正槽式河岸溢洪道設(shè)計探析

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1、正槽式河岸溢洪道設(shè)計探析　　【摘要】正槽式溢洪道的泄水槽與堰上水流方向一致，所以其水流平順，超泄能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠，適用于各種水頭和流量，是一種采用最多的河岸溢洪道形式。【關(guān)鍵詞】正槽式；河岸溢洪道；設(shè)計；問題1.前言（1）溢洪道是水庫樞紐中的主要建筑物之一，它承擔(dān)著宣泄洪水，保護(hù)工程安全的重要作用。溢洪道在壩體以外的河岸上修建稱為河岸溢洪道，當(dāng)攔河壩是土石壩時，幾乎都采用河岸溢洪道；在薄拱壩或輕型支墩壩的水庫樞紐中，當(dāng)水頭高、流量大時，泄洪亦以河岸溢洪道為主；在重力壩的水庫樞紐中，當(dāng)河谷狹窄，布置河床壩頂溢流與壩后電站有矛盾，而河岸又有適于修建溢洪道的條件時，也要靠河岸

2、溢洪道泄洪。因此，河岸溢洪道的應(yīng)用是很廣的。（2）正槽式溢洪道的泄水槽與堰上水流方向一致，所以其水流平順，超泄能力大，結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠，適用于各種水頭和流量，是一種采用最多的河岸溢洪道形式。下面筆者就正槽式河岸溢洪道設(shè)計中幾個值得注意的問題提出來供大家參考。2.引水渠的底寬和流速4引水渠的作用是將水庫的水平順地引至控制堰前，其設(shè)計原則是在合理的開挖方量下盡量減小水頭損失，以增加溢洪道的泄水能力，而引水渠的底寬和流速是比較重要的控制因素。為防止泄洪時引水渠兩側(cè)產(chǎn)生不對稱的回流或立軸旋渦，小轉(zhuǎn)向慣性力引起的堰前橫向坡降，導(dǎo)致過堰水流不均，減小泄流能力，規(guī)范規(guī)定引渠底寬可為等寬或順?biāo)?/p>

3、流方向收縮，在與控制段連接處應(yīng)與溢流前沿等寬。根據(jù)資料統(tǒng)計，國內(nèi)外幾個工程的進(jìn)水渠首、末端斷面底寬之此B0/B為1.5～3.0，如中國竹園1.5、碧口1.7、南谷河2.0、大伙房2.4、石頭河3.0，日本的巖尾1.9，印度的Bcas2.5等。故B0/B一般限制在1.5～3.0較為有利。引水渠內(nèi)水流流速對工程量和水頭損失有較大影響。規(guī)范對34個工程資料統(tǒng)計分析，設(shè)計流速低于3m/s的共9個，占26.47%；設(shè)計流速在3m/s～5m/s之間的共18個，占52.94%；設(shè)計流速高于5m/s的共7個，占20.59%。彼此相差也頗大，如西排子河水庫的流速僅0.73m/s，而碧口的流速在設(shè)計工況

4、下為5.58m/s，保壩工況下為8.63m/s。一般規(guī)定進(jìn)水渠設(shè)計流速不大于4.0m/s，以控制在1～2m/s為宜。對于地勢較高，山坡較陡，開挖方量很大的河岸溢洪道，進(jìn)小渠設(shè)計流速可以適當(dāng)提高，但應(yīng)盡量縮短進(jìn)水渠的長度，減少進(jìn)水渠的水頭損失。進(jìn)水渠進(jìn)口的流速應(yīng)低于渠內(nèi)流速，一般控制在2.5m/s以下為宜。43.控制段的堰型選擇（1）控制段控制水庫的水位和下泄流量，是溢洪道的咽喉，其常用的堰型有寬頂堰、實用堰。寬頂堰結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。但流量系數(shù)較低，在相同條件下，其所需要的溢流前緣要比實用堰長，土石挖方較大。（2）一般多用于泄洪量不大或附近地形平緩，高程適宜的中小型水庫中。實用堰由于

5、流量系數(shù)大，當(dāng)岸坡較陡時，采用實用堰可以減少開挖方量，多用于大中型工程。在溢洪道上經(jīng)常采用的實用堰型有WES型和駝峰堰，WES堰的流量系數(shù)較大，堰型較優(yōu)，推薦優(yōu)先采用。駝峰堰的堰面是由幾個半徑不同的圓孤組成，施工簡單，地基應(yīng)力分布比較均勻，整體穩(wěn)定性較好，適用于軟弱地基條件，其流量系數(shù)要比寬頂堰大。而值得一提的是，為尋找高水頭溢洪道中低堰用的較理想體形，某些學(xué)者對機(jī)翼形堰進(jìn)行了水工物理模型和數(shù)學(xué)模型的綜合研究，結(jié)果表明機(jī)翼形堰是很適用于高水頭溢洪道上以低堰狀態(tài)工作的堰型，而以盡可能大的流量系數(shù)和盡可能小的負(fù)壓絕對值作全面比較，機(jī)翼形堰還稍勝WES堰一籌。并且具有堰型參數(shù)少，便于設(shè)計施

6、工；堰頂部分較平緩，易于布置閘門；下游堰面曲線有漸變的斜率，便于和各種縱坡槽底相切等優(yōu)點。筆者認(rèn)為機(jī)翼堰也是一種值得推廣應(yīng)用的堰型。4.堰頂水頭H和堰面定型設(shè)計水頭Hd4（1）堰頂水頭應(yīng)以控制堰上游（4～6）H處的水位作為計算標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)溢流堰面臨水庫而無引水渠時，可用水庫水位計算堰頂水頭；當(dāng)引水渠較長時，則必須考慮到水渠的水頭損失由引渠的水面線確定H值。過去有些工程在設(shè)計堰頂水頭H時對引水渠的水頭損失考慮不足甚至完全忽略而造成溢洪道泄量達(dá)不到設(shè)計值的情況必須引起重視。（2）選擇適宜的堰面定型設(shè)計水頭Hd，對控制堰的泄洪量和工程的安全有著很大的意義。由于溢洪道上的堰多為低堰，下游水深相對

7、較大，選用較小的定型設(shè)計水頭，高水位時一般不會發(fā)生過大的負(fù)壓，有利于渲泄較大的洪水。部分研究認(rèn)為當(dāng)堰頂水頭H=1.4Hd時，堰面負(fù)壓不致產(chǎn)生有害的影響，所以Hd一般采用堰頂最大水頭的0.6～0.75倍。規(guī)范規(guī)定低堰的定型設(shè)計水頭Hd一般取為堰頂最大水頭的65%～85%。5.低實用堰的堰高和下游堰面坡度（1）由于溢洪道的控制段多數(shù)采用低實用堰，而低堰的流量系數(shù)受堰高的影響較大，為了獲得較大的流量系數(shù)，必須有適宜的堰高。有試驗表明，低堰的流量系數(shù)m值將隨相對堰