双竖井溢洪道的设计与应用

冲流速 。泄水洞底坡根据地形及参考其 它资料 采用 ｉ １５ ＝ ／０
［ ］ 李炜 ． １ 水力计算 手册［ ］ 北京 ： Ｋ． 中国水利水 电出版社 ， ８ ． １ ０ ９
一
９１ —
计算 内竖井半径 ｒ 。 根据 以上算得 的水头 值与 已知 的井 壁厚 ｂ确定 堰的
１ 双 竖 井溢 洪道 的构 造 与工 作原 理
双竖 井 溢洪 道 主要 由外 竖井 （ 主要 竖井 ） 内竖 井 （ ， 辅 助竖 井 ） 和泄 洪洞 组 成 ， 包括 隐 渠 、 水 渠 和 消 能 工 等 还 泄
２ 这种溢洪道 在工 程管理 上方 便 ， ） 从我 市郊 区来 看 ， 小 型水库 和塘 坝多为村 级管理 ， 多地方也 由村级 管理转 为个 很 人承包管理 ， 管理人 员 的素质较 差 ， 果采 取有 闸控 制 的泄 如
井 溢流堰为薄壁堰 。
流量系数采用经 验公 式 ， 考虑行 进 流速 影响 ， 得 ｍ 不 算 为 ０４２ ． １ 。计算 出的流量系数 ｍ为 ０４ ２采 用公式 （ ） ．１ ３ 重新 试算 内、 外竖井半径 。 表 １ Ｈ。与 Ｒ及 ｒ 试算表
为１６ｍ。 ． 按管嘴 出流还是按堰流计算 ， 有待 于通过水 工模型试 验进 一
步研究 。
参 考文献 ：
［ ］ 清华大学水力学研究组 ． １ 水力学 ［ ． Ｅ ： Ｍ］ ｊ 京 人民教育出版社 ，
１７ ： ９ ９
其洞 内平均流速 Ｖ＝Ｑ Ａ＝７ ３ ／ ／ ／ ．６ｍ ｓｂ于混 凝土允 许不
塘坝双 竖井 溢洪道 的设计过程 中 ， 为这种 溢洪 道虽然 泄水 认
按双竖井溢洪 道结 构要 求 ， 外 竖井 壁之 间的距 离应 内、
在２Ｈ 左右 。假设 内 、 外井壁厚均为 ｂ 则计算公式 为 ： ，
ｒ Ｒ一２ ＝ Ｈ０～ ｂ （） ２
将（） ２ 式代 入（ ） １ 式整理得 ：
洞 和 消能 工流 入 下游 渠道 。
内、 外竖井半径 ， 用公式 （ ） 采 １ 反求 堰上 水头 。最后 校核 两井 壁之间距离是否为２ 左右 。 １２ 确定泄水洞结构尺寸 ．
溢流竖井流量计算公式为 ：
Ｑ＝ ・ ＋ ｇ Ｈ—ｈ２ Ａ ／ （ ２ ／） （） ４
结合 羊草沟塘坝 设计 介绍 一 下双 竖井 溢洪 道 的水 力计 算 … 。关 于结构计算 ， 与一般工程设计相 同 ， 在此不赘述 。 ［ 收稿 日期 ］ ００—１ ２ ２ １ ２— １ ［ 作者简 介］ 学成 （９ ７一） 男， 李 １６ ， 黑龙 江牡丹 江人 ， 高级工程 师。
文章编 号 ：０ ７— ５６ ２ １ ） ２— ０ ０—０ １０ ７ ９ （ ０ １ ０ ０ ９ ２
双 竖 井 溢 洪 道 的 设 计 与 应 用
李 学 成
（ 牡丹江市水务局 ， 黑龙江 牡丹江 １７ ０ ５ ００）
摘 要 ： 双竖井溢洪道主要 由外竖井 、 内竖井和溢洪洞组成 ， 括隐渠 、 水渠 和消能工等 建筑物 。设 计 中， 对其水 力计算 、 还包 泄 主要
用试算法计算水 头 与 竖井 半径 ｒ和外 竖井 半径 。 根据试 算结果 ， 选择水 头 为０ ６ 外井半 径 Ｒ为２ ３ｍ， ．５ｍ， ．
内竖井半径 ｒ ． 为０ ６ｍ。因为 ‘ ６Ｈｏ ．６＜０５ 所 以该竖 ． ／ ＝０ ４ ’ ．，
力 要 比一般竖井式溢 洪道 的泄 流能力 平均 提高 ２ ％。从而 ７ 在 同样 兴利库容条件下可 以降低坝 高 ， 而在 同样 坝高情 况下 则 可以增加 兴利库容 。
的竖井直径条件 下 ， 比通 常 的竖 井溢 洪道 泻 出 的流 量 大 ， 根 据立 陶宛水 利设 计 院 的试验 结 果 ， 竖井 溢 洪道 的流 量 系 双 数， 当水 头 Ｈ为 ０５—０ ６ｍ时 ， ． ． 流量 系数 ｍ 为 ０４ ； 当没 ．８ 而 有 内竖井时 ， 当水 头 为０ ６ｍ时 ， ． 流量系 数 ｍ为 ０ ３ 。泄 ．５ 流量的试验结果 ， 同一水 头 时 ， 在 双竖 井溢洪道 的泄流能
式 中： Ｑ为泄 流量 ， ｓ ｍ为 流量 系数 ； ｍ／ ； Ｒ为外 竖井 平 均半 径 ， ｒ 内竖井平均半径 ， 为堰上水头 ， ｍ； 为 ｍ； ｍ。
较， 最后 采用 了立 陶宛共 和国水力设计 院研究 的 双竖井式 溢 洪道 。这种 溢洪道 已在立 陶宛河 流 和小 溪上 的 塘坝 和蓄 水 池工程设计 中广泛采用 ， 我国 目前 较少 。为 此在 总结羊 草沟
淤积大量泥砂 ， 减小 兴利库 容 ， 而且 开 敞式溢 洪道 的维 修 费
试算结果 ， 取水 头 为０ ６ 外竖井半 径 为２ ５ｍ， ．５ｍ， ．
内竖井 半 径 ｒ ． 两井 壁 之 间距 离 Ｓ为 １３ｍ接 近 于 为０ ９ｍ， ．
用较高 。而双竖井溢洪道 由外竖井 和 内竖井溢 流堰泄 流 ， 闸 门设在 内竖井底层 下游 一侧 ， 无人 启动情 况 下 ， 在 水库 也能
２ １ 确定 溢洪 道竖井结构尺寸 ． 按公式 （ ） １ 进行计 算。双竖 井 溢洪 道结 构 内、 竖井 壁 外 之 间的距离应为２ ｏ Ｈ 。左右 。内、 外井壁厚均为０ ３ｍ。 ． 将（） ２ 式代人 （ ） １ 式整理得 ： ０ ７ ４＝ｍ ・ ２ ２ 一 ． ］ ｏ ．３ ［ Ｒ一 ０ ３ Ｍ ， ２
建筑 物 。 为腾空 库 容 和灌 溉 用 水 在 内 竖井 上设 有 深 孔 闸 门 。这种 溢 洪道 的外 竖 井 和 内竖井 的堰 顶 高程 均 与兴 利
形式 ， 堰顶厚度 ｂ＜ ． 为薄壁堰 ） 一般竖井溢洪道 的井 （ ０ ６Ｈ， ， 壁厚度较薄 ， 多为薄壁堰 。
水位 齐平 ， 当库水 位超 过 兴利 水位 时一 部 分水 流过 外竖 井 溢 流堰 流 出 ， 一部 分水 流则 通过 内竖 井 闸 门和 内竖井 溢 另
须有足够的泄流能力 ， 泄水洞 的泄流能 力按有 压隧洞 自由出 流计 算 ， 隧洞尺寸沿程不变 。
３ ２ 设计 中存 在的问题 ． １ 如果水库 蓄水后 ， ） 内竖井 中水位 与库 中水 位齐 平 ， 冬 季外竖井 中无水 ， 内竖井 全部裸 露 于外 部 ， 内竖 井要 承受 很 大 的冰冻胀力 ， 设计时应考虑 冰冻胀力 。也 可 以考 虑冬 季采
水洞 ， 闸门尺寸大 ， 不但造价高 ， 且 由于小 流域 内易发 生短 而 历时暴雨 ， 汇流时间极短 ， 闸门开启 不及 时， 若 易发 生溃 坝事 故 。如果采用开 敞式溢 洪道 ， 另外 建放 水 洞 ， 装 深孔 闸 需 安 门， 一旦放水 洞闸门启不来 ， 就会 把水库 变成 沉砂池 ， 使水库
２１ 年 ０１
第 ２期
黑
龙
江
水
利
科
技
Ｎｏ ２ ２ １ ．． ０ １
（ ３ 第 ９卷 ）
Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ｃｅｃ ｎ ｅｈｏ ｇ ｆ ｔ ｏ ｓｒａｃ ｅｌ ｇａ ｇＳｉ ｅａｄＴｃ ｎｌ ｙｏ ｅ Ｃ ｎｅｖｎｙ ｏ ｉ ｎ ｏ Ｗａ ｒ
（ ｏａ Ｎ ．９ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
２ ＝１３ 满 足要求 。 ．３ｍ，
２ ２ 确定泄水洞结构尺寸 ．
自动溢洪 ， 而且进入 库里 的含 泥砂混水 又可 以通过 内竖井溢
流堰泄出 ， 以这 种溢 洪道具 有 工程 管理方 便 ， 全可 靠 的 所 安
优 点。
通过双竖井溢洪道 的流量 由泄 水洞 泄出 ； 因此泄水 洞必
Ｑ＝ｍ ・ ｗ ２ 一 一 ） ２ （Ｒ ２ ｂ （） ３
量 有限 ， 但具有不 少优 点 ， 在条件 适合 的小型 水库 和 塘坝 可
上 推广采用 。
采用试算 法 ， 假设水 头 日 值算 出外竖井 半径 Ｒ， 系 。 流量
数参考《 水力计算手册》 或其它 资料确 定 ， 后通 过 （ ） 然 ２ 式
结构计算文章 以实例进行解析 。
关键词 ： 双竖井溢洪道 ； ； 构造 工作原理 ； 薄壁堰 ； 设计实例 中 图分 类 号 ：Ｖ ５ ． ３ Ｔ ６ １ １ 文 献 标 识码 ： Ｂ
小 型水 库 、 坝设 计 中采用 了 多种 多样 的溢 洪 道形 式 ， 塘
１１ 确定溢洪道竖井结构尺寸 ． 计算公式为 ：
其 过 流 能 力按 公式 （ ） 算 ， 上 、 游水 位 差 日 为 ４计 其 下 ６ １ 流量系数计算公式为 ： ． ３ｍ，
】 １
取 内竖 井 破 冰 的方 法 。
２ 由于 内竖井类似一个 圆管 ， ） 在泄 流量的计算 方法上 是 用试 算 法 算 得 为 １８ 时 ， 为 ０ ７４， 为 ．５ｍ ．８ Ｑ ２． ８ｍ ／ 。校核流量２ ．４ｍ ／ ， １６ 。ｓ ０ ２ ｓ满足要求 。 洞宽 ｂ为 ０ ８ ｈ为１４ 故取 洞高 ｈ为１８ 洞宽 ｂ ．， ．８ｍ， ．５ｍ，
Ｑ＝ｍ ・ ￣（ ２ｒＲ＋ｒ ） （） １
如 开敞式 、 单竖井 式等 。这些溢洪道 工程 在实 际应用 中都有
各 自的特点和 问题 ， 而在工程设计 中选择 一种 经济上 合理 技 术 上可靠 的溢 洪道形 式 是设计 中必 须 考虑 的 问题 。为此 我 们 在羊草沟塘坝 设计 中选 择 了几种 溢洪 道形 式进 行方 案 比
一
确定泄水洞结 构尺 寸 ， 然后 验算 泄水 洞 的泄 流量 ， 其 使
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李学成 ： 双竖 井溢洪道的设计与应用 大于或等于竖井 的泄流量 。 。
第 ２期
３ 设 计 与施 工 中的几点 体会
通 过羊草沟塘坝双竖井溢洪道 的设计 与施工 ， 以及有 关
２ 设 计 实Fra Baidu bibliotek
羊草 沟 塘 坝 双 竖 井 溢 洪 道 基 本 资 料 ： 核 流 量 Ｑ为 校 ２ ．２ｍ ／ ， 水 位 为３ ０ １ 溢 洪 道 内、 竖 井 高 Ｐ为 Ｏ ４ ｓ其 １ ．３ｍ， 外 ４ ９ｍ， 壁厚 ｂ为０ ３ｍ， 水 洞 出 口高 程为３ ４ ０ｍ， 长 ． 其 ． 泄 ０ ． 洞
流堰 流 出 ， 、 ２个 竖 井溢 出 的水 流 共 同 经 过 泄 水 洞 和 内 外 消 能工 流 人下 游 。这种 溢洪 道 同 时兼做 放水 洞 ， 内竖井 在
堰 的形式确定后采用经 验公式计 算流量 系数 ｍ， 后采 然 用公式 （ ） ３ 重新 假定 水头 值试算外竖井 半径 Ｒ， 然后 再通
为 ２ ３ｍ。
资料 的计算 与分析 ， 以下几点体会 ： 有
３ １ 双竖井溢洪道的特点 ． １ 这种溢洪道 在工 程结构 上 由于把水 库 的溢洪 工程 和 ）
放水工程结合为 一体 ， 以在 工程 总体 布置 上较 为紧凑 ， 所 整 体性强 。增加 了内竖井 ， 溢 流前缘 长度 增 大 ， 使 因而 在 同样
过公式 （ ） ２ 计算 内竖井半径 ｒ 。 为了施工方便 ， 如果 内、 外竖井 半径取 整数 ， 则用 确定 的
的下游 井壁 上安 设 深孔 闸门 ， 当库水 位等 于或 低 于兴 利水
位， 下游 需 要灌 溉 用水 或需 腾 空库 容时 ， 把深 孔 闸 门开启 ， 库 水从 隐渠流 入 内竖 井 ， 后经 过 闸 门、 然 外竖 井井 壁 、 泄水