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同学们好

本节课开始

我们学习新的一章

岸边溢洪道

本章内容不多

包括概述和正槽溢洪道两节

其中部分内容如结构计算、泄水

消能防冲等方面与重力坝类似

可参见前述章节

首先是概述

溢洪道是一种最常见的泄水建筑物

在土石坝一章中

我们介绍几个典型的土石坝枢纽工程时

已经见过溢洪道

如图所示的糯扎渡水电站

在左岸垭口设置了开敞式溢洪道

水平总长1445m

宽151.5m

共设8个宽15m×高20m的表孔

每孔均设检修门和弧形工作闸门

溢流堰堰高17m

最大泄流量31318m3/s

采用挑流并预挖消力塘消能

其工程照片如图所示

天生桥一级水电站

如图所示

在右岸垭口处设置开敞式溢洪道

最大下泄流量21750m3/s

泄洪孔口尺寸为宽13m

高20m

共5孔

溢洪道全长1665m

由引渠、溢流堰、泄槽

挑流鼻坎和护岸工程组成

溢流堰顶设5孔弧形闸门

堰后为泄槽

泄槽平面采用不对称收缩体型

横断面为矩形

纵坡13%

为避免气蚀破坏

在泄槽段共设5道掺气槽

泄槽轴线与下游河道的交角为50°～60°

且流速高

泄量大

经水力模型试验研究

采用了两侧扩散的舌形鼻坎方案

较好地解决了泄流消能问题

除土石坝枢纽工程通常需设置溢洪道外

有些重力坝根据

泄洪功能的需要也设置了溢洪道

如图所示

目前世界第二大水电站-伊泰普水电站

主坝为混凝土双支墩空心重力坝

在右岸设置了岸边溢洪道

其溢流前沿长度390m

安装14扇20m×20m弧形闸门

最大下泄流量62000m3/s

刘家峡水电站如图所示

大坝采用混凝土重力坝

左右两岸设置混凝土副坝

在右岸坝端设置开敞式溢洪道

进口分3孔

连同中墩总宽42m

泄量4250m3/s

值得说明的是

上述重力坝中设置的溢洪道

与溢流重力坝在功能、结构上基本相同

因此

在有些文献里称为溢流重力坝

也是可以的

溢洪道的特点主要有

泄水时为开敞式明流条件

根据水力学理论

其超泄能力较强

随着水头的增加

泄流能力的增加更快

因此常作为主要的泄洪通道

溢洪道的闸室不被淹没

闸门上游侧水深不大

因此闸门承受的作用力小

操作和检修较为方便

但是

溢洪道的泄水高程有限

仅采用泄洪道泄水时

最多能将上游水位泄至溢流堰顶高处

而且

只有在上游水位高于溢流堰顶时方能泄水

不能像深部泄水孔或泄洪隧洞那样

可以提前预泄洪水或放空水库

溢洪道作为主要的泄水建筑物

在枢纽中一般承担主要的泄水功能

需要满足的要求有

1、具有足够的泄流能力

保证用于宣泄规划库容不能容纳的洪水

防止洪水漫溢坝顶

保证大坝安全

2、保证其工作期间的自身结构安全

例如闸墩、闸门、底板等

不发生结构失稳或破坏

3、经过溢洪道下泄的水流

与原河道水流有妥善的衔接

不发生下游河床和岸坡的冲刷破坏

以上三个方面的要求可以总结

为“泄得下、站得住、冲不垮”

为满足这些要求

在溢洪道设计时需考虑的因素有以下多个方面

1、坝型

对于土石坝枢纽

由于土石坝不能过流

且必须保证不发生漫顶跨坝

因此对泄水建筑物的要求更高

一般需修建超泄能力较强的开敞式溢洪道

考虑单个泄洪通道可能存在失效的情况

一般还需设置其他辅助泄洪设施如泄洪隧洞等

而对于重力坝和拱坝

坝身可以作为主要的泄水通道

若通过坝身的泄流能力足够

可以不设置或仅设置较小的其他泄水通道

2、地形、地质条件

溢洪道适于修建在存在天然垭口的岸坡山梁处

前端具有相对开阔的水域

使得进水水流平缓

流态较好

而且距离其他建筑物特别是土石坝不宜太近

避免水流对坝体上游面产生冲刷影响

地质方面

在闸室、泄槽段、出口段应有较好的岩体

不发生大的变形

以保证各段结构的安全运行

出口处具有质量较好的岩体

可以提高抗冲刷、空蚀破坏的能力

当存在不良地质条件时

需进行加固处理

3、泄洪规模

不同的河流

其水文条件、洪水特性不同

需根据泄洪规模综合考虑

不同型式泄水建筑物的组合

对坝身过流、溢洪道泄洪

隧洞泄洪等进行流量分配

确定不同泄水建筑物的泄流能力

4、单宽流量和下游消能

溢洪道一般泄流量大

流速高

对下游河道及岸坡的抗冲刷能力的要求较高

需结合下游地质条件

选定单宽流量及消能方式

由此确定溢洪道的断面尺寸及出口处的结构型式

5、对于梯级水库

需要考虑水库联合调度、运行频率等方面的要求

此外

还需要考虑设计和校核洪水的可靠性和精确性

以及溢洪道工作闸门失效的可能性

采取各种工程措施

提高安全裕度

最终经技术经济综合比较后确定设计方案

下面是溢洪道的分类

主要按结构型式分类

可分为正槽式、侧槽式、井式和虹吸式溢洪道

正槽式溢洪道最为常见

上述介绍的几项工程的溢洪道都是正槽式的

其特点是溢流堰的轴线与泄槽轴线正交

过堰水流流向与泄槽轴线方向一致

关于正槽溢洪道的详细介绍

将在下节课中进行

第二种是侧槽式溢洪道

如图所示

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

侧槽式溢洪道的优点在于

可以减少开挖量

增加溢流堰的长度

提高堰顶高程

增加兴利库容

但其水流条件比较复杂

过堰水流进入侧槽后

形成横向旋滚

水流紊动强烈

水面不平稳

井式溢洪道如图所示

通常由溢流喇叭口、渐变段、竖井

弯段、下部隧洞等部分组成

喇叭口可以不设置闸门形成自由溢流

也可以在四周设置闸门

井式溢洪道的进口

也可以做成如图所示的型式

增加溢流前沿长度

当地质条件较好时

可以采用井式溢洪道

避免大量的土石方开挖

降低造价

但是

当宣泄小流量时

井内水流连续性较差

水流不稳定

易产生振动和空蚀破坏

国内采用的较少

最后一种是如图所示的虹吸式溢洪道

其优点是利用大气压强产生的虹吸作用

能在较小的堰顶水头下得到较大的泄流量

而且管理方便

可以自动泄水和停止泄水

比较灵活地自动调节上游水位

虹吸式溢洪道的缺点在于结构复杂

管内不便检修

进口易被堵塞

真空度较大时易发生空蚀破坏

超泄能力较小

以上是溢洪道的几种结构型式

下节课我们将重点学习最为典型

广泛采用的正槽式溢洪道