河岸溢洪道基础知识PPT课件.ppt

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（ b0、bL ）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（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（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（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(1) 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=(0.650.85)Hmax当P11.33Hd时，取Hd=(0.750.95)Hmax2）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/Hd0.3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 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 堰 面克一奥0.4260.4460.460.4690.4760.480.4830.4850.49恳务恳务局0.4220.4450.4580.4670.4730.4770.480.4830.492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: P20.6Hd3）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L10H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Fr2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 （6-2）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1.11.3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(810)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1.11.5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h。