溢流坝段设计
溢流坝段结构形式
溢流坝段结构形式
溢流坝段是指水坝中的一个特定部分，用于控制水流的溢流和泄洪。
溢流坝段的结构形式可以根据具体的设计和功能需求而有所不同，以下是几种常见的结构形式：
1.溢流堰坝（Spillway Dam）：溢流堰坝是一种常见的溢流坝段结构形式，通常由一个或多个溢流堰构成。
溢流堰坝的主要功能是通过溢流堰控制水流的溢流和泄洪，以保证水坝的安全。
溢流堰坝可以采用不同的形式，如重力坝、拱坝等。
2.溢流面坝（Overflow Dam）：溢流面坝是一种通过坝面上的溢流面来控制水流溢流的结构形式。
溢流面坝通常由一段倾斜的坝面构成，当水位超过一定高度时，水流会从溢流面上溢流。
溢流面坝适用于一些水位变化较大的情况，可以通过调整溢流面的倾斜角度来控制溢流流量。
3.溢流堤坝（Spillway Embankment）：溢流堤坝是一种利用堤坝来控制水流溢流的结构形式。
溢流堤坝通常由一段较低的堤坝构成，当水位超过一定高度时，水流会从堤坝上溢流。
溢流堤坝适用于一些地形较平坦的情况，可以通过调整堤坝的高度和形状来控制溢流流量。
4.溢流闸坝（Spillway Gate Dam）：溢流闸坝是一种通过闸门来控制水流溢流的结构形式。
溢流闸坝通常由一段带有闸门的坝段构成，当水位超过一定高度时，可以打开闸门来控制溢流流量。
溢流闸坝适用于需要更加精确控制溢流流量的情况，可以通过调整闸门的开度来实现。
这些溢流坝段结构形式在设计和施工过程中需要考虑多个因素，如水流特性、地质条件、工程成本等。
具体的选择应根据实际情况进行综合考虑和评估。
溢流坝段计算表格
H+Yi=α Vi^2/2g 正交于坝面的水深h 自然掺气水深hb 对应点流速v 0.480 0.675 29.068
11.07063422
基本数据
校核水位 703.26 堰顶高程 700 堰上水头Hmax 3.26 0.75Hmax 2.445 0.95Hmax 3.097 所以Hd= 2.8 下游坡比m= 0.75 切点坐标Xt 4.31 切点坐标Yt 3.10 曲线段总长度Lct 堰顶上游曲线段长度Lcu 堰顶下游曲线段长度Lcd 坝面任一点直线段长度Lsi 坝顶起点到(Xi，Yi)的坝面距离L 掺气起点位置Lk 下泄流量Q 堰顶宽度b 单宽流量q 夹角α cosa sina 流速系数ψ 53.1 10 5.31 53.13 0.600 0.800 0.95 计算点坐标Xi 计算点坐标Yi 33.45 41.96
6.3558 0.882 5.4738 48.57Pline coordinate X,Y -3.26,-3.491 -2.608,-3.421 -1.956,-3.33 -1.304,-3.218 -0.652,-3.064 0,-2.859 0.652,-2.606 1.304,-2.292 1.956,-1.905 2.608,-1.447 3.26,-0.904 3.912,-0.267 4.564,0.478 5.216,1.316 5.868,2.265 H/Hd X/Hd -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 -0.49 -0.484 -0.475 -0.46 -0.425 -0.371 -0.3 -0.2 -0.075 0.075 0.258 0.47 0.705 0.972 1.269 0.5 1 Y/Hd -0.933 -0.915 -0.893 -0.865 -0.821 -0.755 -0.681 -0.586 -0.465 -0.32 -0.145 0.055 0.294 0.563 0.857 -1.21 -1.185 -1.151 -1.11 -1.06 -1 -0.919 -0.821 -0.705 -0.569 -0.411 -0.22 -0.002 0.243 0.531 1.33
溢流坝段表孔设计计算说明
== 第4章 溢流坝段表孔设计溢流坝段既是挡水建筑物，又是重力坝枢纽最中重要的泄水建筑物。
设计时， 除了应满足稳定和强度要求外，还要满足因泄水带来的一系列要求， 包括 ：(1 ) 具有足够的 孔口体形尺寸和较高的流噩系数，，以使之具有足够的溢流 能力。
( 2) 应具有良好的孔口体形，以使水流平顺 地过坝，不产生有害的负压、 震动和空蚀等。
( 3 ) 保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。
( 4 ) 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流流态平顺，不产 生折冲水流， 不影响枢纽中的其他建筑物的正常运行。
(1) 又灵活可靠的下泄水流控制设备，如闸门启闭机 等4. 1 确定溢流断面长度4.1.1 设计单宽流量溢流重力坝的单宽流量 q 需综合考虑地质条件、枢纽布置下、游河道水深和消能工设计等因素，通过技术经济 比较后选定。
单宽流噩愈大，所需的溢流前缘 愈短，对枢纽 布置有利， 但 下 泄水 流动能大，对下游消能防冲不利 ，。
近年来随着 消 能工技术的进步，选定的单宽流量也不断增大。
本设计中，三峡坝之下游段地质条件优良，故可假定单宽流盐q=200m 3 /s , 据此可假定溢流坝段长度。
(1 ) 设计洪水位 工况下： Q = 23540 m3/s则可假定 Q 23540 L = — == 117 .7 m200( 2 ) 校核洪水位 工况下： Q = 3526 0 m3/s则可假定Q 35260L = — == 176 .3m200选取二者中的最大值， 确 定溢流段长度为176. 3m本设计选用平面钢闸门形式，因 其 结构简 单，而且闸墩受力条件良好。
取孔口净宽为b = 8 米。
a 、计算孔口数：(1 )设计 洪水位工况下·. n =117 .7= 14 .71( 2 ) 校核洪水位 工况下： 176 .3n 21 .94由此可确定 孔口数为22 孔。
据此计算Q 溢 = 22X 8X200 = 35300 m3/s, 满足设计洪水位和校核洪水位工况下所需的下泄流量。
溢流坝段设计
L/
t
k
=3.07>2.5，说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝安全。挑流消能冲坑计算简 图如图 2-2 所示：
上上上上上上பைடு நூலகம்
h2
H
't k H2 tk
h
o
上
上
上
v
上
上
上
L
上2-2 上上上上上上上上上
4.3 溢流坝剖面设计 首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰顶上游部分采用
椭圆曲线，下游部分采用幂曲线。
取 a=0.3，b=0.17 则 aHs=5.68 bHs=2.41 得椭圆方程为：x2/5.682+(2.41-y)2/2.412=1
绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切点 c 的坐标为 （20.01，13.28）。由于上游侧超出基本剖面，故需将溢流坝做成倒悬的堰顶以
满足溢流曲线的要求，倒悬的高度为 4.57m。最后作出反弧段，反弧半径为
B0=nb+（n-1）d+2t=45+9+6=60m 7. 堰顶高程的确定
初拟侧收缩系数 ε=0.95，流量系数 m=0.502。因过堰水流为自由出流，故 σs=1，由堰流公式 Q=σsεmnb（2g）0.5H01.5 计算堰上水头 H0，计算水位分别减 去相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果见表 2-6
16.07
201.07
=215.5-201.07+（0.1～0.2）
=14.5m 取 15m 9. 定型设计水头的确定
堰上最大水头 Hmax=校核洪水位-堰顶高程即：Hmax=217.14-201.07=16.07m 定型设计水头 Hs 为 Hs=（75%～95%）Hmax=12.05～15.27m，取 Hs=14.2m，由 14.2/16.07=0.88 查表知 0.3Hs=4.26m 小于规定的允许值（3～6m 水柱）。
溢洪道型式选择及布置—溢洪道型式选择
典型河岸正常溢洪道示意曲坡水库
侧槽
6 4
1
2
3
5
1-溢流堰；2-侧槽； 3-泄水槽；4-出口消能段；
5-上坝公路；6-土石坝
32
典型河岸溢洪道示意图：
井式
1
4 5
1-喇叭口；2-渐变段；3-竖井； 4-隧洞；5-混凝土塞
井式溢洪道
典型正常溢洪道示意图：
虹吸
42
1
3
R=4
2
30°
万宜水库钟形虹吸溢洪道
1-遮檐；2-通气孔；3-挑流坎；4-曲管
谢谢各位！
溢洪道的分类
任务3、溢洪道的分类
一、按溢洪道位置不同可分：
河床溢洪道：溢洪道可以与挡水建筑物结合，建于河床中称为河床 溢洪道（或坝身溢洪道），例如混凝土重力坝中的溢流坝 。
溢洪道 河岸溢洪道：溢洪道也可以在坝外的河岸中另建，称为河岸溢洪道 （或坝外溢洪道），例如土石坝中的溢洪道。
二、河岸溢洪道的类型很多，按流态不同可分为：
正槽溢洪道
河岸溢洪道
侧槽溢洪道 井式溢洪道
虹吸溢洪道
三、河岸溢洪道按作用不同可分为：
开敞式
封闭式 正常溢洪道
溢洪道示意图：
河床式
重力坝的溢流坝段
溢洪道示意图：
河岸式
典型河岸溢洪道示意图：
正槽
小浪底水利枢纽
7
12
6
3
4
5
1-进水渠；2-溢流堰；3-泄槽；4-消力池； 5-出水渠；6-非常溢洪道；7-土石坝
奋斗水库重力坝溢流坝段的水力设计
为减小 泄洪时水流对坝后 电站尾 水 的影响 ， 在溢 流坝 与
厂 房 之 间设 置 长 度 约 ８ 混 凝 土 隔墙 。 ０ｍ
ｓ ＝１一Ｏ２ ＋（ ．［ ｎ一１ ）
ｔ ｔ ｏ
６
（） ２
３ 溢流 坝 段水 力设 计计 算
３ １ 堰 形 设 计 ．
Ｈ ｄｏｌ ｔｃＰｗ ｒＩｖｓｇｔｎ Ｄ ｓ ｎａ ｄＲ ｓａｃ ｓｔ ｅ ａ ｉ １０ ８ ， ｈｎ ｙ ｒｅ ｃ ｉ ｏ ｅ ｎ ｅｔ ａｏ ， ｅｉ ｎ ｅｅ ｈＩ ｔｕ ，Ｈ ｂｎ ５０ ０ Ｃ ｉａ） ｅ ｒ ｉ ｉ ｇ ｒ ｎ ｉｔ ｒ
Ａ ｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｎ ｕ ｒ ｓ ｒ ｏｒｉ ａ ｇ ｕｔｐｕ ｐ ｓ ｅ ｅ ｖ ｉ ａ ｎ ｔｒｓ ｐ ｙ，ｉｒｇ ｔｏ ｎｄ ｆｏ ｄ ｃ ｎｒ ｌａ ｈｅ ｍａｎ ｔ ａ ｔ： ｅ Ｆｅ ｄｏ ｅ ｅ ｉ ｓａ ｌ ｒｅ ｍ ｌｉ ｒ ｏ ｅ ｒ ｓ ｒ ｏｒｔｋｉｇ ｗａｅ ｕ ｐｌ ｖ ｒｉａ ｉｎ ａ ｏ ｏ ｔｏ ｓ ｔ ｉ ｌ
（ ｏ ａ Ｎ ．０ Ｔ ｄｌ ｏ４ ）
表 ３ 水面线计算表
摘 要 ： 奋斗水库是一座 以供水 、 、 为主 ， 灌溉 防洪 兼顾发 电等综合利用的大型水库工程 ； 主要建筑 物包括 ： 河坝 、 拦 溢
流坝 、 进水 Ｉ 、 ＝ 坝后式厂房等 ； Ｉ 溢流坝段采用 ＷＥ Ｓ曲线 ， 介绍 了溢 流坝的水力设计计算 。 关键 词 ： 溢流 坝段 ； Ｓ 水面线 ； 流消能 ； ＷＥ ； 挑 防空蚀设计
第 ４期
１３ ｄ ． ３Ｈ 的高堰 ， Ｈ 取 ｄ＝（． ５～ ．５ ； ０ ７ ０ ９ ）Ｈ Ｈ…为校 核流
量下的堰上水头 。 本 次 设 计 取 Ｈｄ＝ ０ ８ Ｈ ＝９ ６ ５ 幂 曲 线 为 ．５ ．０ ｍ， ：
溢流坝段设计
溢流坝段设计一、孔口设计 1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m 。
2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m ，每孔净宽17m 。
二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES 曲线。
1、设计依据《溢洪道设计规范》（SL 253-2002） 2、基本资料调洪演算成果汇总表工况上游水位（m ）下泄流量（m3/s ）下游水位(m)正常605.00 179.30 572.83 设计609.45 1248.39 576.29校核610.97 1831.76 577.54 有上述资料可得出H max =5.97m 。
3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中H d 为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头H max 的75%到95%计算，本设计采用80%倍的H max ，所以H d =4.78m 。
上游堰高P 1=42m>1.33H d =6.35m ，所以本设计为高堰流量系数m d =0.502。
1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：0.282Hd=1.348m R1=0.50Hd=2.39m 0.276Hd=1.319m R2=0.20Hd=0.956m 0.175Hd=0.837m R3=0.04Hd=0.191m曲线参数计算表0.175Hd0.276Hd0.282HdR 1=0.50H dR 2=0.20H dR3=0.04Hdxy2)、下游曲线段下游曲线段计算公式为：1n n d x kH y-=式中：H d 为堰面曲线定型设计水头；x ，y 为原点下游堰面曲线横纵坐标； n 与上游堰坡有关； k 当P 1/H d >1.0时，k 值由规范查取，当P 1/H d ≦1.0时，k 取2.0到2.2。
上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P 1/H d =8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。
溢流坝设计过程详解
溢流坝设计溢流坝断面尺寸的拟定（一）孔口设计（1）孔口样式本次设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，溢流堰堰顶高程为880m。
（2）孔口尺寸本次设计溢流堰净宽18m，取2孔。
（二）溢流坝剖面设计溢流曲线设计定型设计水头H d=0.85H max=0.85×4.21=3.579m。
上游堰高P1>1.33H d，则高堰流量系数为m d=0.496。
①上游三圆弧段R1=0.5H d=0.5×3.579=1.7893mX1=0.175H d=0.6263mR2=0.2H d=0.2×3.579=0.7157mX2=0.276H d=0.9878mR3=0.04H d=0.04×3.579=0.1431mX3=0.282H d=1.0093m②下游曲线段当坝体上游面为铅直时，WES堰型下游面曲线公式为：x1.85=2.0H d0.85y③中间直线段中间直线段坡比为1:0.7.④下游反弧段本次设计下游采用挑流消能，反弧半径R=(4~10)h，h为校核洪水位时反弧段最低点处的水深。
挑流鼻坎高程取800m（下游最高水位为798.88m）。
反弧段最低点流速：v=φ√2gH0式中，流速系数φ用原水电部东北勘测设计院所给公式计算：φ=1−0.0077(q23S0)1.15式中，S0——坝面流程；P——挑坎顶部以上的坝高；B0——溢流面水平投影长度。
计算得φ=0.817。
则反弧段最低点流速v=33.21m/s。
反弧段最低点处水深h=qm/vB=0.567m。
代入R=(4~10)h，可取R=5.67m。
挑流鼻坎挑射角度一般为20º~25º,本次设计为23.42º。
溢流坝段挑流消能水力计算挑流消能水利要素包括水舌挑射距离和冲刷坑深度。
其计算公式为：L0=φ2s1sin2θ(1+√1+a−ℎtφ2s1sin2θ)式中，s1——上游水面至挑坎顶部的距离；h t——冲刷坑后的下游水深。
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4、溢流坝设计
4.1 孔口设计
4.1.1 泄水方式的选择
重力坝的泄水主要方式有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物。
设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于大中型工程，所以为是水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。
4.1.2 洪水标准的确定
本次设计的重力坝是2级建筑物，根据《水利工程水工建筑物洪水标准》采用500年一遇的洪水标准设计，2000年一遇的洪水标准校核。
4.1.3 流量的确定
经水文、水利调洪演算确定：设计情况下，溢流坝的下泄流量为5327.7m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为6120.37m3/s。
4.1.4 单宽流量的选择
坝址处基岩比较完整，根据综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取100～150 m3/（s.m）。
4.1.5 孔口净宽拟定
分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度。
计算成果见表2-5
表2-5孔口净宽计算成果表
4.1.6 溢流坝段总长度确定
初步拟定闸墩厚度，中墩厚d=4.5m，边墩厚t=3m，则溢流坝段的总长度B
0为：
B
=nb+（n-1）d+2t=45+9+6=60m
4.1.7 堰顶高程的确定
初拟侧收缩系数ε=0.95，流量系数m=0.502。
因过堰水流为自由出流，故
σ
s =1，由堰流公式Q=σ
s
εmnb（2g）0.5H
1.5计算堰上水头H
，计算水位分别减去
相应的堰上水头即为堰顶高程。
计算成果见表2-6
表2-6堰顶高程计算成果表
4.1.8 闸门高度的确定
门高=正常高水位-堰顶高程+（0.1～0.2）
=215.5-201.07+（0.1～0.2）
=14.5m 取15m
4.1.9 定型设计水头的确定
堰上最大水头H
max =校核洪水位-堰顶高程即：H
max
=217.14-201.07=16.07m
定型设计水头H
s 为H
s
=（75%～95%）H
max
=12.05～15.27m，取H
s
=14.2m，由
14.2/16.07=0.88查表知0.3H
s
=4.26m小于规定的允许值（3～6m水柱）。
4.1.10 泄流能力校核
运用堰流公式Q=σ
s εmnb（2g）0.5H
1.5分情况校核溢流堰的泄流能力，计算
成果见表2-7
由表中计算成果知|（Q′-Q）/Q|×100%<5%，说明孔口设计符合要求。
4.2 消能防冲设计
根据地形地质条件选用挑流消能，参考已建工程经验取挑射角θ=25o，挑流鼻坎应高出下游最高水位（169.52m）1～2m，那么鼻坎的高程为169.52+1=170.52m。
4.2.1 反弧半径的确定
堰顶水流流速按公式v=δ（2gH
）0.5计算，由Q=Av=Bhv可得h=Q/Bv；
δ—堰面流速系数；
H
—库水位至坎顶高差，m；
B—鼻坎处水面宽度，m；
Q—校核洪水位时溢流坝下泄流量，m3/s；
v=0.96×（19.6×45.7）0.5=28.73m/s，坎顶水深h=6120.37/（50×28.73）=4.26m
反弧半径R=（4～10）h=17.04～42.6m，取R=20m。
4.2.2 水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度t
k
估算
由式L={（v
1）2SinθCosθ+v
1
Cosθ[（v
1
）2Sin2θ+2g(h
1
+h
2
)]0.5}/g计算
L—水舌挑距，m；
h
2
—坎顶至河床面高差，m；
h 1—坎顶垂直方向水深，m h
1
=hCosθ；
v
1
—坎顶水面流速，m/s，取平均流速的1.1倍。
代入各参数计算得L=118.36m
由式t
k =αq0.5H0.25t′
k
=αq0.5H0.25-H
2
计算
t
k
—水垫厚度，自水面算至坑底，m；
t′k—冲坑深度，m；
q—单宽流量，m3/（s.m）；
H—上下游水位差，m；
H
2
—下游水深，m；
α—冲坑系数，坚硬完整的基岩取0.9～1.2，坚硬但完整性较差的基岩取1.2～1.5，软弱破碎裂隙发育的基岩取1.5～2.0。
得：t
k =1.2×1500.5×47.620.25=38.61m； t’
k
=38.61-23.42=15.19m L/ t
k
=3.07>2.5，说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝安全。
挑流消能冲坑计算简图如图2-2所示：
图2-2 挑流消能冲坑计算图
4.3 溢流坝剖面设计
首先绘出坝顶部的曲线，取堰顶部最高点为坐标原点，堰顶上游部分采用椭圆曲线，下游部分采用幂曲线。
幂曲线方程：y=x n/kH
s n－１椭圆方程：x2/(aH
s
)2+(bH
s
-y)2/(bH
s
)2=1
H
s
—定型设计水头，值为堰顶最大作用水头的75%～95%；n.k—取决于坝顶上游面的坡度，按表取用。
a≈0.28～0.3；a/b=0.87+3a
代入参数得幂曲线方程为y=x1.85/2×14.2(1.85-1)=0.052 x1.85
取a=0.3，b=0.17 则aH
s =5.68 bH
s
=2.41
得椭圆方程为：x2/5.682+(2.41-y)2/2.412=1
绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切点c的坐标为（20.01，13.28）。
由于上游侧超出基本剖面，故需将溢流坝做成倒悬的堰顶以满足溢流曲线的要求，倒悬的高度为4.57m。
最后作出反弧段，反弧半径为20m。
溢流坝的剖面如图2-3所示：
217.8
146.1140.0
140.0
146.1
185
201.07219
217.14
170.52
197.71
196.5145
165
185
1:1
1:
11:0.2
1:0
.7图2-3溢流坝剖面图。