河岸溢洪道知识讲义（46页内容丰富）

1、第六章河岸溢洪道目的：了解溢洪道的作用、分类、组成重点：分类、优点课时：2节本章学习重点 了解并掌握河岸溢洪道的作用、类型、运用条件，掌握正槽溢洪道和侧槽溢洪道的组成、优缺点及相应适用条件。 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溢流坝段、河岸溢洪道、深式泄水建筑物等。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，一般适用于土石坝，堆石坝以及某些轻型坝等水利枢纽。泄水建筑物：用来宣泄洪水期间或其他情况下水库（或渠道）中多余水量以保证大坝安全的建筑物。包括河床溢洪道（如溢流坝、泄洪闸、泄水

2、孔等）和河岸溢洪道（明渠和泄水隧洞等）。河岸溢洪道的适用条件1、河谷狭窄，洪峰流量大，采用河床布置有困难；2、坝体不宜作河床溢洪道；3、有垭口地形；4、利用施工导流洞改建。第一节、河岸溢洪道的型式 河岸溢洪道的主要型式有正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。1正槽溢洪道正槽溢洪道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5l所示。正槽溢洪道水流平顺，超泄能力大，结构简单，运用管理方便，适用于各种水头和流量。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。 2侧槽溢洪道该型式的溢洪道的溢流堰与泄槽的轴线接近平行，过堰水流在侧槽段的较短距离内转弯约90

3、，如图52所示，再经泄槽泄人下游。因而水流在侧槽中的紊动和撞击都很强烈，且距坝头较近，直接关系到大坝的安全。它适宜用在坝肩山体较高、岸坡较陡的中小型水库中。 3井式溢洪道如图53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。水流进入环形溢流堰后，经竖井和泄水隧洞段流入下游。它适用于岸坡陡峻、地质条件良好、地形条件适宜的情况。它的缺点是水流条件复杂，超泄能力小，容易产生气蚀和振动。在于程实践中，布置这种泄洪设施往往与导流隧洞相结合，施丁期采用隧洞导流，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，仅在某些山区渠道退水工程中应用过。 4虹吸式溢洪道 它是由具有虹吸作用的曲管和淹

4、没在上游水位以下的进口(又叫遮檐)所组成，如图54所示。在水库正常高水位以上设有通气孔，当库水位超出正常高水位时，淹没了通气孔，水流经过堰顶开与空气混合，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，且进口易堵塞，管内易空蚀。适用于上游淹没高程有严格限制的情况。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，而后两种称为封闭式溢洪道。 1 河岸溢洪道的位置选择 河岸溢洪道位置选择是否得当，对水库工程的安全利造价有很大影响。其位置选择主要考虑以下条件。 (1)枢

5、纽总体布置方面。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。其布置时合理选择进出位置，保证水流顺畅。进水口应短而直，出水渠应与下游河道平顺连接，避免下泄水流对坝址下游河床的严重冲刷及淤积，保证其他建筑物的正常工作 (2)地形条件，这是决定溢洪道型式和布置的主要因素。较理想的地形条件是，离大坝不远的库岸有通向下游的马鞍形垭口，其高程在正常蓄水位附近，垭口后面有长度不大的冲沟直通原河道，出口离坝脚较远，不威胁大坝安全，且易解决下泄水流的归河问题。(3)地质条件。这是影响溢洪道安全的关键因素。溢洪道应布置在坚固、完整且稳定的岩体上。第二节、正槽溢洪道工作特点

6、开敞式正面进流. 泄槽与溢流堰轴线正交,过堰水流与泄槽方向一致. 组成: 进水段（引水渠）, 控制段,泄槽(陡槽), 消能段,尾水渠. 优点:结构简单,进流量大,泄流能力强,工作可靠,施工、管理、维修方便，因而被广泛采用。一、正槽溢洪道各组成部分的设计1、引水渠 作用：使水流平顺地进入控制段，改善堰身及泄槽的流态。 设计原理：在合理的开挖方量下，尽量减少水头损失，以增加溢洪道的泄水能力。 断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形。 进口布置形式：喇叭口。图6-2 溢洪道的整体布置 单位：m 2、控制堰段作用:控制溢洪道的泄流能力.横断面:矩形纵剖面:实用堰和宽顶堰设计要求:有足够的泄流能力.*

7、实用堰:流量系数大，需要的溢流前缘较短，较之宽顶堰可减少工程量。但施工复杂，多用于岩石地基上，尤其是岸坡较陡的大中型工程。*宽顶堰:结构简单，施工方便。但流量系数较小，需要的溢流前缘较长。多用于泄洪量不大或附近地形较平缓的中小型工程中。图6-3 常用的控制堰3、泄槽段 工作特点：在溢流堰后用泄槽与消能段相接，为使槽内水流呈急流状态其纵坡常为大于临界坡度的陡坡，因此又称其为陡槽。由于泄槽内水流流速较高，设计时必须考虑高速水流产生的冲击波、脉动和空蚀现象，在布置和构造上予以重视，一般应加高、加固泄水槽的边墙，以确保溢洪道的安全。（1）泄槽的纵剖面设计 泄槽的纵坡一般做成为大于临界坡度的陡坡，通常i

8、=1%5%，有时可达10%15%。*变坡：泄槽很长时，为适应地形、地质条件而设。由陡变缓，变坡处用反弧段连接R8 10倍水深，易出现动水压力破坏，应尽量避免。由缓变陡：变坡处用抛物线连接。槽底易产生负压。图6-4 泄槽变坡处的竖曲线（2）泄槽的平面布置从高速水流考虑，泄槽在平面上应尽量直线、等宽、对称布置。实际上，由于地质（形）条件的限制，或从减少开挖、处理洪水归河、有利消能等方面考虑，往往改变横断面，设置收缩段、弯曲段或扩散段。 图6-5 泄槽的平面布置(3)断面型式 在岩基上一般接近矩形断面，土基上用梯形较多，边坡不宜太缓以防止水流外溢和对流态不利，一般应做衬砌。(4)弯曲段：渠底超高法作

9、用是使流量分布均匀并适当改善流态。 对弯曲的泄槽，为使槽内流量分布均匀和改善流态，可将渠底做成外侧高于内侧的横向底坡，用重力来平衡离心力。图6-6 弯道上的泄槽 5)收缩段与扩散段收缩段的收缩角大小直接影响由于断面收缩而产生的冲击波的大小。收缩角越小，冲击波就越小，通常收缩角 11.25.扩散段一般设在泄槽的末端有利于消能.在高速水流的条件下,扩散角不宜过大以免水流于边墙脱离. 4、消能设施：泄水槽出口处，作用是为了消除下泄水流具有破坏作用的动能，从而防止建筑物被水流冲刷，保证安全。消能方式：底流消能和挑流消能。5、尾水渠:当流经泄槽的急流经过消能后，不能直接进入原河道，需布置一段尾水渠，要求

10、短、直、平顺，底坡尽量接近原河道的坡度，以使水流能平稳顺畅地归入原河道 图6-7 溢洪道挑流坎布置图 单位：m第三节 侧槽溢洪道一、侧槽溢洪道的特点和布置1、特点：水流经过溢流堰，泄入与堰大致平行的侧槽后，在槽内转向约90，经泄槽或泄水隧洞流入下游。侧向进流，纵向泄流。2、适用:坝址山头较高、岸坡较陡的情况，尤其适于中小型水库中无闸门控制的溢洪道中。3、组成：一般由控制段、泄槽、消能防冲设施和尾水渠组成。图6-8 侧槽溢洪道典型布置第四节 非常溢洪道在建筑物运行期间，出现超过设计标准的洪水，由于这种洪水出现机会极少，所以可用构造简单的非常溢洪道来宣泄。一旦发生超过设计标准的洪水，即启用非常溢洪

11、道泄洪，只要求能保证大坝安全，水库不出现重大事故即可。一、漫流式非常溢洪道 这种溢洪道将堰顶建在准备开始溢流的水位附近，且听任其自由溢流。这种溢洪道的溢流水深一般取得较小，因而溢流堰较长，多设于垭口或地势平坦之处，以减少土石方开挖量。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

12、。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。二、自溃式非常溢洪道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

13、混凝土隔墙将自溃坝分为三段，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是结构简单，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。所以，自溃坝的高度常有一定的限制，国内已建工程一般在6m以下。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。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

14、。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。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。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

15、，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。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。第七章 水 工 隧 洞 本章学习重点 本章介绍了水工隧洞的类型和工作特点，重点掌握水工隧洞的功用和类型、水工隧洞的组成、工作特点、进水口的形式和特点、出口消能、懂身断面形式和构造，要求了解隧洞衬砌的荷载和结构计算方法。要求掌握坝下涵管的构造要求。第一节 概 述一、水工隧洞的类型

16、和工作特点 1 水工隧洞的类型 水工隧洞因担负任务性质的不同，可分为取水隧洞和泄水隧洞两大类。按工作时水力条件的不同，分为有压隧洞和无压隧洞两种。 取水隧洞用来从水库取出用于灌溉、发电、工业用水、生活供水等所需要的水量，其流速一般较低。泄水隧洞可配合溢洪道宦泄部分洪水，用来排沙、泄放水电站尾水以及放空水库等，一般为高速水流。有压隧洞千作时，隧洞内充满水，内壁面各个部位均作用有较大的内水压力，并保证洞顶的测压管水头大于2m。无压隧洞丁作时水流具有自由水面，保持一定的净空。取水隧洞和泄水隧洞丁作时町为有压或无压状态，或前段有压后段无压状态，但必须避免有压流和无压流交替出现的工作状态。 在水下隧洞设计时，根据枢纽的规划、布置，尽量做到多功能，多目标开发，使得一洞多用，以节省工程投资。如采用“临时变永久”或“二洞合一”等型式。 “临时变永久”，是指工程竣工后，将施工导流洞改为放空、排沙、泄洪隧洞，也可改为发电、灌溉的引水隧洞。当导流洞的进口高程较低，不满足其他隧洞承担的任务时，可设置成“龙抬头”型式导流洞上方另设进水口，如图6l所示。“二洞合一”，是指泄洪与灌溉、泄洪与发电引水相结合布置，泄洪、排沙、放空相结合布置，发电引水与灌溉供水相结合布置等，如图62所示，只设一个进水口，适当的位置分岔。需注意的是：