第五章河岸溢洪道.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第五章 河 岸 溢 洪 道,第一节 概 述,第二节 正 槽 溢 洪 道,第三节 侧 槽 溢 洪 道,第四节 非 常 溢 洪 道,第四章 河岸溢洪道,简介,一、河岸溢洪道的型式,二、河岸溢洪道的位置选择,第一节 概 述,第二节 正 槽 溢 洪 道,水渠段,控制段,泄槽段,消能防冲设施,出水渠,一、,侧槽溢洪道的布置特点,二、侧槽设计,1,、,堰长,2,、,槽底纵坡,3,、,侧槽横断面底宽（,b,0,、,b,L,）,4,、,侧槽横向边坡系数,5,、,侧槽始端槽底高程与末端水深,三、,侧槽水力计算要点,第三节 侧 槽 溢 洪 道,非常溢洪道简介,非常溢洪道类型,漫流式,自溃式,爆破引溃式,第四节 非 常 溢 洪 道,思考题,河岸溢洪道简介,:,在水利枢纽中，为了防止洪水漫过坝顶，危及大坝和枢纽的安全，必须布置泄水建筑物，以宣泄水库按运行要求不能容纳的多余来水量。,常用的泄水建筑物有河床式溢洪道、河岸溢洪道。对于以土石坝及某些轻型坝型为主坝的枢纽，常在坝体以外的岸边或天然垭口布置溢洪道，称河岸溢洪道。,溢洪道除应有足够的泄洪能力外，还应保证在运用期间的自身安全和下泄水流与原河道水流得到良好的衔接。,第一节 概 述,一、河岸溢洪道的型式,河岸溢洪道其主要型式有,正槽溢洪道,侧槽溢洪道,井式,虹吸式,（,1,）正槽溢洪道,：其泄槽与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致，如,图,6-1,所示。,正槽溢洪道适用于各种水头和流量，并且水流条件好，运用管理方便。因此，在实际工程中，大多数以土石坝为主坝的水利枢纽都采用这种溢洪道。,第一节 概 述,图,6-1,正槽溢洪道布置图,1,进水段,;2,控制段,;3,泄槽,;4,消能防冲段,;,5,出水渠,;6,非常溢洪道,;7,土坝,第一节 概 述,第一节 概 述,第一节 概 述,第一节 概 述,第一节 概 述,第一节 概 述,（,2,）侧槽溢洪道,：其溢流堰与泄槽的轴线接近平行，过堰水流在较短距离内转弯约,90,，再经泄槽泄入下游。它适宜坝肩山体高，岸坡较陡的情况。,图,6-2,侧槽式溢洪道布置图,1,洪道,;2,侧槽,;3,泄水槽,;4,出口布消能段,5,上坝公路,;6,土石坝,第一节 概 述,第一节 概 述,（,3,）井式溢洪道,：,图,6-3,所示，这种溢洪道由溢流喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。水流进入环行溢流堰后，经竖井和泄水隧洞段流入下游。这种泄水设施的主要建筑物是泄水隧洞,.,缺点,:,水流条件复杂，超泄能力小，容易产生空蚀和振动。在工程实践中，布置这种泄洪设施往往与导流隧洞相结合，施工期采用隧洞导流，竣工后废洞利用。专门布置竖井式溢洪道泄洪在我国应用较少。,第一节 概 述,图,6-3,竖井式溢洪道示意图,1,环形喇叭口,;2,渐变段,;3,竖井段,4,隧洞,;5,混凝土坝,第一节 概 述,第一节 概 述,（,4,）虹吸式溢洪道,：如,图,6-4,所示，它是一种封闭式溢洪道，其工作原理是利用虹吸的作用泄水。当库水位达到一定的高程时，淹没了通气孔，水流经过堰顶并与空气混合，逐渐将曲管内的空气带出，使曲管内产生真空，虹吸作用发生而自动泄水。这种溢洪道的优点是能自动调节上游水位，不需设置闸门。其缺点是超泄能力较小，构造复杂，且工作可靠性较差，在大中型工程应用较少。,以上四种类型的泄洪设施，前两种设施的整个流程是完全敞开的，故又称为开敞式溢洪道，而后两种又称为封闭式溢洪道。,第一节 概 述,图,6-4,虹吸工溢洪道示意图1,遮檐,;2,通气孔,;3,挑流坎,;4,曲管,第一节 概 述,二、河岸溢洪道的位置选择,考虑枢纽总体布置、地形、地质、施工及运行、经济指标等因素。,（,1,）枢纽总体布置,:,溢洪道布置应结合枢纽布置全面考虑，避免泄洪、发电、航运及灌溉等建筑物在布置上的干扰。其布置时合理选择泄洪消能布置和型式，进水口应短而直，出水渠应与下游河道平顺连接，避免下泄水流的冲刷及淤积，,（,2,）地形、地质条件，溢洪道应布置在地形适宜、地质坚固且稳定的岸边或天然垭口的岩基上，以减少开挖量。,第一节 概 述,并应尽量避免深挖，以免造成高边坡失稳或边坡处理困难等问题。需要特别指出的是，在选择溢洪道的位置时，应充分考虑水文地质条件，以确保溢洪道的安全。,（,3,）施工和运行,:,应使开挖出渣线路和堆渣场地便于布置，并考虑利用开挖出来的土石料作为筑坝材料，以减少弃料为运行方便，溢洪道不宜离水库管理处太远。,第一节 概 述,正槽溢洪道一般由进水渠段、控制段、泄槽段、消能防冲设施和出水渠五个部分组成。,一、进水渠,进水渠是水库与控制段之间的连接段,;,作用,:,进水及调整水流。当控制段邻近水库时，进水渠可用一喇叭形进水口代替，具体布置应从三个方面考虑：,（,1,）平面布置：进水渠在平面上最好按直线布置，且前缘不得有阻碍进流的山头或建筑物，以便水流均匀平顺入渠。受地形、地质条件及上游河势的影响需设置弯道时，弯道轴线的转弯半径不宜小于,4,倍渠底宽度。弯道与控制段之间应布置一（,2-3)H,直线段过渡。,第二节 正 槽 溢 洪 道,（,2,）横断面布置,进水渠一般按梯形断面，在控制段前缘过渡成矩形断面。进水渠应有足够的断面尺寸。,一般可先拟定流速，由流速控制断面尺寸。进水渠流速，应以大于库水悬移质的不淤流速和小于渠底不冲流速，一般不应大于,4m/s,。,在山势陡峭、开挖量较大的情况下，也可达,(57m/s,）。,进水渠一般可不衬护，当为了减小水头损失或满足抗冲要求时，也可用混凝土、浆砌石衬护。,（,3,）纵断面布置,进水渠的纵断面应布置成平坡或不大的反坡（倾向水库）。当控制段采用实用堰时，堰前渠底高程宜比控制段堰顶高程低,0.5Hs,（,Hs,为堰面设计,第二节 正 槽 溢 洪 道,水头），以保持良好的入流条件和增大堰的流量系数。当控制段采用宽顶堰时，渠底高程可与堰顶齐平或略为降低。,二、控制段,控制段又称溢流堰段，是控制溢洪道泄洪流量的关键部位。,1,、堰型选择,通常选宽顶堰、,实用堰,，有时采用,驼峰堰,。,（,1,）宽顶堰 宽顶堰的特点是结构简单，施工方便，水流条件稳定，但流量系数较小。在泄洪量不大的中小型工程应用较广，堰型布置,如图,6-5,（,a,）,所示。,第二节 正 槽 溢 洪 道,宽顶堰的堰体用混凝土或浆砌石进行衬砌，使堰基免受冲刷，保持堰面平整光滑，以增加泄水能力。在坚实的岩基，有抗冲能力，可以不衬砌，但应开挖的平整度对流量系数的影响。,图,6-5,控制段堰形,(a),宽顶堰,(b),实用堰,第二节 正 槽 溢 洪 道,（,2,）实用堰,实用堰的优点是堰面流量系数比宽顶堰大，泄水能力强，但施工相对复杂。在大中型工程中，特别是在泄洪流量较大的情况下，多采用这种堰型，如图,6-5,（,b,）,所示。,我国多采用：,WES,标准剖面堰和克一奥剖面堰；堰面的水力学参数可参见,水力学,或有关设计手册。对于重要工程，其水力学参数应由水工模型试验进行验证或修正。,第二节 正 槽 溢 洪 道,（,3,）驼峰堰,驼峰堰是一种复合圆弧低堰，如图,6-6,所示。它的特点是堰体较低，流量系数较大，设计与施工难度介于,WES,堰与宽顶堰之间，对地基要求相对较低，适用于软弱岩性地基。,图,6-6,驼峰堰常见的剖面图,第二节 正 槽 溢 洪 道,2,、堰面参数对流量的影响,定型设计水头,Hd,的选择 在堰顶水头不变的情况下，,Hd,愈小，流量系数愈大，但是，过小的,Hd,将对堰面产生不利影响。对于低堰（,P11.33Hd,），,堰面出现危险负压的机会比高堰少。,当,P11.33Hd,时，取,Hd,=(0.65,0.85)Hmax,。当,P11.33Hd,时，取,Hd,=(0.75,0.95)Hmax,。,（,2,）,实用堰高度选择 堰高对流量系数也有较大的影响，实践证明，低实用堰的流量系数随,P1/Hd,的减小而减小。在确定,Hd,的前提下，,P1,愈小，则,m,愈小。当,P1/Hd,0.3,时，,m,值明显降低，为了获得较大流量系数，一般要求,P,应大于,0.3Hd,。,对驼峰堰取,P1=,（,.24-0.34,）,Hd,。,第二节 正 槽 溢 洪 道,表,6-1 P/H,m,关系表,P/H m,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,堰 面,克一奥,0.426,0.446,0.46,0.469,0.476,0.48,0.483,0.485,0.49,恳务局,0.422,0.445,0.458,0.467,0.473,0.477,048,0.483,0.492,第二节 正 槽 溢 洪 道,在低堰中，下游堰高不足时，过堰水流将不能保证自由宣泄，从而出现流量系数随着堰顶水头增加而降低的现象。,因此,:,下游堰高,P2,必须保持一定的高度，,一般,:P20.6Hd,。,（,3,）,堰长对流量的影响,对于宽顶堰，堰长,L,（,沿水流方向）对流量影响也很大。当堰长,L,10H,时（,H,为堰顶水头），堰面流态已发生了质的变化。此时，不能按宽顶堰公式计算过堰流量。,第二节 正 槽 溢 洪 道,三、泄槽,泄槽的水流特点是高速、紊乱、掺气、惯性大，对边界变化非常敏感。当边墙有转折时，就会产生缓冲击波，对下游消能产生不利影响；当水流的佛氏数,Fr,2,时，将会产生波动和掺气现象；若流速超过,15m/s,时，可能产生空蚀问题。因此，应注重泄槽的合理布置。,1,、泄槽的平面布置,泄槽在平面上应尽量按直线、等宽和对称布置。当泄槽较长，为减少开挖，可在泄槽的前端设收缩段、末端设扩散段，但必须严格控制。为了适应地形地质条件，减少工程量，泄槽轴线也可设置弯道。,第二节 正 槽 溢 洪 道,（,1,）收缩角与扩散角,当泄槽的边墙向内收缩时，将使槽内水流产生陡冲击波。冲击波的波高取决于边墙的偏转角,，其值越大，波高则越大。当边墙向外扩散时，水流将产生缓冲击波。若扩散角,过大，水流将产生脱离边墙的现象。因此，应严格控制其边墙的收缩角和扩散角。一般不宜大于,6-8,。,第二节 正 槽 溢 洪 道,设计时，边墙的收缩角和扩散角可按下式计算：,(6-1),式中,边墙与泄洪槽中心线夹角（,）；,K,经验系数，一般取,3.0,；,Fr,扩散段或收缩段的起、止断面的平均佛氏数；,h,扩散段的起、止断面的平均水深，,m,；,扩散段的起、止断面平均流速（,m/s,）。,第二节 正 槽 溢 洪 道,工程经验和试验资料表明,:,当收缩角和扩散角控制在,6,以内时，槽内的水流流态较好。当,6,时，可不进行冲击波验算。对重要工程还应进行水工模型试验。,（,2,）弯道设计,泄槽在平面上必须设弯道时，弯道应设置在流速较小、水流平稳、底坡较缓，且无变化的部位。转弯时，应采用较大的转弯半径及适宜的转角。,矩形断面,:,可取,r=(4-6)B,，,转角,20,。图,6-7,所示。可在直线与弯道之间设缓和过渡段。,第二节 正 槽 溢 洪 道,图,6-7,泄槽平面布置示意图,第二节 正 槽 溢 洪 道,泄水槽断面形状,弯道曲线的几何形状,K,值,矩 形,简单圆曲线,1,梯 形,简单圆曲线,1,矩 形,带有缓和曲线过渡段的复曲线,0.5,梯 形,带有缓和曲线过渡段的复曲线,1,矩 形,既有缓和曲线的过渡段，槽底又横向斜倾,0.5,第二节 正 槽 溢 洪 道,缓和曲线段可采用大圆弧曲线，其轴线半径,r,可取,2rc,长度取 。,2,、泄槽的纵剖面布置,泄槽纵剖面设计主要是选择适宜的纵坡。，因此，对于长度较短的泄槽，宜采用单一的纵坡。为了保证不在泄槽上产生水跃，纵坡不宜太缓，而太陡的纵坡对泄槽的底板和边墙的自身稳定不利。因此，必须大于水流临界坡。常用纵坡为,1%-15%,。,当泄槽较长时，为了适应地形地质条件，减少开挖量，泄槽沿程可随地形、地质变化而变坡，但变坡次数不宜多，且以由缓变陡为好。,第二节 正 槽 溢 洪 道,图,6-8,变坡处抛物线连接,第二节 正 槽 溢 洪 道,纵坡由缓变陡，应避免缓坡段末端出射的水流脱离陡坡段始端槽底而产生负压和空蚀现象。为此，应在变坡处采用与水流轨迹相似的抛物线过渡，如图,6-8,所示。抛物线方程按下式确定,（,62,）,式中,H0,抛物线起始断面的比能（,m,），,h,抛物线起始断面水深（,m,）；,抛物线起断面平均流速（,m/s,）；,变坡处前段坡角（,）；,K,系数，重要工程取,1.5,；其余,1.1,1.3,。,第二节 正 槽 溢 洪 道,纵坡由陡变缓时，由于槽面体型变化和离心力的作用，流态复杂，压力分布变化大，水流紊动强烈，该处容易发生空蚀，应尽量避免。如无法避免，变坡处用,R(8,10)H,反弧段。,3,、泄槽的横断面,泄槽的横断面应尽可能按矩形布置，并进行衬砌。这种断面流态较好，特别是消能设施采用底流消能时，能保证较好的消能效果。对于岩基较软弱破碎或土基上的泄槽，可按梯形断面布置，并加固边坡护面或用挡土墙护砌。边坡系数不应大于,1.5,（以,1.1,1.5,为宜），以免水流外溢。,第二节 正 槽 溢 洪 道,泄槽的边墙或衬护高度应按水流波动及掺气后的水深加安全超高确定，水流波动及掺气后的水深可按下式估算,（,6-3,）,式中,hb,、,h,分别为计入和不计入波动及掺气的 计算断面水深（,m,）；,为不计波动掺气时计算断面上的平均流速（,m/s,）。,修正系数，一般取,1.0,1.4,（,s/m,），当,20 m/s,时宜取大值。,泄槽的安全超高可根据工程的规模和重要性决定，一般取,0.5,1.5m,。,第二节 正 槽 溢 洪 道,设置弯道后，弯道处由于离心力和冲击波共同作用下产生的横向水面高差,（图,6-9,）,按下式计算,（,6-3,）,式中,Z,横向水面高差（,m,）；,K,超高系数，其值可查表,6-2,；,计算断面平均流速（,m/s,）；,B,计算断面水面宽度在水平方向的投影（,m,）；,rc,弯曲中心轴线对应的半径（,m,）。,第二节 正 槽 溢 洪 道,图,6-9,弯道横向水面超高,第二节 正 槽 溢 洪 道,为消除弯道冲击干扰，常将内侧渠底高程降低,Z,，,外侧抬高,Z,。,4,、,泄槽的构造,（,1,）泄槽的衬砌 为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽一般都要进行衬砌。并且要求衬砌表面平整光滑，避免槽面产生负压和空蚀；接缝处止水可靠，防止高速水流钻入缝内将衬砌掀动；排水畅通，有效降低衬砌底面的扬压力而增加衬砌的稳定性。,泄槽一般采用混凝土衬砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂浆或细石混凝土砌石衬砌，但应适当控制砌体表面的平整度。,第二节 正 槽 溢 洪 道,衬砌厚度,:,工程规模，流速和地质条件决定。,目前，衬砌厚度尚未形成成熟的计算方法和公式，工程应用中主要还是采用工程类比法确定,:,一般取,0.4,0.5m,左右，不应小于,0.3m,。,当单宽流量或流速较大时，适当加厚达,0.8m,。,为了防止温变应力引起温度裂缝，重要的工程常在衬砌临水面配置适量的钢筋网，纵横布置，每方向的含钢率约为,0.1%,0.2%,。,岩基上必要的情况下可布置锚筋,:,插入新鲜岩层，锚筋的直径,25mm,以上，间距,1.5,3.0m,，,插入岩基,1.0,1.5m,。,土基,:,可增加衬砌厚度或增设上下游齿墙。,第二节 正 槽 溢 洪 道,（,2,）衬砌的分缝、止水和排水,为控制温度裂缝，除了配置温度钢筋外，泄槽衬砌还需要在纵、横方向分缝,.,一般采用,10,15m,，,衬砌较薄时取小值,。,图,6-10,衬砌的接缝型式,第二节 正 槽 溢 洪 道,衬砌的接缝,:,平接、搭接和键槽接等,如,图,6-10,所示。垂直于流向的横缝比纵缝要求高，宜采用搭接式，岩基较坚硬且衬砌较厚时也可采用键槽缝；纵缝可采用平接缝。,为防止高速水流通过缝口钻入衬砌底面，将衬砌掀动，所有的伸缩缝都应布置止水，其布置要求与水闸底板基本相同。,衬砌的排水设施,:,在纵、横伸缩缝下面布置，纵、横贯通。,岩基上的横向排水，通常在岩基开挖沟槽并回填碎石形成。沟槽尺寸一般取,0.3m0.3m,，,顶面盖上木板或沥青油毛毡，防止浇筑衬砌时砂浆进入而影响排水效果。,第二节 正 槽 溢 洪 道,纵向排水,:,一般在沟内放置透水的混凝土管，直径,10 cm,20cm,，,视渗水多少而定。,施工时,:,纵、横排水沟应注意开挖成一定的坡度，保证横向排水汇集的渗水尽快地汇集到纵向排水管，并顺畅地排往下游。,土基平铺式排水,:,由,30cm,厚度的碎石层形成。,粘性土地基,:,应先铺一层厚,0.2,0.5m,的砂砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管形成排水层。对于细砂地基，则应先铺一层厚,0.2,0.4m,的粗砂，再做碎石排水层。,第二节 正 槽 溢 洪 道,泄槽两侧的边墙,:,墙顶高程,:,可由泄槽的水面曲线高程并考虑水流波动和掺气高度及安全超高确定。,边墙的结构,:,如基岩良好，可做成衬砌式，其结构与底板衬砌相同，厚度一般不小于,30cm,，,且用钢筋与岩坡锚固。边墙本身无需设置纵缝，但多在与边墙接近的底板设置纵缝（见水闸分离式底板布置）；横缝应与底板贯通。,较差岩基将边墙做成重力式挡土墙。,边墙止水和排水,:,排水应与底板下面横向排水连通。,注意,:,止水排水是防止动水压力和扬压力对衬砌稳定影响而采取的有力措施，对保证泄槽的安全运用是很重要的，切勿忽视其作用而马虎从事，以致造成工程事故。,第二节 正 槽 溢 洪 道,四、消能防冲设施,溢洪道泄水,:,单宽流量大、流速高，能量集中，如果消能设施考虑不当，出槽的高速水流与下游河道的正常水流不能妥善衔接，易造成下游河床和岸坡冲刷，甚至会危及溢洪道的安全。,河岸溢洪道消能设施,:,一般采用挑流消能或底流消能，有时也可采用其他型式的消能措施。,挑能消能,:,一般适用岩石地基的高中水头枢纽，消能设施的平面形式有等宽式，扩散式和收缩式（包括窄缝式），挑流鼻坎有连续式，差动式等。采用挑流消能时，应考虑挑射水流的雾化对枢纽其他建筑物运行的影响。,第二节 正 槽 溢 洪 道,挑流坎的结构型式,:,如,图,6-11,所示，图（,a,）,为重力式，图（,b,）,为衬砌式，前者适用较软弱岩基或土基，后者适用坚实完整岩基。,挑流坎上还常设置通气孔和排水孔，如,图,6-12,所示。通气孔的作用是从边墙顶部孔口向水舌补充空气，以免形成真空影响挑距或造成结构空蚀。坎上排水孔用来排除反弧段积水；坎底排水孔则用来排放地基渗水，降低扬压力。底流消能适用于土基或软弱岩基，其消能原理和布置与水闸相应内容基本相同。,第二节 正 槽 溢 洪 道,图,6-11,挑流鼻坎的型式,(a),重力式,(b),锚筋薄护层式,1,面板；,2,齿墙3,护坦；,4,钢筋；,5,锚筋,第二节 正 槽 溢 洪 道,图,6-12,挑坎构造（单位：,）,1,纵向排水；,2,护坦；,3,混凝土齿墙；,450,通气孔；,510,排水管,第二节 正 槽 溢 洪 道,五、出水渠,出水渠的作用是使溢洪道下泄的洪水顺畅地流入下游河床。当消能防冲设施直接与河床连接时，可不另设出水渠。此时，必须通过水文计算和洪水调查等方法确定下游河床水位，同时还应考虑建库后可能发生的水位变化。,出水渠的布置优先考虑利用天然沟谷，并采用必要的工程措施，如明挖或布置成小型跌水，以较小的投资，保证沟谷受到冲刷或坍塌时不影响泄洪和危及当地民房及其他建筑物的安全，使出流平顺归入原河道第二节 正 槽 溢 洪 道,一、侧槽溢洪道的布置特点,侧槽溢洪道一般适用于坝肩山头较高，岸坡较陡，不利于布置正槽溢洪道且泄流量相对较小的情况。,其布置特点：,溢流堰在侧槽的侧边，进槽水流从侧向进流，纵向泄流，溢流堰既是低堰也是侧槽的一边槽壁。其主要优点是溢流堰可大致沿地形等高线布置，并沿河岸向上游延伸，以减少开挖量。其主要缺点是进堰水流首先冲向对面的槽壁，再向上翻腾，产生旋涡，逐渐转向再泄经下游，形成一种不规则的复杂流态，与下游水面衔接难以控制，给侧槽的布置造成困难。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,第三节 侧 槽 溢 洪 道,由于岸坡较陡，侧槽的横断面宜按窄深式布置。这样，有利于增加槽内水深稳定流态。在陡峭的山坡上，窄深断面要比宽浅断面节省开挖量。以,图,6-13,为例，如窄深断面过水面积为,1,，,宽浅断面过水面积为,2,，当,1,=,2,时，窄深断面可节省开挖面积。,侧槽溢洪道的溢流堰可采用实用堰、宽顶堰和梯形堰，但采用实用堰较多。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,图,6-13,侧槽挖方量比较图,虚线为窄深断面 实线为宽浅断面,第三节 侧 槽 溢 洪 道,图,6-14,侧槽水面曲线计算简图,第三节 侧 槽 溢 洪 道,1,、堰长,侧槽堰长（即溢流前缘长度）与堰型，堰顶高程，堰顶水头和溢洪道的最大设计流量有关。堰型应根据工程规模，流量大小选择，对于大、中型工程一般选择实用堰。溢流堰长度可接如下公式计算,（,6-5,）,式中：,Q,溢洪道的最大泄流量，,m,3,/s,；,H,堰顶水头，,m,，,行近流速水头可忽略；,m,流量系数，与堰型有关。,二、侧槽设计,第三节 侧 槽 溢 洪 道,2,、槽底纵坡,侧槽应有适宜的纵坡以满足泄洪要求。由于过堰水流的大部份能量消耗于槽内水体间的旋转撞击，水流的顺槽流速完全取决于水体的自重和水力比降。因此，槽底纵坡应有一定的坡度。当纵坡较陡时，槽内水流为急流，水流不能充分掺混消能，并且槽中水深很不均匀，最大水深可高于平均水深的,5%,20%,。,槽底纵坡应取单一纵坡，且小于槽末断面水流的临界坡。当槽底纵坡较缓时，槽内水流为缓流，水流流态平衡均匀，并可较好地掺混消能。初步拟定时，一般采用槽底纵坡为,0.05,左右，最大以不超过,0.1,为宜。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,3,、侧槽横断面底宽（,b,0,、,b,L,）,为了适应流量沿程不断增加的特点，侧槽横断面底宽应沿侧槽轴向自上而下逐渐加大。,根据地形地质条件选若干起始断面底宽,b,0,，,并经过经济比较确定。侧槽末端断面底宽,b,L,可按比值,b,0/,b,L,确定。一般来说，,b,0/,b,L,值愈小，侧槽开挖量愈省。但是，,b,0/,b,L,过小时，由于槽底需要开挖较深，将增加紧接侧槽末端水流调整段的开挖量。因此，合理的,b,0/,b,L,值应根据槽址的地形地貌条件通过比较确定。通常的,b,0/,b,L,值宜采用,0.25,0.65,即,b,L,=,（,1.5,4.0,）,b,0,。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,4,、侧槽横向边坡系数,侧槽横向边坡系数（图,6-15,），以较陡为宜，一般采用,=0.3,0.5,；靠溢流堰一侧，溢流曲线以下一般可采用,=0.5,左右。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,5,、侧槽始端槽底高程与末端水深,侧槽的槽底高程，以满足溢流堰为非淹没出流和减少开挖量作为控制条件。由于侧槽沿程水面为一降落曲线，因此，确定槽底高程的关键所在是首先确定侧槽起始断面水面高程，并由该水面高程减去断面水深求得该处的槽底高程。,试验研究结果表明：,为节省开挖量，适当提高渠底高程，常取侧槽起始断面水位高出堰顶水位,h,s,=0.5H,据此确定槽底高程。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,侧槽水面曲线的推算，首先必须确定控制断面水深,h,L,。,控制断面一般选用侧槽末端断面（若设水平调整段，则以调整段末端为控制断面），由该断面的临界水深,h,k,计算侧槽未端水深,h,L,。,为减少侧槽开挖量，应使侧槽末端断面水深,h,L,尽量接近经济断面水深。江西省水利科学研究所的研究成果认为，采用,h,L,=(1.2,1.5)h,k,较为理想，,h,k,为该断面的临界水深，当,b,0/,b,L,=5,时取,1.5,；,b,0/,b,L,=1.0,时取,1.2,，其余情况按内插法选用。,为保证侧槽未端实际水深与理论水深,h,L,一致，常需在侧槽末端设置一水平调整段与泄槽连接，并在调整段末端设置控制断面。调整段的长度以不小于（,2,3,）,h,k,为宜；,第三节 侧 槽 溢 洪 道,三、侧槽水力计算要点,侧槽水力设计的目的是选择适宜的侧槽底板纵坡和断面尺寸，以减少开挖量。在满足泄洪的前提下，使侧槽水流呈缓流流态，实现水流均匀平稳地进入泄槽，改善后接建筑物的水流条件。实践证明，侧槽水流在各级流量下均保持为缓流是难予做到的，但在泄放设计流量时，应保证槽内水流为缓流（即非淹没流）。,根据水库调洪演算确定的水位、流量、堰顶高程和水头，可按下述步骤进行侧槽的水力计算：,第三节 侧 槽 溢 洪 道,（,1,）选择堰型,，根据最大设计流量,Qmax,和相应的设计水头,Hmax,计算溢流前缘静长度,L,。,（,2,）,根据地形地质及施工条件，在平面地形图上布置侧槽的有关尺寸。,可选择几组槽底宽度,b0,、,bL,，,纵坡,i0,和横截面坡度系数,m,，,进行经济比较，选出较合理的数值。,（,3,）根据设计流量和控制断面宽度,bk,（图,6-15,中，,bk,=,bL,），,计算控制断面的临界水深，进而计算侧槽末端水深。,（,4,）根据侧槽末端水深,hL,、,控制断面临界水深,hk,和底宽,b0,、,bL,，,计算相应断面流速,vL,、,vk,，,并由下式确定控制断面坎高d,第三节 侧 槽 溢 洪 道,(6-6),式中,h,L,、,v,L,分别为侧槽末端水深和流速；,h,k,、,v,k,分别为侧槽控制断面临界水深和流速；,局部水头损失系数，可取,0.2,。,（,5,）将侧槽沿程划分为若干计算段，定出若干断面,（断面编号从始端开始依次编为,1,、,2,、,3,、,4,、,），近似按如下公式计算各断面流量,Q,i,(6-7),式中,q,流量，近似取（,m,3,/sm,）；,Q,设计流量（,m,3,/s,）；,第三节 侧 槽 溢 洪 道,L,溢流堰净长（,m,）；,X,i,计算断面至侧槽始端水平距离（,m,）；,Q,i,计算断面流量（,m,3,/s,）。,（,6,侧槽水面曲线推算,侧槽水面曲线推算是从侧槽末端水深,h,L,向上游推算，如,图,6-16,所示,相邻两计算断面的水深关系可接下式求得,(6-8),式中：,h,i,、,h,i+1,为相邻两计算断面水深；,X,i,相邻两计算断面水平距离；,i,侧槽槽底面与水平面的夹角；,Y,相邻两计算断面水面差。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,图,6-16,水力计算示意图,第三节 侧 槽 溢 洪 道,当侧槽纵坡很小时，此时，式（,6-8,）可简化为如下形式：,（,6-9,）,在槽中不发生水跃的情况下，相邻两计算断面落差可由动量原理推出的差分公式计算,（,6-10,）,式中,v,1,、,v,2,为相邻两计算断面的流速；,Q,1,、,Q,2,为相邻计算断面的流量，,m3/s,；,两计断面平均摩阻比降；,第三节 侧 槽 溢 洪 道,n,侧槽底板糙率，混凝土为,0.011-0.017,岩石为,0.025-0.045,；,相邻两计算断面的平均流速（,m/s,）,；,相邻两计算断面的平均水力半径，。,一般工程，可忽略摩阻水头损失 ，则上式可简化为如下形式,(6-11),利用公式（,6-11,）和（,6-9,）推求水面曲线时，应采用试算法。试算法的步骤是：,1,）已知,h,2,，,b,2,，,v,2,，,Q,2,（,如侧槽未端断面）和,Q,1,，,假设一个,Y,；,2,）把,Y,代入公式（,6-9,）计算,1,1断面水深,h,1,；,第三节 侧 槽 溢 洪 道,3,）计算,1,1,断面过水面积，并计算 ；,4,）把,v,1,，,v,2,，,Q,1,，,Q,2,代入式（,6-11,）计算,Y,；,5,）,比较计算值,Y,与假设值,Y,，,若二者相等，则,Y,就是相邻两断面的水面落差；否则，应重新假设,Y,值，重复上述计算，直至相等为止,.,（,7,）槽底高程确定,侧槽槽底高程的确定，首先要确定泄槽起始断面高程，然后按选定的侧槽纵坡确定其他断面底部高程。起始断面槽底高程可根据侧槽首端溢流堰允许的淹没水深，定出侧槽起始断面水位，由该水位减去相应水深求得该截面底部高程。其他断面槽底高程可按槽底纵坡确定。,第三节 侧 槽 溢 洪 道,我国,溢洪道设计规范,（,SL253-2000,）,规定，在具备合适的地形、地质条件时，经技术经济比较后,溢洪道可布置为正常溢洪道和非常溢洪道，必要时,正常溢洪道可分为主、副。,非常溢洪道在土石坝枢纽中应用最多，这是因为土石坝一般不允许洪水漫过坝顶的特点决定的。作为保坝措施，它的运用任务是宣泄超过设计标准的洪量。超设计标准的洪量既包括校核洪水位与设计洪水位之间的洪量，也包括坝址出现超过校核洪水位的特大洪量。,非常泄洪道的启用标准：一般情况下，当库水位达到设计洪水位后即应启用。由于超设计标准的洪水是稀遇的，故非常溢洪道启用机会很少，为此非常溢洪道的结构布置可以简化些。,第四节,非 常 溢 洪 道,第四节 非 常 溢 洪 道,除了控制段和泄洪能力不能降低标准以外，其余部分都可以简化布置。如泄槽可不衬砌，消能防冲设施可不布置，以获得全面综合的经济效益。,非常溢洪道的位置应与大坝保持一定的距离，以泄洪时不影响其他建筑物为控制条件。为了防止泄洪造成下游的严重破坏，当非常泄洪道启用时，水库最大总下泄流量不应超过坝址相同频率的天然洪水量。,非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式和爆破引溃式。,第四节,非 常 溢 洪 道,一、漫流式,漫流式非常溢洪道的布置与正槽溢洪道类似，堰顶高程应选用与非常溢洪道启用标准相应的水位高程。控制段（溢流堰）通常采用混凝土或浆砌石衬砌，设计标准应与正槽溢洪道控制段相同，以保证泄洪安全。控制段下游的泄槽和消能防冲设施，如行洪过后修复费用不高时可简化布置，甚至可以不做消能设施。控制段可不设闸门控制，任凭水流自由宣泄。溢流堰过水断面通常做成宽浅式，故溢流前缘长度一般较长。因此，这种溢洪道一般布置在高程适宜、地势平坦的山坳处，以减少土石方开挖量。,第四节,非 常 溢 洪 道,图,6-17,漫顶自溃式非常溢洪道进水口断面图 单位：,m,（,a,）,国内某水库非常溢洪道示意图（,b,）,国外某水库漫顶自溃堤断面图,1,土堤；,2,公路；,3,自溃堤各段间隔墙；,4,草皮护面；,50.3m,厚混凝土护面；,60.6m,厚,1.5m,深的混凝土截水墙；70.6m,厚、,3.0m,深混凝土截水面,第四节,非 常 溢 洪 道,二、自溃式,自溃式非常溢洪道有漫顶溢流自溃式和引冲自溃式两种型式。,漫顶溢流自溃式由自溃坝（或堤）、溢流堰和泄槽组成。自溃坝布置在溢流堰顶面，坝体自溃后露出溢流堰，由溢流堰控制泄流量，如图,6-17,所示。自溃坝平时可起挡水作用，但当库水位达到一定的高程时应能迅速自溃行洪。为此，坝体材料宜选择无粘性细砂土，压实标准不高，易被水流漫顶冲溃。当溢流前缘较长时，可设隔墙将自溃坝分隔为若干段，各段坝顶高程应有差异，形成分级分段启用的布置方式，以满足库区出现不同频率稀遇洪水的泄洪要求。浙江南山水库自溃式非常溢洪道，采用,2m,宽的混凝土隔墙将自溃坝分为三段。,第四节,非 常 溢 洪 道,各段坝顶高程均不同，形成三级启用形式，除遇特大洪水时需三级都投入使用外，其他稀遇洪水情况只需启用一级或两级，则行洪后的修复工程量亦可减少。,自溃式非常溢洪道的优点：,结构简单，施工方便，造价低廉；,缺点是运用的灵活性较差，溃坝时具有偶然性，可能造成自溃时间的提前或滞后。国内已建工程一般在,6m,以下。,第四节,非 常 溢 洪 道,引冲自溃式也是由自溃坝、溢流堰和泄槽组成，在坝顶中部或分段中部设引冲槽，如图,6-18,所示。当库水位超过引冲槽底部高程后，水流经引冲槽向下游泄放，并把引冲槽冲刷扩大，使坝体自溃泄洪。,这种自溃方式在溃决过程中流量逐渐加大，对下游防护较有利，故自溃坝体高度可以适当提高。对于溢流前缘较长的坝，也可以按分级分段布置。引冲槽槽底高程、尺寸和纵向坡度可参照已建工程拟定。,第四节,非 常 溢 洪 道,图,6-18,某水库引冲自溃坝式溢洪道,(a),上游立视图；,(b)A-A,剖面图,1-,自溃堤；,2-,引冲槽；,3-,引冲槽底；,4-,混凝土堰；,5-,卵石；,6-,粘土斜墙；,7-,反滤层,第四节,非 常 溢 洪 道,应当指出，自溃式溢洪道在溃坝泄洪后，需在水位降落后才能修复，如果堰顶高程较低，还会影响水库当年的蓄水量。但是，非常溢洪道的启用机遇是很小的，故这种影响一般不大。关键的问题是保证自溃土坝在启用时必须能按设计要求被冲溃，为此应参照已建工程经验进行布置，并应通过水工模型试验验证。,第四节,非 常 溢 洪 道,三、爆破引溃式,与自溃式类似，爆破引溃式非常溢洪道是由溢洪道进口的副坝、溢流堰和泄槽组成。当溢洪道启用时，引爆预先埋设在副坝廊道或药室的炸药，利用爆破的能量把布置在溢洪道进口的副坝强行炸开决口，并炸松决口以外坝体，通过快速水流的冲刷，使副坝迅速溃决而泄洪。如果这种溢洪措施副坝较长时，也可分段爆破。爆破的方式、时间可灵活、主动掌握。由于这种引溃方式是由人工操作的，因而使坝体溃决有可靠的保证。图,6-19,为我国沙河水库溢洪道的副坝药室布置图。,第四节,非 常 溢 洪 道,应当指出，非常溢洪道由于设计理论不完善，实践经验不足，在运用中还存着不少问题，在设计和运用中应谨慎对待。若启用不当，将造成不必要的人为洪峰，反而会加重下游的灾情。,第四节,非 常 溢 洪 道,图,6-19,沙河水库副坝药室及导洞布置图,（单位 高程,m,，,其他为,cm,）,第四节,非 常 溢 洪 道,思考题：,1,、河岸溢洪道有哪几种主要型式？其运用特点如何？,2,、简述正槽溢洪道各组成部分的作用。,3,、简述溢洪堰的堰形选择和泄槽的布置特点。,4,、简述侧槽溢洪道与正槽溢洪道的不同点。,5,、简述非常溢洪道的类型和作用。,第四节,非 常 溢 洪 道,