侧槽溢洪道

第四节 其他型式的溢洪道 一、井式溢洪道
1、 组
成：溢流喇叭口、渐变段、弯曲段、泄水隧洞、出口消能段及尾水渠。 2、工作原理：井式溢洪道工作时水流从四周经环形堰径跌入喇叭口，并在一定 深度处水舌相互汇交，逐渐成有压流，再经 隧洞泄往下游进入喇叭口的流量决定于堰 顶水头、堰的型式和周长；流量能否顺利 泄出隧洞取决于隧洞的断面尺寸以及竖井 内形成的压力水头。进水为自由堰流，出
y Q1 v1 v2 V2 Q V g Q1 Q2 Q1
（8－32）
式中△y为相邻两断面①、②的水面高差, △Q=Q2 －Q1， △V＝V2－V1
图8－40 侧槽水面曲线计算简图
三
侧槽设计步骤
1、根据调洪演算及方案优选，首先定出侧堰堰顶高程和过堰单宽流量，选定侧槽长度。 2、为节省开挖量，侧槽多选用深窄梯形断面。在满足水流要求和变坡稳定条件下，侧堰 侧的边坡一般可用1：0.5，对岸边坡则可用1：0.3～1：0.5。 3、选定侧槽底宽。泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程增大，始末断面 底宽比约为1:1~1:4； 4、选定槽底纵坡i0。槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为缓流流态，底 坡坡度为缓坡，1:0.01~1:0.05 5、选定经济的槽末水深hl。为减少侧槽开挖量，宜取hL ＝ （1.2~1.5)hk,这里 hk为槽 末流量QL相应的临界水深。 6、为避免槽内紊乱波动水流直接进入泄槽（或斜井），保证下游较好的水力条件， 侧槽结束后还应设置适当的调整段和控制断面（图8－40）。 7、以侧槽末端断面为起算断面，选用适当的水面曲线差分方程，逐段向上游推算水面 高差和相应水深。 8、选定起始断面的水面高程。为使溢流堰为非淹没出流，起始断面水面超过堰顶的高 度hb应不超过0.5H，其中H为堰顶溢流水头。 9、自起始断面既定的水面高程，引用第7步计算成果向下游推算各断面水面高程和堰 底高程，从而得到侧槽的全部形态
设备。
图8－47 河岸虹吸溢洪道首部
1－遮檐；2－通气孔；3－挑流坎；4－弯曲段；5－排污孔
•
4、设计要求：
（1）虹吸管的真空值不得超过（7.5~8）米水柱高； （2）虹吸作用开始前，为堰流；形成之后为管流； （3）通气孔的面积约为虹吸管横断面的（2~10）％。
二、侧槽中的水流特性
侧槽中水流是沿程变量的非均匀流。进槽
水流立即转弯近90度顺槽轴线流向下游，对不
同的侧槽断面流量不同，上游端流量小，向下 游不断增大，直至侧堰结束时达到最大。
横断面上水面不水平。水流自侧堰跌入侧
槽后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并向上 翻腾，在重力作用下转向下游流去，在槽中形 成一个横轴螺旋流。堰对岸水面较高，通常水 力计算只求出平均水面线。
图8－39 侧槽沿程变量流微分段
其中C为谢才系数，R为水力半径，B为槽底宽。
此式即非棱柱体侧槽中沿程变量流的基本方程式。
令dQ＝0，就成为恒定渐变非均匀流的微分方程式。 对于通常侧槽，水流方向基本上垂直于槽轴线，这时v＝0，于是有：
Q2 Q 2 2Q dQ i0 2 2 dh C R g 3 s g 2 ds ds Q2B 1 g 3
8－38 侧槽内复杂的流态
二
侧槽内水面曲线的计算
设侧槽断面按一定规律沿程扩展，各断面流 量按一定规律沿程增加。取侧槽的一个微分段 考虑，其底坡为 i ，为更具普遍性计算，自 0 侧槽进入侧槽的流向与槽轴线不正交，正交于 槽轴线的流速分量为u（与u垂直的另一分量为 v）。如设通过n－n断面的流量为Q，水深为h， 过水断面为 ，断面平均流速为V，；而在n
5、设 计： 堰：堰顶应设闸墩或导流墙，以使进口水流应平顺、对称，防止出现立轴漩涡； 溢流堰进口体型应采用流线型设计，如可用自由射流曲线体型。 渐变段：使水流平顺地与竖井连接，避免水流与井壁脱离。水流为自由跌流，压 力为大气压。 竖井段：起稳定水流作用。该段流态为有压流，水流克服水头损失后，得到隧洞 进口动能。
二、虹吸溢洪道
1、组 成：喇叭型进水口、遮檐、虹吸管、通气孔、挑流坎、泄槽、出口消能段及 尾水渠。 2、工作特点：利用虹吸作用，在较小的堰顶水头下得到较大的泄流量，启闭灵活、 运行方便。 但结构复杂，检修不便，进口易被污物或冰块等堵塞；且超泄能力

低，负压过大时，易产生空化空蚀。大型工程应用不多。
（8－29）
对于棱柱体侧槽
0 ，则有 s
Q2 2Q dQ i0 2 2 dh C R g 2 ds ds Q2B 1 g 3
（8－30）
令式（8－29）中
Q2 Q 2 2Q dQ i0 2 2 0 3 2 C R g s g ds
（8－31）
水为有压管流，所以井式溢洪道适应的水
头达100～200m。
图8－41 井式溢洪道
图8－42 竖井喇叭口比较
3、工作特点： 小流量－堰流，井内水流的连续性易遭破坏，水流不稳，容易出现振动和空蚀破坏； 大流量－井口淹没出流，孔流，超泄能力较小；
4、进口断面形式：
实用堰：流量系数大，适用于大流量情况。 平顶堰：施工方便，安装闸门方便，小流量时用得较多。
dQ 则可得 dh 0 ，即当 i0 , Q, 和 满足式（8－31）的条件，则在 s ds ds 非棱柱体侧槽中（且在v＝0的情况下）就能得大致等深的水流。
方程式（8－29）～（8－30）都是假定h仅随s而变化，对于同一横断面则 认为水深无变化。而实际上侧堰对岸一侧水深高于侧堰水深，所以方程中h应理 解成横断面平均水深。试验观测表明，横断面最大水深可能比这个平均水深大 （5～20）％. 为更简便计算侧槽水面曲线，如图8－40所示侧槽，忽略沿程摩阻 损失，由动量定律得公式为：

3、工作原理：

遮檐顶与虹吸管的堰顶均与正常高水位平齐。当上游水位高于正常高水位，
开始泄流，利用挑流坎封闭虹吸管，水流带走空气，形成虹吸。通入空气，则虹吸
作用被破坏，泄流停止。

虹吸溢洪道的前端有一位
于正常库水位以下的进口，其 顶盖成为遮檐，与 遮檐共同形 成虹吸管道的下部结构即为溢 流堰。遮檐在泄洪时淹入水下 的深度应使进水时不致于挟入 空气和漂浮物。溢流堰顶高程 与正常高水位平齐。为了自动 加速形成虹吸作用，可在管内 设挑流小坎（图8－47，a）或 弯曲段（图8－47，b）等辅助
图8－37 侧槽斜井溢洪道
4、工 作 特 点：
① 与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的溢流前缘可少
受地形限制，而向上游库岸延伸，由增加溢流前缘长度 而引起的开挖量增加较少，从而可以较长的溢流前缘换 取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程； ② 当无闸门控制时后者实即增加了兴利库容，对 中小型工程尤为有利； ③ 侧槽中水流流态复杂。
＋1断面流量、水深、断面平均流速为Q+dQ、
h＋dh、V+dV；两断面在槽底相距ds。由变量流 的动量定律可导出下列水面线微分方程：
Q2 Q 2 u Q dQ i0 2 2 2 （8－28） 3 dh C R g s V g 2 ds ds Q2 B 1 g 3
第三节 侧槽溢洪道
一、概 述
1、适用范围：
当水利枢纽的拦河坝难以本
身溢流，且两岸陡峭，布置正槽 溢洪道将导致巨大开挖量时，可 采用侧槽式溢洪道。 2、组成部分： 侧槽溢洪道由溢流堰、侧槽 和泄水道三个主要部分组成。
图8－36 侧槽明流溢洪道典型布置
3、工作原理：溢流堰轴线大致顺河岸等高线布置，水流过堰后进入 与堰轴线平行的侧槽内，然后通过泄水道泄往下游wenku.baidu.com此泄水道 可为类似于上节所述的明流陡坡泄槽以及相应的消能段，也可 由斜井、泄水隧洞组成，如图8－37。