第7章 溢洪道

离的条件来确定扩散角 。
d Re A
3．弯曲段
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常采用圆弧曲线,弯曲半径R≥10b。
（1）弯曲段的水力学问题
由于离心力的作用，外侧水深大于内侧水深， 断面内的流量分布不均。集中的急流受到边墙转折 的限制，形成冲击波。
①使断面内流量分布均匀；
②消除或抑制这种冲击波。 弯曲段冲击波的水力特性。急流一进入弯曲段， 就产生冲击波，如图7–14所示。
7.2 正槽溢洪道
一、组成与布置原则
1.组成
⑴ 引水渠——溢洪道同水库的连接段。
⑵ 控制段——是水库下泄洪水的口门，控制泄
流能力。
⑶ 泄槽——将过堰洪水安全地泄向下游。 ⑷ 消能段——消散多余能量，使水流平缓进入 尾水渠或直接注入下游河道。 ⑸ 尾水渠——解决泄流的归河问题。
2.布置原则
安全、经济、便于施工和管理。
涡和横向水流）当受地形、地质等条件限制，引水
渠必须较弯，其转弯半径R＞（4～6）B，弯道至溢
流堰应有d＞（2～3）H直线长度，以便调整水流使
之均匀平顺入堰。
2 、v 、i
v应大于悬移质不淤流速，小于渠道的不
冲流速，设计流速宜采用v=3～5m/s。（碧口
岸边溢洪道，v= 5.8m/s） 引水渠底坡可做成：i=0或逆坡，不设正 坡。 3、引水渠的过水断面一定要大于控制段 的过水断面。
来填筑土石坝，避免各建筑物施工相互干
扰。
⑸ 管理运行——方便、安全、可靠，
解决好溢洪道与大坝之间的交通问题和通 讯问题。
一、引水渠
尽量不设引水渠，只设一个喇叭口；当地形上 需设引水渠时，要求引水渠水流平顺,水头损失小,
增加泄水能力,减少工程量。应注意的几个问题：
1、引水渠上尽量直、短(水流平顺，可防止旋
水工建筑物课件
水利水电工程系 李守义 2013年
第七章 岸边溢洪道
本章的主要内容：
7.1 概述 7.2 正槽溢洪道 7.3 侧槽溢洪道 7.4 非常泄洪设施
7.1 概述
土坝水利枢纽的三大件——土坝、溢洪道、隧洞。
溢洪道——是水库的太平门,泄洪保坝是主要作用。本章
重点讨论土石坝枢纽中的岸边溢洪道。
杂。适用大、中型水库，特别是岸坡较陡时多用。
（3）驼峰堰——是一种复合圆弧的低堰，是从
工程实践中总结出来的一种堰型 。m=0.40～0.46。
岳城水库溢洪道采用驼峰堰。
⑷ 折线形堰——为获得较长的溢流前沿，在平
面上将溢流堰做成折线形，称折线形堰。堰体由若 干个折线组成，形同迷宫，也称为迷宫堰。 体形设计要求：尽量增大流量系数，但要控制 泄流时不产生空穴水流或诱发危险振动的负压。
挑坎与Leabharlann 气槽联合式的水流流态通常较跌坎式和突扩式为好。

①挑坎：高度通常0.5-0.85m，挑角
5-7°，斜面坡度1/10（不宜过陡）。

②跌坡：高度通常0.6－2.75m。

③泄槽较长可设多道掺气装置。
图7–16 掺气装置的主要类型 （a）掺气槽式；（b）挑坎式；（c）跌坎式； （d）挑、跌联合式；（e）挑坎、掺气槽联合式； （f）跌坎、掺气槽联合式
高决定于侧墙偏转角θ，偏转角大，最大
波高也增大，而与边墙偏转曲率无关。
确定：(1）收缩段的长度L， （2）侧压的偏角θ。 在图7–11（a）所示的直线边墙收缩段中，由于
边墙向内偏转θ角，急流受边墙阻碍，迫使水流从收
缩边墙起点 和 ，开始沿边墙转向，发生水面局部壅
高的正扰动，壅高的扰动线在B点交汇后传播至 和
（二）收缩段、扩散段和弯曲段
在急流中，由于边墙改变方向，水流受到 扰动，就会引起冲击波。 危害：冲击波的波动范围可能延伸很远， 使水流沿横剖面分布不均匀，从而增加边墙高度， 并给泄槽工作及出口消能带来不利的影响。

1、收缩段

合理的收缩段应使引起的冲击波的高
度最小，对收缩段以下泄槽中的水流扰动 最小。根据冲击波理论：冲击波的最大波
（4）当坡度由缓变陡时，i1＜i2，应采用射流抛物
线来连接。
刘家峡右岸溢洪道，泄槽纵坡由6个坡段组成，
变坡5次，1969年断续过水总时数324h，v=30m/s，
Q =2350m3/s，泄槽破坏比较严重的有3处，都发生
在泄槽底坡由陡变缓处，底板被掀走，地基被冲刷，
最深达13m。
3、横剖面
岩基:矩形或接近矩形； 土基或节理发育和破碎带的岩基上： 梯形（1：1～1：2）。
⑶ 枢纽布置——溢洪道进口应位于水流
顺畅处，与土石坝应有相当的距离；如太近， 则须加设导墙（或加强临近坝坡的护坡），溢 流堰前加引水渠应较短，以减少水头损失，提 高泄水能力。下游出口应距坝脚及其它建筑物
保持一定距离（200m），太近则须增设合适的
防护建筑物。
⑷ 施工——对出渣路线及堆料场都要 合适地布置，有可能利用开挖的土石方量
⑷掺气装置位置与数目
第一个掺气装置设在空蚀破坏危险区的开端， 第二个设在近壁水流空气含量下降到3％～4％处，其后
以此类推。
保护长度：反弧段，70～100m；直线段，100～150m 。 例如：福兹杜阿里亚河口溢洪道，泄槽长350m，设三道 掺气装置，间距分别为72m和90m。
（四）泄槽边墙高度
H墙＝h掺气＋△A(0.5～1.5m）
再发生反射。在收缩段末端 和 因边墙向外偏转，水
流失去依托而发生水面局部跌落的负扰动，其扰动线
也向下游传播，如图中虚线所示。
由于这些作用叠加的结果，将使下游流态
更为复杂。如果能使 、 分别与 、 重合，如
图7–11（b）所示，即正扰动的反射和负扰动
的反射同时在同一点发生，两者互相抵消，其
结果是收缩段以下的下泄水流被导向与边墙平
⑴ 地形——线路要尽量的直、短，利用枢纽附
近合适的马鞍形垭口，如无垭口可利用和中缓的岸
坡；在坡陡情况下，选用侧槽式。
⑵ 地质——力争布置在较坚固稳定的
岩基上，如土基应布置在挖方上，还须进 行地基处理，如岩基有断层，破碎带等应 摸清情况，采取合理的加固措施，如风化 层太厚或挖方过多会引起山坡坍塌，可考 虑采用隧洞泄洪。
（2）水力设计方法
① 施加侧向力法：渠道超高法、弯曲导流墙法。 原理：采取的工程措施，向弯曲区水流施加作用 力，使它与水流所受的离心力相平衡，以达到消除 干扰的目的。 ② 干扰处理法：弯曲线法、螺旋线过渡区、斜
槛法。
原理：即在曲线的起点和终点，引入与原来的 干扰大小相等但相位相反，来消除原来扰动的影响。
一、设计要求和优点
1、设计要求
⑴ 过得去——能通过设计的泄流量（控
制段）。
⑵ 泄得下——主要指泄槽的设计要满足
泄流要求。
⑶ 冲不垮——主要指泄槽和下游消能工
在高速水流作用下不发生破坏。
2、优点 ⑴ 超泄能力大（表孔）。
⑵ 闸门总作用力P小，操作检修
方便，安全可靠。
二、类型
1. 正槽溢洪道——堰轴线与泄槽轴线接近 正交，过堰水流的流向与泄槽的轴线方向一致。 2. 侧槽溢洪道——堰设在侧槽一侧，过堰 水流在侧槽内转向约90o后经泄槽泄下。适应于
坝址处山头较高，岸坡陡峭时，无合适地形布置
正槽溢洪道或开挖量过大。缺点是流态不如正槽 溢洪道。
3 井式溢洪道——在平面上进口为一环形
溢流堰，水流过堰后，经竖井和隧洞泄出。
当水位上升，喇叭口溢流堰顶淹没后，堰
流即转变为孔流，所以井式溢洪道的超泄能力
较小。当宣泄小流量，井内的水流连续性遭到
破坏时，水流很不稳定，容易产生振动和空蚀。
为了保持泄槽中线的底部
高程不变，常将内侧渠底下降
△Z/2 ，外侧抬高△Z /2。
（三）掺气减蚀 1、表面不平整度 ⑴ 成因
①施工期：施工放样不准，混凝土浇筑放样 不准确，混凝土浇筑问题。 ② 运行期：泥沙对表面不均匀磨损。
⑵ 对平整度的要求 ①施工：控制施工质量；对表面不平整磨削 处理。
②设计：我国《溢洪道设计规范》（SL253– 2000）规定：不平整允许高度△，按流速来定： 如：V＝20-30m/s——△max=10mm。 ③抗空蚀措施：掺气减蚀、优化体形、采用 抗空蚀材料等。
渠道超高法：
在弯曲区的横剖面上，将外侧渠底抬高造成 一个横向坡度。 原理：利用压力沿横向坡度产生的分力与弯 曲区水体的离心力相平衡，使水流在横剖面上使 之均匀。改善流态，减小冲击波和保持弯曲区水
面的稳定性。
C——系数，取决于水流佛
氏数、断面及弯道几何形状，
对于急流、矩形断面和弯曲段
为简单圆弧的C＝2.0。
这个允许高度△不能是高差突变，必须磨削 成一定的坡度，这个坡度按水流空化数σ来进行 磨削，其要求见《溢洪道设计规范》（SL253– 2000）。
2．掺气减蚀
⑴ 机理 尚未研究清楚。一般认为： ①掺气可使过水边界上的负压减小或消除，有 利于制止空蚀的发生。
②若空穴中含有一定数量的空气，破灭时破坏
力减弱。
规范还规定，在掺气槽保护范围内，近壁处的
掺气浓度不得低于3%～4%。
⑶ 掺气装置
主要包括两个部分：
A、借助低挑坎，跌坎或掺气槽，在射流下形 成一个掺气空间； B、通气系统：为掺气空间补气。 掺气装置主要类型
a、掺气槽；
合；
b、挑坎；
c、跌坎；
d、挑坎与掺气槽联合； f、挑坎与掺气槽联合。
e、跌坎与掺气槽联
常用的堰形：宽顶堰、实用堰
2.实用堰
多采用非真空堰。 高堰：P1/Hd＞1.33， 低堰：0.3≤P1/Hd≤1.33，其流量系数m介于 重力坝和宽顶堰之间。 定型水头：Hd＝（0.65～0.85）Hmax。 上游堰高：P1≥0.3Hd； 下游堰高：P2≥0.6Hd。