第六章 溢洪道

第六章河岸溢洪道

教学要求：了解溢洪道作用和工作特点，掌握溢洪道设计的基本步骤和方法，熟悉溢洪道的细部构造和地基处理方法。

第一节概述

在水利枢纽中，必需设置泄水建筑物。溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于排泄水库的多余水量、必要时防空水库以及施工期导流，以满足安全和其他要求而修建的建筑物。

溢洪道可以与坝体结合在一起，也可以设在坝体以外。混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪，如各种溢流坝。此时，坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物，枢纽布置紧凑、管理集中，这种布置一般是经济合理的。但对于土石坝、堆石坝以及某些轻型坝，一般不容许从坝身溢流或大量泄流；或当河谷狭窄而泄流量大，难于经混凝土坝泄放全部洪水时，需要在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道（通常称河岸溢洪道）或开挖泄水隧洞。

河岸溢洪道和泄水隧洞一起作为坝外泄水建筑物，适用范围很广，除了以上情况外，还有：

（1）坝型虽适于布置坝身泄水道，但由于其他条件的影响，仍不得不用坝外泄水建筑物的情况是：①坝轴线长度不足以满足泄洪要求的溢流前缘宽度时；②为布置水电站厂房于坝后，不容许同时布置坝身泄水道时；③水库有排沙要求，而又无法借助于坝身泄水底孔或底孔尚不能胜任时（如三门峡水库，除底孔外，又续建两条净高达13m的大断面泄洪冲沙隧洞）。

（2）虽完全可以布置坝身泄水道，但采用坝外泄水建筑物的技术经济条件更有利时，也会用坝外泄水建筑物。如：①有适于修建坝外溢洪道的理想地形、地质条件，如刘家峡水利枢纽高148m的混凝土重力坝除坝身有一道泄水孔外，还在坝外建有高水头、大流量的溢洪道和溢洪隧洞；②施工期已有导流隧洞，结合作为运用期泄水道并无困难时。

岸边溢洪道按泄洪标准和运用情况，可分为正常溢洪道（包括主、副溢洪道）和非常溢洪道。

正常溢洪道的泄流能力应满足宣泄设计洪水的要求。超过此标准的洪水由正常溢洪道和非常溢洪道共同承担。正常溢洪道在布置和运用上有时也可分为主溢洪道和副溢洪道，但采用这种布置是有条件的，应根据地形、地

质条件、枢纽布置、坝型、洪水特征及其对下游的影响等因素研究确定，主溢洪道宣泄常遇洪水，常遇洪水标准可在20年一遇至设计洪水之间选择。非常溢洪道在稀遇洪水时才启用，因此运行机会少，可采用较简易的结构，以获得全面、综合的经济效益。

岸边溢洪道按其结构型式可分为正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。在实际工程中，正槽溢洪道被广泛应用，也较典型，为本章的重点，其他型式的溢洪道仅作简要介绍。

第二节正槽溢洪道

一、正槽式溢洪道的位置选择

溢洪道的布置和型式应根据水库水文、坝址地形、地质、水流条件、枢纽布置、施工、运用管理以及造价等因素，通过技术经济比较后确定。下面介绍地形条件、地质条件、泄流时的水流条件、施工条件对正槽溢洪道位置选择的影响。

地形条件。溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地方。比如坝址附近有高程合适的马鞍形垭口，则往往是布置溢洪道较理想之处。拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地上也适于布置溢洪道。

地质条件。溢洪道应尽量位于较坚硬的岩基上。当然土基上也能建造溢洪道，但要注意，位于好岩基上的溢洪道可以减轻工程量，甚至不衬砌；而土基上的溢洪道，尽管开挖较岩基为易，而衬砌及消能防冲工程量可能大得多。此外，无论如何应避免在可能坍滑的地带修建溢洪道。

泄洪时的水流条件。溢洪道应位于水流顺畅且对枢纽其他建筑物无不利影响之处，通常应注意以下几个方面：①控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小；②控制堰如靠近土石坝，其进水方向应不致冲刷坝的上游坡；③泄水陡槽在平面上最好不设弯段；④泄槽末端的消能段应远离坝脚，以免造成坝身的冲刷；⑤水利枢纽中如尚有水力发电、航运等建筑物时，应尽量使溢洪道泄水时不造成电站水头的波动，不影响过船筏的安全。

施工条件。使溢洪道的开挖土、石方量具有好的经济效益，如将其用于填筑土石坝的坝体；在施工布置时，应仔细考虑出渣路线及弃渣场的合理安排，此外，还要解决与相邻建筑物的施工干扰问题。

二、正槽式溢洪道的组成及各部分设计

正槽溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成，溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交，过堰水流流向与泄槽轴线方向一致，见图6-1。其中，控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主体。

图6-1 正槽溢洪道平面布置图

1-引水渠；2-溢流堰；3-泄槽；4-出口消能段；

5-尾水渠；6-非常溢洪道；7-土石坝

（一）引水渠

由于地形、地质条件限制，溢流堰往往不能紧靠库岸，需在溢流堰前开挖引水渠，将库水平顺的引向溢流堰，当溢流堰紧靠库岸或坝肩时，此段只是一个喇叭口，如图6-2所示。

图6-2 溢洪道引水渠的型式

1-喇叭口；2-土石坝；3-引水渠

为了提高溢洪道的泄流能力，引水渠中的水流应平顺、均匀，并在合理开挖的前提下减小渠中水流流速，以减少水头损失。流速应大于悬移质不淤流速，小于渠道中不冲流速，设计流速宜采用3~5m/s。引水渠越长，流速越大，水头损失就越大。在山高坡抖的岩体中开挖溢洪道，为了减少土石

方开挖，也可采用较大的流速。例如，碧口水电站的岸边溢洪道，经技术经济比较，其引水渠的水流流速，在设计情况下选用了5.8 m/s。

引水渠的渠底视地形条件可做成平底或具有不大的逆坡。渠底高程要比堰顶高程低些，因为在一定的堰顶水头下，行近水深大，流量系数也较大，泄放相同流量所需的堰顶长度要短。因此，在满足水流条件和渠底容许流速的限度内，如何确定引水渠的水深和宽度，需要经过方案比较后确定。

引水渠在平面布置上应力求平顺，避免断面突然变化和水流流向的急剧转变。通常把溢流堰两侧的边墩向上游延伸构成导水墙或渐变段，其高度应高于最高水位，这样水流能平稳、均匀地流向溢流堰，防止在引水渠中因发生漩涡或横向水流而影响泄流能力。此外，导水墙也起保护岸坡或上游邻近坝坡的作用。引水渠在平面上如需转弯时，其轴线的转弯半径一般约为4~6倍渠底宽度，弯道至溢洪道一般应有2~3倍堰上水头的直线长度，以便调整水流，使之均匀平顺入堰。当堰紧靠库岸时，导水墙在平面上呈喇叭口状。引水渠前沿库面要求水域开阔，不得有山头或其他建筑物阻挡。

引水渠的横断面，在岩基上接近矩形，边坡根据岩层条件确定，新鲜岩石一般为1：0.1~1：0.3，风化岩石为1：0.5~1：1.0；在土基上采用梯形，边坡根据土坡稳定要求确定，一般选用1：1.5~1：2.5。

引水渠应根据地质情况、渠线长短、流速大小等条件确定是否需要砌护。岩基上的引水渠可以不砌护，但应开挖整齐。对长的引水渠，则要考虑糙率的影响，以免过多的降低泄流能力。在较差的岩基或土基上，应进行砌护，尤其在靠近堰前的区段，由于流速较大，为了防止冲刷和减少水头损失，可采用混凝土板或浆砌石护面。保护段长度，视流速大小而定，一般与导水墙长度相近。砌护厚度一般为0.3m。当有防渗要求时，混凝土砌护还可兼作防渗铺盖。

（二）控制段

溢洪道的控制段包括溢流堰及其两侧的连接建筑。

溢流堰是水库下泄洪水的口门，是控制溢洪道泄流能力的关键部位，因此必须合理选择溢流堰段的型式和尺寸。

1.溢流堰的形式

溢流堰按其横断面形状与尺寸可分为：薄壁堰、宽顶堰、实用堰（堰断面形状可为矩形、梯形或曲线形）；按其在平面布置上的轮廓形状可分为：直线型堰、折线型堰、曲线形堰和环形堰；按堰轴线和上游来水方向的相对关系可分为：正交堰、斜堰和侧堰等。

溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰。溢流堰体型设计的要求是：尽量增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发危险振动的负压等。