大、水流平顺、结构简单、检查维
修方便和便于排除漂浮物等优点 ✓ 胸墙式：对于有些防洪工程，为满足汛前预泄，腾出防洪
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设计要点——溢流坝
➢ 开敞式溢流表孔的设计
1. 堰面形状 ③ 溢流堰面下游的切点
溢流堰面下游一般设直线段，也可不设直线段，直接与反弧
段相切链接。
溢流堰面下游切点可按照WES幂曲线切点斜率与直线段或反
弧段切点斜率相等的原则计算出。
WES幂曲线切点斜率
y
n
kH
n1 d
xn1
直线段或反弧段切点的斜率为 1 / a，a为大坝坝坡系数，由大坝的结构要
为 E / R =2.1 ~8.4
K
q g E 3/2
E / R 与 K 的相关曲线可由图查得。
③ 底流消能
参照挑流消能。
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设计要点——溢流坝
➢ 消能设计
✓ 消能方式的选择 根据工程的实际条件，确定消能方式，要求进 行充分论证 挑流消能、面流消能、底流消能、消力戽消能 以及消能方式的组合
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断而形成临空面，危及坝基稳定，或岸坡可能被冲塌时，不宜 采用挑流消能，或须做专门的防护措施
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设计要点——溢流坝段
➢ 消能设计
✓ 挑流消能
设计内容：
1. 选定挑坎的形式： 连续式，差动式和扭曲式等
2. 反弧半径R
3. 坎顶高程和挑角q
4. 估算水舌挑距、冲坑最大 深度以及对建筑物和岸坡的影 响等