4 泄水孔的设计

泄水孔的设计㈠有压泄水孔的设计坝体在内水压力作用下可能会出现拉应力，因此孔壁需用钢板衬砌1、孔径D的拟定、小.'"4Q孔径D的拟定可依据下式：D= （1）兀u1P式中：Q——每个发电孔引取的流量，m3/s；u 孔内的允许流速，m/s,对于发电孔u=5.0〜6.0m/s。pp2、进水口体形设计进水口体形应满足水流平顺、水头损失小，进口形状应尽可能符合流线变化规律。工程中常采用椭圆曲线或圆弧形的三向收缩矩形进水口，如图1。2)图12)b2式中：a――椭圆长半轴，圆形进口时，a为圆孔半径；矩形进口时，顶面曲线a为孔高h,狈9面曲线a为孔宽B；b——椭圆短半轴，圆形进口时，b=0.3a；矩形进口时，顶面曲线b=（1/3〜1/4）a,9面曲线b=a/5。对于重要工程的进水口曲线应通过水工模型试验进行修改。孔口的高宽比（h/B）不宜太大，一般为1.5左右。最大不超过2。3、闸门与门槽有压泄水孔一般在进水口设置栏污栅和平面检修闸门，在出口处设置无门槽的弧形闸门。若闸门槽设计不当，容易产生空蚀破坏。根据工程实践，在高水头时，门槽应采用如图2所示的形状。U/ IV图2泄水孔闸门槽形状门槽的宽深比W/D=1.6〜1.8,A/D=0.05〜0.08,R/D=0.1,x/A=10〜12。4、渐变段有压泄水孔孔身断面为圆形,进口闸门处为矩形,在进口闸门之后需设置渐变段,以保持水流平顺。渐变段的长度一般为2〜3倍孔径。渐变规律一般都是收缩型,采用圆角过渡,如图3所示。图3渐变段5、出水口有压泄水孔的出口控制着整个泄水孔内的内水压力状况,为了避免空蚀破坏,将出口缩小以增加孔内压力,常采用压坡段（坡度为1：5〜1：10）,出口断面面积为孔身断面的85％〜95％。6、通气孔和平压管平压管是埋在坝体内部,平衡检修闸门两侧水压以减小启门力的输水管道。从水库中引水，阀门设在廊道内。平压管的直径应根据设计充水时间确定，一般不超过8h.不设平压管的工程,利用检修闸门的小开度充水。通气孔的断面面积一般取0.5％〜1.0％倍泄水孔断面面积,同时应大于平压管的过水断面面积。通气孔的下端应尽量靠近闸门之后的最高位置,上端的进口必须与闸门的启门室分开。7、水力计算水力计算的任务：验算泄水能力及孔内的压力分布。泄水能力计算按管流公式（3）：

11式中：A、A分别为泄水孔孔身和出口断面面积，m2；CL、R、一一分别为泄水孔的长度、水力半径，m；Z——局部水头损失系数；H 库水位与出口水面之间高差，m；卩一一流量系数；C——谢才系数。当泄流量求得后，泄水孔中任一断面的流速都可求得，根据能量方程即可求出沿程各断面的压强。一般泄水孔顶部的压强不低于2m水柱。㈡、无压泄水孔的设计无压泄水孔在平面布置上宜为直线，其过水断面多为矩形，它由压力短管和明流段两部分组成。无压泄水孔的工作闸门布置在进水口，工作闸门后的孔口顶部升高，形成无压流。关闭闸门后，孔内无积水，对坝体的防渗有利。泄水孔的衬砌，一般应根据内外水压力、孔口尺寸、受力条件、孔内流速、含沙量、运用条件等因素来确定，一般要求混凝土有一定的强度和抗冲耐磨性能。1、 进水口体形设计无压泄水孔的进水口指工作闸门前的压力短管部分，它由进口曲线段、检修闸门槽、压坡段组成。进口曲线段的形状与有压泄水孔相同，常用1／4椭圆曲线，其后接一段直线压坡段，压坡段的坡度一般为1：4〜1：6,长度为3〜6m。2、 明流段设计为使水流平顺，在工作闸门后的明流段的底坡常设计抛物线形，其方程为：4)x4)6.25(p2H式中：H——工作闸门孔口中心线处的作用水头，m；9——孔口流速系数，一般为9=0.90〜0.96；明流段在任何情况下，必须保证形成无压流。明流段的孔顶在水面以上应有足够的富裕度。当孔身为矩形时，顶部高出水面的高度可取最大流量时不掺气水深的30％〜50％；当孔身为城门洞形时，拱脚距水面的高度可取不掺气水深的20％〜30％。3、 通气孔设计检修闸门后的通气孔和平压管的设计与有压泄水孔相同，除此之外，还要在工作闸门后设通气孔。工作门后的通气孔的面积可按下式估算，且一般不小于闸孔面积的10％。估算公式为：VA=0.09A—w (5)aVa式中：A、A分别为通气孔和明流段的断面面积，m2；aV闸孔处的水流流速，m/S；WV 通气孔的允许风速，一般取30〜40m/S.a4、 水力计算无压泄水孔的泄流能力计算，可按公式（3）进行计算，但式中H应为工作闸门处的水头，A为闸孔