第4章泄水建筑物
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水利工程概论
《水利工程概论》复习资料第一章绪论一、地球上及我国水资源的总量地球上 138.6×108亿m³；我国 2.77万亿m³二、我国水资源的特点1、水资源总量丰富，人均占有量低2、水资源在空间上分布不平衡3、水资源在时间上分布不平衡4、水资源分布与人口、耕地布局不相适应三、水利工程的分类河道整治与防洪工程；农田水利工程；水力发电工程；供水和排水工程；航运工程四、水力发电工程的两个基本要素落差、流量第二章水库、水利枢纽、水工建筑物一、水库的概念及分类（按库容，径流调节周期）水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。
按库容大小水库分为：大（1）型水库<库容不小于10×108m3>；大（2）型水库<库容为（1.0~10）×108m3>；中型水库<库容为（0.10~1.0）×108m3>；小（1）型水库<库容为（0.01~0.10）×108m3>；小（2）型水库<库容为（0.001~0.01）×108m3>。
按径流调节周期长短分为：无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节水库。
二、水库的径流调节水库的径流调节是指利用水库的蓄泄功能有计划地对河川径流在时间上和数量上进行控制和分配。
三、水库的特征水位和特征库容的概念特征水位：水库工程为完成不同任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。
特征库容：相应于水库的特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。
四、水工建筑物的分类1、挡水建筑物2、泄水建筑物3、输水建筑物4、取水建筑物5、整治建筑物6、专门性水工建筑物五、水利枢纽布置水利枢纽布置是水利工程设计研究首要的主要内容。
在选择水利枢纽布置方案时，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，还要便于施工布置，有利于节省投资和缩短工期，因此应在保证运行方便和安全可靠地前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期。
第4章 建筑屋面雨水排水系统
第4章 建筑屋面雨水排水系统
4-1屋面雨水排放方式
按雨水管道的位置分为:外排水系统和内排水系统。
在实际设计时，应根据建筑物的类型，建筑结构形式，
屋面面积大小，当地气候条件及生产生活的要求，经过技术
经济比较来选择排除方式。一般情况下，应尽量采用外排水
系统或者两种排水系统综合考虑。
外 排 水
外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水
内排水系统设计计算
内排水系 统设计计 算包括 选择 布置雨水斗，布 置并计算确定连接管、悬吊管、立管、排出管和埋 地管的管径。 为简 化 计 算 过 程，可将雨水斗和雨 水管道的最大允许泄流量换算成不同小时降雨厚 度h5情况下最大允许汇水面积。 F=N· Q / k1
F—最大允许汇水面积，㎡； k1—渲泄能力系数，屋面坡度小于2.5%，按1计算。 Q— 最大允许泄流量 L/s N—取决于5min小时降雨厚度系数表7-5
2 3 1 2
1 v R I n
2 3
1 2
天沟的设计计算—计算确定天沟形式和断面尺寸
1)确定屋面分水线，计算每条天沟的汇水面积F 2)根据暴雨强度重现期计算5min暴雨强度q5； 3)利用(7—1)式计算雨水量Q； 4)初步确定天沟形式和断面尺寸； 5)计算天沟泄流量QT＝ω· v； 6)比较Q与QT，若QT<Q，应增加天沟的宽或深， 重复第5和6步，直至QT≥Q； 7)根据雨水量Q，查表7—2确定立管管径。
检查口或带法兰盘的三通，位置宜靠近墙柱，以利检修。
• • 连接管与悬吊管，悬吊管与立管间宜采用450三通或900斜三通连接。 悬吊管采用铸铁管，用铁箍，吊卡固定在建筑物的桁架或梁上。 在管道可能受振动或生产工艺有特殊要求时，可采用钢管，焊接 连接。
4-1屋面雨水排放方式
按雨水管道的位置分为:外排水系统和内排水系统。
在实际设计时，应根据建筑物的类型，建筑结构形式，
屋面面积大小，当地气候条件及生产生活的要求，经过技术
经济比较来选择排除方式。一般情况下，应尽量采用外排水
系统或者两种排水系统综合考虑。
外 排 水
外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水
内排水系统设计计算
内排水系 统设计计 算包括 选择 布置雨水斗，布 置并计算确定连接管、悬吊管、立管、排出管和埋 地管的管径。 为简 化 计 算 过 程，可将雨水斗和雨 水管道的最大允许泄流量换算成不同小时降雨厚 度h5情况下最大允许汇水面积。 F=N· Q / k1
F—最大允许汇水面积，㎡； k1—渲泄能力系数，屋面坡度小于2.5%，按1计算。 Q— 最大允许泄流量 L/s N—取决于5min小时降雨厚度系数表7-5
2 3 1 2
1 v R I n
2 3
1 2
天沟的设计计算—计算确定天沟形式和断面尺寸
1)确定屋面分水线，计算每条天沟的汇水面积F 2)根据暴雨强度重现期计算5min暴雨强度q5； 3)利用(7—1)式计算雨水量Q； 4)初步确定天沟形式和断面尺寸； 5)计算天沟泄流量QT＝ω· v； 6)比较Q与QT，若QT<Q，应增加天沟的宽或深， 重复第5和6步，直至QT≥Q； 7)根据雨水量Q，查表7—2确定立管管径。
检查口或带法兰盘的三通，位置宜靠近墙柱，以利检修。
• • 连接管与悬吊管，悬吊管与立管间宜采用450三通或900斜三通连接。 悬吊管采用铸铁管，用铁箍，吊卡固定在建筑物的桁架或梁上。 在管道可能受振动或生产工艺有特殊要求时，可采用钢管，焊接 连接。
第4章 建筑雨水排水系统
t A t tB ②过渡阶段 Q-h：h增加缓慢近似线性,泄流量增长速率小。 Q-K：K↓，tB时 K=0。 Q-P：管内压力增加较快。 ——水气两相压力流 ③饱和阶段 t t B Q-h： Q基本不增加。 Q-K: K=0，Q不增加，h↑，泄水由抽力进行。 ——单相压力流。
综上：雨水排泄能力，取决于H 主要是H。 2．悬吊管和立管内的压力变化 悬吊管、立管压力变化曲线 （见附图4）。 3．埋地横管的水气流动 水流特点： 水流掺气 半有压非满 波动水跃的流动状态
表4－1 屋面雨水系统的特点比较
87斗系统 虹吸式系统 水一相流 有压流 淹没进水 主要通过溢流 设计状态充分 利用水头，超 量雨水难进入 堰流斗系统 附壁膜流 重力流（不考虑 压力） 自由堰流式 必须通过溢流。 按无压设计超量 雨水进入会产生 压力，损坏系统
设计流态
雨水斗形式
气水混合流 重力流(考虑力) 87或65 系统本身 设计方法考虑 了 排超量雨水
1．按 q5
Qr k q5 F ( L / s) 10000
式中：k — 屋面泄流系数； F — 汇水面积，m 2； q5 — 5 min 暴雨强度，L / s 104 m 2
2．按小时降雨厚度计算：
h5 F 3600 h5 — 5 min 时的小时降雨厚度，mm / h。 Qr k
250 1480 1751 1985 2293 2468 2960 3243 3375 3626
300 2408 2849 3231 3731 4308 4816 5276 5492 5899
0.005 0.007 0.009 0.012 0.016 0.020 0.024 0.026 0.030
3.立管 单斗系统立管直径与雨水斗相同。 多斗系统查下表。（降雨厚度为100mm/h时，） 多斗系统立管最大允许汇水面积和排水流量 管经(mm) 汇水面积(m2)
泄水建筑物
ii. 灌溉隧洞：满足引水高程的要求。 iii. 排沙洞：高程宜较低。 iv. 放空和施工导流的隧洞：高程一般较低。
2、隧洞进口的进水方式
（1）表孔溢流式
－无压流；
－顺直对称。
（2）深水进口式
－无压的或有压。
（二）隧洞的出口
I.
II.
保证水流下泄安全，出流平稳。
有压隧洞：出口的断面积收缩为
洞身断面的80%～90%。
进水渠 泄槽 控制段 消能段 出水渠
一、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。 原则：合理开挖量下，尽量减少水头损失，增加泄流能力。 断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形。
立面上平底或者不大的逆坡，渠底高程比堰顶高程低。 进口布置形式：喇叭口或者长引水渠。
2、控制段 控制溢洪道泄流能力的关键部位，尽量靠近上游。 溢流堰型式：常用宽顶堰，实用堰，驼峰堰，带胸 墙的溢流堰等
掺气装置
形成掺气空间（借助于低挑坎，跌坎等） 通气系统（给掺气空间通气）
高度通常0.6－2.75m 高度通常0.1-0.8m，挑 角5-7°，斜面坡度1/10
（五）泄槽边墙高度的确定 计算水深＋安全超高（0.5～１.5）m
v h b (1 )h 100
四、出口消能段及尾水渠
溢洪道出口的消能方式与溢流重力坝基本相同。 挑流消能：适用于较好的岩基，泄槽挑流冲刷坑不 影响建筑物的安全。 底流消能：适用于地质较差情况。
低流速无压隧洞：曲率半径≥5倍 洞径（或洞宽），曲线两端设直 线段； 高流速无压隧洞：避免曲线段； 高流速有压隧洞：试验研究确定。
3、水流条件
进口水流顺畅，减少水头损失。
与下游河道平顺衔接。
泄水建筑物
• 正常溢洪道在布置运作上有时也可分为主 溢洪道和副溢洪道，但这种布置是有条件 限制的，应根据地形地质，枢纽布置，坝 形，洪水特性及对下游的影响等因素研究 确定。主溢洪道宣泄常见的洪水，而非常 溢洪道在特大洪水或者少见的洪水时才会 启用，因此，运行机会少，可用简单的结 构建造，以获得全面综合的经济效益。
第四章 泄水建筑物
第一节 泄水建筑物的分类与作用 定义：用来宣泄水流的水工建筑物成为泄水 建筑物
分类
一、按功能分 1、泄洪建筑物 2、泄水孔 二、按泄水方式分 1、坝顶溢流式 2、大孔口溢流式 3、坝身泄水孔 4、明六泄水道 5、泄水洪水 2、预泄库水 3、放空水库 4、排泄泥沙 5、引水取水 6、施工导流
二、其他形式的溢洪道
• 1、侧槽溢洪道：侧槽溢洪道的泄槽与溢流 堰轴线平行。水流通过溢流堰后进入侧槽， 然后转约90°进入泄槽流入下游。侧槽溢 洪道一般由溢流堰、侧槽、泄水道和出口 消能段等组成。 • 侧槽沿程均有水流注入，会形成紊流，因 此要求建筑在坚硬的岩石基础上，进行较 强的衬砌，以保证安全。
泄水隧洞的工作特点
• 1、泄水隧洞是一种地下结构，与一般的地 下建筑物一样，水工隧洞开挖后，周围岩 体的应力平衡状态遭破坏，容易引起岩石 破碎、掉落。所以水工隧洞必须进行衬砌。 • 衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧 道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永 久性支护结构。
• 2、水工隧洞具有深式过水建筑物特征。隧 洞进口位于水下，闸门承受较大水压。洞 身在泄水时，要承受高流速、高水压力。 所以，要求隧洞体型要与之相适应，以免 产生破坏。 • 3、施工场地狭窄。由于隧洞的断面小，施 工场地狭窄，工作面小。且洞内施工程序 多，相互干扰变大，容易产生事故。
三、按布置形式分
泄水建筑物分类功能与案例讲义
•流溪河拱坝
•滑雪道式
适用于下泄流量较 大，要求下泄水流落 点远离坝址，或利用 厂房顶溢流的拱坝。
我国已建的乌江渡 重力拱坝、东江拱坝、 紧水滩拱坝等都采用 了这种形式。
•乌江渡拱坝
七、溢流坝的下游连接
1.挑流消能
2.底流消能
2.底流消能
3.面流消能
4.消力戽消能
4.3坝身泄水孔
•S2斜率= 1:4、5、6（检修门 后）
无压泄水孔
–2）无压段
• 洞顶净空
– 孔顶矩形：净空高度=（0.3-0.5） h max不掺气
– 孔顶拱形：拱脚距水面高度= （0.2-0.3） h 不掺气
• 底坡i
– 直线：i>ik – 抛物线：y=15.5y1/2 或y=x2/6H H—工作闸门孔口中心线处水头
实践证明：可能出现的最大洪水比设计中采 用的 万年一遇的洪水还要大，其原因：
1、设计采用的万年一遇洪水是调查资料经过 处理后得到的，历史上是否出现过比这更 大的洪水，很难说
2、人类对生态环境的破坏，尤其是乱砍滥伐 森林，使洪水径流、汇流的时间更短，洪 水更集中，峰值更大。
为此，从工程安全和经济利益全面考虑， 大中型水库除有正常（主要）溢洪道之外， 加设非常（辅助）溢洪道是非常必要的。
一、重力坝的泄水孔
1.作用：预泄水库、排沙、导流、发电供水 2.工作条件：孔内流速高，易引起空蚀、闸门振 动，孔道体形设计重要；深水闸门水压力大、启 闭力大，门体结构、止水、启闭设备复杂，检修 不便。
3.类型：
• 1）按所处高度分：中孔、底孔 • 2）按布置层数分：单层、双层 • 3）按流态分：有压、无压
无压泄水孔
–3）通气孔二个
– 检修门后通气孔、平压管同于 有压孔
申艳《水利水电工程概论》第四章7节水工隧洞
（2）进口处于水下较深处，闸门承受的水压 力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。
（3)高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的 作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。
（4)有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求 有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。
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2.地下建筑的特点 （1)水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改 变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重 分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因 此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永 久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。
第七节 水工隧洞
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1
一、水工隧洞的类型
水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、 放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、 引水发电或灌溉、供水、航运输水、 放空水库、排放水库泥沙以及水利枢 纽施工期导流。
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2
水工隧洞按其担负的任务可分为： 泄洪隧洞和放水隧洞。 按其工作时洞内的水流状态可分为： 有压隧洞和无压隧洞。 一般从水库引水发电的水工隧洞是有压的，而为泄 洪、供水、排沙、导流等目的而设置的隧洞，可以 是有压的，也可以是无压的。有压隧洞运行时，其 内壁承受一定的内水压力。无压洞内水流具有自由 水面，水面与洞顶保持一定的净空。
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3
水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计 成无压的。即使是在同一条隧洞中，以主 闸门为界，闸门前有压，闸门后为无压的。 但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导 流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无 压的明满交替的流态，以免造成因此引起 的震动与空蚀。
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二、 水工隧洞的工作特点
1．深式过水建筑物的特点 （1）泄水隧洞出口流速高，单宽流量大，能 量集中，消能防冲措施要求较高。
（3)高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的 作用下引起的振动及洞身空蚀破坏。
（4)有压隧洞往往承受较大的内水压力，要求 有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。
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2.地下建筑的特点 （1)水工隧洞是一种地下结构。隧洞开挖后，改 变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重 分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因 此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永 久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。
第七节 水工隧洞
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一、水工隧洞的类型
水工隧洞是在山体中开凿的一种泄水、 放水建筑物，其主要作用是渲泄洪水、 引水发电或灌溉、供水、航运输水、 放空水库、排放水库泥沙以及水利枢 纽施工期导流。
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水工隧洞按其担负的任务可分为： 泄洪隧洞和放水隧洞。 按其工作时洞内的水流状态可分为： 有压隧洞和无压隧洞。 一般从水库引水发电的水工隧洞是有压的，而为泄 洪、供水、排沙、导流等目的而设置的隧洞，可以 是有压的，也可以是无压的。有压隧洞运行时，其 内壁承受一定的内水压力。无压洞内水流具有自由 水面，水面与洞顶保持一定的净空。
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水工隧洞可以设计成有压的，也可以设计 成无压的。即使是在同一条隧洞中，以主 闸门为界，闸门前有压，闸门后为无压的。 但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导 流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无 压的明满交替的流态，以免造成因此引起 的震动与空蚀。
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二、 水工隧洞的工作特点
1．深式过水建筑物的特点 （1）泄水隧洞出口流速高，单宽流量大，能 量集中，消能防冲措施要求较高。
第4章-设计洪水流量
五、适线法的步骤：
1、将审核过的水文资料按递减顺序排列，计算各随机变量的经 验频率，并点绘于几率格纸上。 2、计算统计参数 Q 、Cv，假定Cs=m·Cv，在我国一般取m=2~4。 3、确定线型，即根据 Q、C s 、Cv、Pi 查表计算，确定理论频率曲 线。 4、观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统 计参数，直到两者符合的最好为止，即可确定统计参数的采 用值 Q、C s 、Cv 以及对应的理论频率曲线。 5、调整时，可参照统计参数与频率曲线的关系（图3-5-4）。
N : a个特大（包括 n内l个） n： l个特大
1）特大洪水的经验频率为：
M PM N 1
式中：
(4 1)
PM——不连续N年系列前M项的经验频率； M——特大洪水由大到小的排位序号，M=1，2，…，a； N——调查或考证的年数，包括实测期n年，首项特大洪水 的重现期 N=T2-T1+1
2、不连序系列经验频率（考虑特大洪水时经验频率）计算：
设调查及实测(包括空位)的总年数为 N 年（即首位 特大洪水的重现期），连续实测期为 n 年（n 包含在 N 中），共有 a 次特大洪水，其中有 l 次发生在实测期， a - l 次是历史特大洪水。
a
l 追 溯 最 远 年 份 n N
设 计 年 份
半永久性桥涵：一般是下部结构按永久性设计， 而上部结构是临时性的，易于更换的。
铁路桥涵设计洪水频率
铁路 等级
Ⅰ、Ⅱ Ⅲ
设计洪水频率 桥梁 1/100 1/50 涵洞 1/50 1/50
检算洪水频率
特大桥（或大桥）属于技术 复杂、修复困难者或重要者
1/300 1/100
设计标准越高（频率越小），设计洪水越大，设计的工 程越安全，被洪水破坏的风险就越小，但工程的造价越高； 反之，标准越低（频率越大），工程耗资较少，但安全程度 也相应降低，被破坏的风险就较大。
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进水渠也称引水渠，它是水库与控制段的连接段，具 有引水和调整水流的作用。
（2）控制段
控制段一般包括溢流堰、闸墩、边墩和上部结构等。 溢流堰一般较低，常采用实用堰、宽顶堰或驼峰堰,堰顶设 置工作闸门，可提高控制泄流能力，泄流时开启闸门即可 得到较大的初期泄量。
(a)宽顶堰
(b)实用堰 正槽式溢洪道上常用的三种溢流堰型
4、施工条件：开挖方量是较大的，对出渣路线及堆 料场都要合适地布置，有可能利用开挖的土石方量 来填筑土石坝，避免各建筑物施工相互干扰。
三、正槽溢洪道简介
正槽式溢洪道通常习惯上也叫开敞式溢洪道，由 进（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠 等部分组成，如图所示。
正槽溢洪道布置图
（1）进水渠
• 1）按所处高度分：中孔、底孔 • 2）按布置层数分：单层、双层 • 3）按流态分：有压、无压
4.坝身泄水孔的形式 有压孔——泄流时孔内保持满流有压
• 工作闸门在出口，以稳定孔内水流保 持有压，有利门后补气减免空蚀，孔 身断面尺寸小 • 关门时水压力大,对坝体σ、防渗不利 • 进口设事故闸门兼作检修闸门，平时 兼用作挡水 • 孔断面：圆形，有利改善受力和提高 过水能力
第4章 泄水建筑物
4.1泄水建筑物的分类和作置地位分类
三、按泄水方式分类
泄水建筑物按泄水方式可分为以下五类： 坝顶溢流式 大孔口溢流式 坝身泄水孔 明流泄水道 泄水隧洞
四、泄水建筑物的作用
4.2 溢流坝
按功能可分为以下三类：
（1）泄洪建筑物 （2）泄水孔（放水孔） （3）施工泄水道
1.闸门的类型与作用
水工闸门按其功用可分为
工作闸门、
事故闸门、
检修闸门。
四、溢流坝的闸墩和工作桥
1.闸墩的作用
闸墩的作用是将溢流坝前缘分隔为 若干个孔口，并承受闸门传来的水压力 （支承闸门），也是坝顶桥梁和启闭设备 的支承结构。
五、溢流坝的横缝的布置
①缝设在闸墩中间 ②缝设在溢流孔跨中
六、溢流面曲线及剖面
Hd ——定型设计水头，一般取孔口
中 心 至 校 核 洪 水 位 的 75% ～ 95% ； φ ——孔口收缩断面上的流速系数， 一般取φ =0.95。
② 反弧段
溢流坝下游反弧段的作用是使溢流坝面下泄 的水流平顺地与下游消能设施相衔接。
③ 直线段 中间的直线段与坝顶曲线和下部反弧段相 切，坡度一般与非溢流坝段的下游坡相同。具 体应由稳定和强度分析及剖面设计确定。
挑流落水点较跌流 远，但离坝仍近，仍 需有一定的水垫，必 要时采取河床底部的 防冲措施，单宽流量 仍需加以限制。
•流溪河拱坝
•滑雪道式
适用于下泄流量较 大，要求下泄水流落 点远离坝址，或利用 厂房顶溢流的拱坝。
我国已建的乌江渡 重力拱坝、东江拱坝、 紧水滩拱坝等都采用 了这种形式。
•乌江渡拱坝
L
(2)孔口尺寸
1) 溢流前缘总长L0应为：
L0 nb ( n 1) d
2）溢流坝的堰顶高程
当采用开敞式溢流时，可利用下 式，计算出堰顶水头H0
Q Cm s L
3/ 2 2g H 0
当采用大孔口泄洪时，可用下式 计算出堰顶水头H0 Q Ak 2 gH 0
三、溢流坝的闸门和启闭机
–1）进水口段：
• 顶部1/4椭圆段（AB段）：
– 长半轴a=h2（检修门处孔高） – 短半轴b=a/3 – 在曲率=s1处接压坡段s1=BC – S1斜率=1:4.5、5.5、6.5（检修门前
• S2斜率= 1:4、5、6（检修门 后）
无压泄水孔 –2）无压段
• 洞顶净空
– 孔顶矩形：净空高度=（0.3-0.5） h max不掺气 – 孔顶拱形：拱脚距水面高度= （0.2-0.3） h 不掺气
(c)驼峰堰
（3）泄水槽
泄槽是开敞式溢洪道的控制段与消能工之间的泄水渠 道，因渠底坡度较陡，又称陡槽。泄槽主要由槽底板和两 侧的边墙组成。
（4）出口消能段及尾水渠
正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。这样冲刷坑将远 离泄洪建筑物，有利安全。
某溢洪道结构
四、非常泄洪措施
实践证明：可能出现的最大洪水比设计中采
溢洪道通常是开敞的，其宣泄能力与堰上水头 的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，闸 门承重水头压力较小，操作方便，工作安全可 靠。
一、岸边溢洪道的型式
（1）正槽式
（2）侧槽式
（3）竖井式
（4）虹吸式
二、岸边溢洪道位置的选择
应全面考虑地形、地质、枢纽布置、施工、 运行条件，通过几个方案的技术经济比较来 确定。
有压泄水孔 –4）通气孔
作用：检修前，检修门闭 工作门开启放水时，向孔内补气 • 断面积：
– 一般=泄水孔断面积的0.5%-1% – 并大于平压管、检修排水管的断面积 – 通气孔进口须与大气连通，并与启闭机室分开。
有压泄水孔 –5）平压管
• 作用：检修完毕提起检修门前向 二门间充水，平衡检修门前水压 减小启门力 • 管径d由管流公式确定：
加设非常（辅助）溢洪道是非常必要的。
由于这种特大洪水毕竟是极少出现的，
泄流时间也比较短，所以，非常溢洪道的构
造应尽可能的简单，以节省投资。
一般情况:泄槽不必衬砌,下游不作消能设施, 并允许溢洪道及其附属建筑物局部破坏，只 要求保证大坝安全，水库不出现重大事故。 目前常用的非常溢洪设施： ①加高主副坝，提高水库蓄水能力； ②加大原溢洪道的泄量； ③增设非常（泄洪）溢洪道； ④破副坝，保主坝。
七、溢流坝的下游连接
1.挑流消能
2.底流消能
2.底流消能
3.面流消能
4.消力戽消能
4.3坝身泄水孔
一、重力坝的泄水孔
1.作用：预泄水库、排沙、导流、发电供水 2.工作条件：孔内流速高，易引起空蚀、闸门振 动，孔道体形设计重要；深水闸门水压力大、启 闭力大，门体结构、止水、启闭设备复杂，检修 不便。 3.类型：
– 收缩率：A出口/A孔身=0.85-0.9 – 收缩方式：顶部设压坡段，坡比1:10-1:15
有压泄水孔 –8）水力计算
• 1）泄水能力——孔流公式
• ）孔内压坡线——孔顶沿程测压管水头线 • 规范要求：任意断面~不得小于2m高水柱
7.无压泄水孔
• 组成：进水口段、无压明流段、 出口段、通气孔
1 、地形：利用枢纽附近合适的马鞍形垭口，如无垭口可 利用中缓的岸坡；在坡陡情况下，选用侧槽式。 2、地质：力争布置在较坚固稳定的岩基上，如土基应 布置在挖上，还须进行地基处理，如岩基有断层，破碎 带等应摸清情况，采取合理的加固措施，如风化层太厚 或挖方过多会引起山坡坍塌，可考虑采用隧洞泄洪。 3、枢纽布置：溢洪道进口应位于水流顺畅处，且与土石 坝应存有相当的距离；如太近，则须加设导墙（或加强临 近坝坡的护坡），溢流堰前加引水渠应较短，以减少水头 损失，提高泄水能力。 下游出口，应与土石坝的坝脚及其它建筑物保持一定的距 离，太近则须增设合适的防护建筑物。
一、溢流坝的工作特点 溢流坝既是挡水建筑物又是泄水 建筑物，除应满足稳定和强度要求外， 还需要满足泄水的要求。
二、溢流坝的孔口形式
(1)坝顶溢流式
(2)大孔口溢流式
三峡工程
溢流孔口尺寸的确定 (1)单宽流量的确定 设L为溢流段净宽（不包括闸墩的宽 度），则通过溢流孔口的单宽流量为： Q q =
用的 万年一遇的洪水还要大，其原因：
1、设计采用的万年一遇洪水是调查资料经过
处理后得到的，历史上是否出现过比这更
大的洪水，很难说
2、人类对生态环境的破坏，尤其是乱砍滥伐
森林，使洪水径流、汇流的时间更短，洪
水更集中，峰值更大。
为此，从工程安全和经济利益全面考虑，
大中型水库除有正常（主要）溢洪道之外，
1.溢流面曲线 溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和 下部反弧段三部分组成。 设计要求：有较高的流量系数； 水流平顺，不产生空蚀。
堰面曲线方程如下：
X
n 1 x n KH d y
Y
式中：Hd—定型设计水头，按堰顶最大 作用水头Hmax 的75%～95%计算
对于设有胸墙溢流堰的堰面曲线：
x2 y 4 2 H d
V Q t
d 2
• 平压管充水时，通气孔排气
4 一般t 8小时
2 gH0 t
有压泄水孔 –6）泄水孔底坡i
• 一般缓坡，按施工运输、检修排水要求确定 • 沿孔轴线底坡变化时，采用圆弧曲线连接 • 曲线半径≥5D
有压泄水孔
–7）出口段
• 出口渐变段—圆形→出口矩形断面 • 且出口断面收缩——防止空蚀
–无压孔：
• 工作门、检修门均设于进口 • 工作门后孔身顶升高，泄流时孔 内有自由水面——无压流 • 闸门前：短有压段 • 泄水时孔内承受静水压力，关门 时孔内无水，明流段可不钢板衬 砌，施工方便 • 但孔断面尺寸大，对坝体削弱大
157.80 143.8
157.8 143.8
5.坝身泄水孔布置
96.0 83.0 68.45
2.溢流拱坝剖面
自由跌流式 鼻坎挑流式 滑雪道式
溢流拱坝 ---坝顶溢流布置
•自由跌流
结构最简单，多用 于单宽流量较小的拱 坝。
下跌水流落点据坝 址较近，坝下冲刷容 易危及坝基，需有较 好的基岩、较深的水 垫，并应经常采取保 护措施。
•湖南半江拱坝
•鼻坎挑流
溢流堰顶适当向上 下游悬臂挑出。
• 底坡i
– 直线：i>ik – 抛物线：y=15.5y1/2 或y=x2/6H H—工作闸门孔口中心线处水头
无压泄水孔 –3）通气孔二个
– 检修门后通气孔、平压管同于 有压孔
• 工作门后设通气孔，正常泄 流时补气
– 通气孔断面积: a≥A10% 或a=0.09VwA/Va Vw——水流断面平均流速； Va——通气孔允许风速； A工作闸门处泄水孔断面
（2）控制段
控制段一般包括溢流堰、闸墩、边墩和上部结构等。 溢流堰一般较低，常采用实用堰、宽顶堰或驼峰堰,堰顶设 置工作闸门，可提高控制泄流能力，泄流时开启闸门即可 得到较大的初期泄量。
(a)宽顶堰
(b)实用堰 正槽式溢洪道上常用的三种溢流堰型
4、施工条件：开挖方量是较大的，对出渣路线及堆 料场都要合适地布置，有可能利用开挖的土石方量 来填筑土石坝，避免各建筑物施工相互干扰。
三、正槽溢洪道简介
正槽式溢洪道通常习惯上也叫开敞式溢洪道，由 进（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠 等部分组成，如图所示。
正槽溢洪道布置图
（1）进水渠
• 1）按所处高度分：中孔、底孔 • 2）按布置层数分：单层、双层 • 3）按流态分：有压、无压
4.坝身泄水孔的形式 有压孔——泄流时孔内保持满流有压
• 工作闸门在出口，以稳定孔内水流保 持有压，有利门后补气减免空蚀，孔 身断面尺寸小 • 关门时水压力大,对坝体σ、防渗不利 • 进口设事故闸门兼作检修闸门，平时 兼用作挡水 • 孔断面：圆形，有利改善受力和提高 过水能力
第4章 泄水建筑物
4.1泄水建筑物的分类和作置地位分类
三、按泄水方式分类
泄水建筑物按泄水方式可分为以下五类： 坝顶溢流式 大孔口溢流式 坝身泄水孔 明流泄水道 泄水隧洞
四、泄水建筑物的作用
4.2 溢流坝
按功能可分为以下三类：
（1）泄洪建筑物 （2）泄水孔（放水孔） （3）施工泄水道
1.闸门的类型与作用
水工闸门按其功用可分为
工作闸门、
事故闸门、
检修闸门。
四、溢流坝的闸墩和工作桥
1.闸墩的作用
闸墩的作用是将溢流坝前缘分隔为 若干个孔口，并承受闸门传来的水压力 （支承闸门），也是坝顶桥梁和启闭设备 的支承结构。
五、溢流坝的横缝的布置
①缝设在闸墩中间 ②缝设在溢流孔跨中
六、溢流面曲线及剖面
Hd ——定型设计水头，一般取孔口
中 心 至 校 核 洪 水 位 的 75% ～ 95% ； φ ——孔口收缩断面上的流速系数， 一般取φ =0.95。
② 反弧段
溢流坝下游反弧段的作用是使溢流坝面下泄 的水流平顺地与下游消能设施相衔接。
③ 直线段 中间的直线段与坝顶曲线和下部反弧段相 切，坡度一般与非溢流坝段的下游坡相同。具 体应由稳定和强度分析及剖面设计确定。
挑流落水点较跌流 远，但离坝仍近，仍 需有一定的水垫，必 要时采取河床底部的 防冲措施，单宽流量 仍需加以限制。
•流溪河拱坝
•滑雪道式
适用于下泄流量较 大，要求下泄水流落 点远离坝址，或利用 厂房顶溢流的拱坝。
我国已建的乌江渡 重力拱坝、东江拱坝、 紧水滩拱坝等都采用 了这种形式。
•乌江渡拱坝
L
(2)孔口尺寸
1) 溢流前缘总长L0应为：
L0 nb ( n 1) d
2）溢流坝的堰顶高程
当采用开敞式溢流时，可利用下 式，计算出堰顶水头H0
Q Cm s L
3/ 2 2g H 0
当采用大孔口泄洪时，可用下式 计算出堰顶水头H0 Q Ak 2 gH 0
三、溢流坝的闸门和启闭机
–1）进水口段：
• 顶部1/4椭圆段（AB段）：
– 长半轴a=h2（检修门处孔高） – 短半轴b=a/3 – 在曲率=s1处接压坡段s1=BC – S1斜率=1:4.5、5.5、6.5（检修门前
• S2斜率= 1:4、5、6（检修门 后）
无压泄水孔 –2）无压段
• 洞顶净空
– 孔顶矩形：净空高度=（0.3-0.5） h max不掺气 – 孔顶拱形：拱脚距水面高度= （0.2-0.3） h 不掺气
(c)驼峰堰
（3）泄水槽
泄槽是开敞式溢洪道的控制段与消能工之间的泄水渠 道，因渠底坡度较陡，又称陡槽。泄槽主要由槽底板和两 侧的边墙组成。
（4）出口消能段及尾水渠
正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。这样冲刷坑将远 离泄洪建筑物，有利安全。
某溢洪道结构
四、非常泄洪措施
实践证明：可能出现的最大洪水比设计中采
溢洪道通常是开敞的，其宣泄能力与堰上水头 的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，闸 门承重水头压力较小，操作方便，工作安全可 靠。
一、岸边溢洪道的型式
（1）正槽式
（2）侧槽式
（3）竖井式
（4）虹吸式
二、岸边溢洪道位置的选择
应全面考虑地形、地质、枢纽布置、施工、 运行条件，通过几个方案的技术经济比较来 确定。
有压泄水孔 –4）通气孔
作用：检修前，检修门闭 工作门开启放水时，向孔内补气 • 断面积：
– 一般=泄水孔断面积的0.5%-1% – 并大于平压管、检修排水管的断面积 – 通气孔进口须与大气连通，并与启闭机室分开。
有压泄水孔 –5）平压管
• 作用：检修完毕提起检修门前向 二门间充水，平衡检修门前水压 减小启门力 • 管径d由管流公式确定：
加设非常（辅助）溢洪道是非常必要的。
由于这种特大洪水毕竟是极少出现的，
泄流时间也比较短，所以，非常溢洪道的构
造应尽可能的简单，以节省投资。
一般情况:泄槽不必衬砌,下游不作消能设施, 并允许溢洪道及其附属建筑物局部破坏，只 要求保证大坝安全，水库不出现重大事故。 目前常用的非常溢洪设施： ①加高主副坝，提高水库蓄水能力； ②加大原溢洪道的泄量； ③增设非常（泄洪）溢洪道； ④破副坝，保主坝。
七、溢流坝的下游连接
1.挑流消能
2.底流消能
2.底流消能
3.面流消能
4.消力戽消能
4.3坝身泄水孔
一、重力坝的泄水孔
1.作用：预泄水库、排沙、导流、发电供水 2.工作条件：孔内流速高，易引起空蚀、闸门振 动，孔道体形设计重要；深水闸门水压力大、启 闭力大，门体结构、止水、启闭设备复杂，检修 不便。 3.类型：
– 收缩率：A出口/A孔身=0.85-0.9 – 收缩方式：顶部设压坡段，坡比1:10-1:15
有压泄水孔 –8）水力计算
• 1）泄水能力——孔流公式
• ）孔内压坡线——孔顶沿程测压管水头线 • 规范要求：任意断面~不得小于2m高水柱
7.无压泄水孔
• 组成：进水口段、无压明流段、 出口段、通气孔
1 、地形：利用枢纽附近合适的马鞍形垭口，如无垭口可 利用中缓的岸坡；在坡陡情况下，选用侧槽式。 2、地质：力争布置在较坚固稳定的岩基上，如土基应 布置在挖上，还须进行地基处理，如岩基有断层，破碎 带等应摸清情况，采取合理的加固措施，如风化层太厚 或挖方过多会引起山坡坍塌，可考虑采用隧洞泄洪。 3、枢纽布置：溢洪道进口应位于水流顺畅处，且与土石 坝应存有相当的距离；如太近，则须加设导墙（或加强临 近坝坡的护坡），溢流堰前加引水渠应较短，以减少水头 损失，提高泄水能力。 下游出口，应与土石坝的坝脚及其它建筑物保持一定的距 离，太近则须增设合适的防护建筑物。
一、溢流坝的工作特点 溢流坝既是挡水建筑物又是泄水 建筑物，除应满足稳定和强度要求外， 还需要满足泄水的要求。
二、溢流坝的孔口形式
(1)坝顶溢流式
(2)大孔口溢流式
三峡工程
溢流孔口尺寸的确定 (1)单宽流量的确定 设L为溢流段净宽（不包括闸墩的宽 度），则通过溢流孔口的单宽流量为： Q q =
用的 万年一遇的洪水还要大，其原因：
1、设计采用的万年一遇洪水是调查资料经过
处理后得到的，历史上是否出现过比这更
大的洪水，很难说
2、人类对生态环境的破坏，尤其是乱砍滥伐
森林，使洪水径流、汇流的时间更短，洪
水更集中，峰值更大。
为此，从工程安全和经济利益全面考虑，
大中型水库除有正常（主要）溢洪道之外，
1.溢流面曲线 溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和 下部反弧段三部分组成。 设计要求：有较高的流量系数； 水流平顺，不产生空蚀。
堰面曲线方程如下：
X
n 1 x n KH d y
Y
式中：Hd—定型设计水头，按堰顶最大 作用水头Hmax 的75%～95%计算
对于设有胸墙溢流堰的堰面曲线：
x2 y 4 2 H d
V Q t
d 2
• 平压管充水时，通气孔排气
4 一般t 8小时
2 gH0 t
有压泄水孔 –6）泄水孔底坡i
• 一般缓坡，按施工运输、检修排水要求确定 • 沿孔轴线底坡变化时，采用圆弧曲线连接 • 曲线半径≥5D
有压泄水孔
–7）出口段
• 出口渐变段—圆形→出口矩形断面 • 且出口断面收缩——防止空蚀
–无压孔：
• 工作门、检修门均设于进口 • 工作门后孔身顶升高，泄流时孔 内有自由水面——无压流 • 闸门前：短有压段 • 泄水时孔内承受静水压力，关门 时孔内无水，明流段可不钢板衬 砌，施工方便 • 但孔断面尺寸大，对坝体削弱大
157.80 143.8
157.8 143.8
5.坝身泄水孔布置
96.0 83.0 68.45
2.溢流拱坝剖面
自由跌流式 鼻坎挑流式 滑雪道式
溢流拱坝 ---坝顶溢流布置
•自由跌流
结构最简单，多用 于单宽流量较小的拱 坝。
下跌水流落点据坝 址较近，坝下冲刷容 易危及坝基，需有较 好的基岩、较深的水 垫，并应经常采取保 护措施。
•湖南半江拱坝
•鼻坎挑流
溢流堰顶适当向上 下游悬臂挑出。
• 底坡i
– 直线：i>ik – 抛物线：y=15.5y1/2 或y=x2/6H H—工作闸门孔口中心线处水头
无压泄水孔 –3）通气孔二个
– 检修门后通气孔、平压管同于 有压孔
• 工作门后设通气孔，正常泄 流时补气
– 通气孔断面积: a≥A10% 或a=0.09VwA/Va Vw——水流断面平均流速； Va——通气孔允许风速； A工作闸门处泄水孔断面