水利工程概论32 河床式溢洪道溢流坝
溢洪道概述(21页,详细)(word版)
第六章河岸溢洪道教学要求:了解溢洪道作用和工作特点,掌握溢洪道设计的基本步骤和方法,熟悉溢洪道的细部构造和地基处理方法。
第一节概述在水利枢纽中,必需设置泄水建筑物。
溢洪道是一种最常见的泄水建筑物,用于排泄水库的多余水量、必要时防空水库以及施工期导流,以满足安全和其他要求而修建的建筑物。
溢洪道可以与坝体结合在一起,也可以设在坝体以外。
混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪,如各种溢流坝。
此时,坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物,枢纽布置紧凑、管理集中,这种布置一般是经济合理的。
但对于土石坝、堆石坝以及某些轻型坝,一般不容许从坝身溢流或大量泄流；或当河谷狭窄而泄流量大,难于经混凝土坝泄放全部洪水时,需要在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道(通常称河岸溢洪道)或开挖泄水隧洞。
河岸溢洪道和泄水隧洞一起作为坝外泄水建筑物,适用范围很广,除了以上情况外,还有:(1)坝型虽适于布置坝身泄水道,但由于其他条件的影响,仍不得不用坝外泄水建筑物的情况是:①坝轴线长度不足以满足泄洪要求的溢流前缘宽度时；②为布置水电站厂房于坝后,不容许同时布置坝身泄水道时；③水库有排沙要求,而又无法借助于坝身泄水底孔或底孔尚不能胜任时(如三门峡水库,除底孔外,又续建两条净高达13m的大断面泄洪冲沙隧洞)。
(2)虽完全可以布置坝身泄水道,但采用坝外泄水建筑物的技术经济条件更有利时,也会用坝外泄水建筑物。
如:①有适于修建坝外溢洪道的理想地形、地质条件,如刘家峡水利枢纽高148m的混凝土重力坝除坝身有一道泄水孔外,还在坝外建有高水头、大流量的溢洪道和溢洪隧洞；②施工期已有导流隧洞,结合作为运用期泄水道并无困难时。
岸边溢洪道按泄洪标准和运用情况,可分为正常溢洪道(包括主、副溢洪道)和非常溢洪道。
正常溢洪道的泄流能力应满足宣泄设计洪水的要求。
超过此标准的洪水由正常溢洪道和非常溢洪道共同承担。
正常溢洪道在布置和运用上有时也可分为主溢洪道和副溢洪道,但采用这种布置是有条件的,应根据地形、地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特征及其对下游的影响等因素研究确定,主溢洪道宣泄常遇洪水,常遇洪水标准可在20年一遇至设计洪水之间选择。
水利工程概论(期末复习资料)
多选题和单选题1提高水资源利用率就是A、提高工业重复用水的利用率B、提高农业灌溉用水有效利用系数C、提高生活用水的定额管理D、提高城市用水的使用效率正确答案：AB我的答案：ABD2我国已建成的调水工程为A、引滦入津B、引黄济青C、引大入秦D、南水北调正确答案：ABC我的答案：B1水利建设中兴利除害指的是A、灌溉B、防洪C、发电D、调水正确答案：ABCD我的答案：ABC2我国电力工业近期开发的战略方针是开发多种能源，以下哪些属于清洁能源。
A、水电B、火电C、风电D、核电正确答案：ACD我的答案：AC1和防洪有关的特征水位有A、汛前限制水位B、设计洪水位C、校核洪水位D、防洪水位正确答案：ABC2水库共用库容是正常高水位（设计蓄水位）和汛前限制水位之间的库容，为（）共用。
A、兴利库容B、调洪库容C、防洪库容D、发电库容正确答案：AB我的答案：BC 3按调节周期，水库可分为（）和多年调节水库。
A、日调节水库B、周调节水库C、月调节水库D、年调节水库正确答案：ABD4汛前限制水位的目的是洪水到来前腾出库容，从而在洪水到来时更大的消减洪峰，保护下游的安全。
该水位也称A、汛期限制水位B、防洪限制水位C、校核洪水位D、设计蓄水位正确答案：AB1水库枢纽一般包括（）三类建筑物，俗称三大件。
A、挡水建筑物B、泄水建筑物C、引水建筑物D、水电站厂房建筑物正确答案：ABC我的答案：ABC2以下有关水利枢纽描述错误的是A、青海黄河龙羊峡水利枢属于多年调节水库B、为了综合利用水资源，需要在河流的某处集中建造几种水工建筑物C、没有发电功能的水利工程不能称之为水利枢纽D、高水头水利枢纽一般建造在河流的中下游，如葛洲坝水电站正确答案：CD我的答案：CD3水工建筑物按其在枢纽中所起的主要作用，可以分为（）和专门水工建筑物等。
A、挡水建筑物B、泄水建筑物C、整治建筑物D、水电站厂房建筑物正确答案：ABC我的答案：CD4专门性水工建筑物是专门为实现某一种水利事业而修建的，其种类包括A、水电站厂房B、船闸C、鱼道D、水闸正确答案：ABC我的答案：BCD5和其他建筑物相比，水工建筑物具有一些不同或更重要的特点，比如水的作用。
河岸溢洪道介绍提纲资料
正槽溢洪道适用于有马鞍形垭口地形的大中型水库中。
侧槽溢洪道适用于两岸地势高，岸坡较陡的中小型水库中
★泄水建筑物分类：
河岸式 溢洪道
正槽式河岸溢洪道 开敞式
侧槽式河岸溢洪道
井式河岸溢洪道 封闭式
虹吸式河岸溢洪道
泄水建筑物
河床式 溢流坝
坝身泄水孔 深式泄水建筑物 水工隧洞
坝下涵管
任务5、 河岸溢洪道的位置选择
河岸溢洪道的位置选择：
任务6、工程案例
陆浑水库位于黄河流域伊河中游的河南省嵩县境内，控制 伊河流域面积3492km²，总库容为13.2亿m³，是一座以防洪为主， 结合灌溉、发电、供水和水产养殖等综合利用的水库。
陆浑水库枢纽工程主要由大坝、泄洪洞、溢洪道、输水洞、 灌溉洞以及两个小电站组成。
溢洪道位于大坝的右岸，主要作用是宣泄多余洪水，和泄 洪洞配合使用，保证大坝安全，为开敞式河岸正槽型式，其组 成包括引水渠、闸室控制段、泄水槽段、消能段、退水渠段五 部分。
河岸溢洪道 侧槽溢洪道 井式溢洪道 虹吸溢洪道 封闭式
三、河岸溢洪道按作用不同可分为： 正常溢洪道
河岸溢洪道 非常溢洪道
典型正常溢洪道示意图： 正槽 侧槽 井式 虹吸
小浪底水利枢纽
7
12 6
4
5
3
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
典型正常溢洪道示意图： 正槽 侧槽 井式 虹吸
河岸溢洪道设计
单元1 溢洪道的认知
任务1、河岸溢洪道的概念 在水库枢纽中，用以排泄水库不能容纳的多余洪水量，保
证枢纽挡水建筑物及其它有关建筑物的安全运行，而修建的进 水坎顶高程位于库水面附近的泄水建筑物叫溢洪道。
溢洪道
溢洪道除应有Βιβλιοθήκη 够的泄洪能力外，还应保证在运用期 间的自身安全和下泄水流与原河道水流得到良好的衔 接。
一、河岸溢洪道的型式
河岸溢洪道其主要型式有正槽溢洪道、侧槽溢 洪道、井式和虹吸式四种。
（1）正槽溢洪道：其泄槽与溢流堰轴线正交，过 堰水流与泄槽轴线方向一致，如图6-1所示。 正槽溢洪道适用于各种水头和流量，并且水流 条件好，运用管理方便。因此，在实际工程中，大 多数以土石坝为主坝的水利枢纽都采用这种溢洪道。
和振动。在工程实践中，布置这种泄洪设施往往与 导流隧洞相结合，施工期采用隧洞导流，竣工后废 洞利用。专门布置竖井式溢洪道泄洪在我国应用较 少。
1
3
2
4
5
图6-3 竖井式溢洪道示意图 1—环形喇叭口; 2—渐变段; 3—竖井段 4—隧洞; 5—混凝土坝
井 式 溢 洪 道 进 口
（4）虹吸式溢洪道：如图6-4所示，它是一种封闭式 溢洪道，其工作原理是利用虹吸的作用泄水。当库水 位达到一定的高程时，淹没了通气孔，水流经过堰顶 并与空气混合，逐渐将曲管内的空气带出，使曲管内 产生真空，虹吸作用发生而自动泄水。这种溢洪道的 优点是能自动调节上游水位，不需设置闸门。其缺点 是超泄能力较小，构造复杂，且工作可靠性较差，在 大中型工程应用较少。 以上四种类型的泄洪设施，前两种设施的整个流程 是完全敞开的，故又称为开敞式溢洪道，而后两种又 称为封闭式溢洪道。
溢洪道除应有足够的泄洪能力外还应保证在运用期间的自身安全和下泄水流与原河道水流得到良好的衔一河岸溢洪道的型式河岸溢洪道其主要型式有正槽溢洪道侧槽溢洪道井式和虹吸式四种
概
述
在水利枢纽中，为了防止洪水漫过坝顶，危及大坝 和枢纽的安全，必须布置泄水建筑物，以宣泄水库按 运行要求不能容纳的多余来水量。
第六章河岸溢洪道
概
正槽溢洪道 侧槽溢洪道
述
竖井式
虹吸式
第五章 河 岸 溢 洪 道
（1）正槽溢洪道：其泄槽轴线与溢流堰轴线 正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致，如图 6-1所示。
特点：结构简单、施工方便、工作可靠、泄 水能力大。
应用：正槽溢洪道适用于各种水头和流量， 并且水流条件好，运用管理方便。因此，在 实际工程中，大多数以土石坝为主坝的水利 枢纽都采用这种溢洪道。
第五章 河 岸 溢 洪 道
第
二 节
（2）横断面布置
正 进水渠一般按梯形断面，在控制段前缘过渡成
槽 溢
矩形断面。进水渠应有足够的断面尺寸。
洪 一般可先拟定流速，由流速控制断面尺寸。进
道
水渠流速，应以大于库水悬移质的不淤流速和小
于渠底不冲流速，一般不应大于4m/s。在山势
陡峭、开挖量较大的情况下，也可达(5-7m/s）。
第五章 河 岸 溢 洪 道
第
二 节
2）受地形、地质条件及上游河势的影响需设
正 置弯道时，弯道轴线的转弯半径不宜小于4倍渠
槽 溢
底宽度。弯道与控制段之间应布置一（2-3)H直
洪 线段过渡。
道
3）进水渠底一般为等宽或顺水流方向收缩；
4）进口布置原则：坝肩时，靠坝一侧设置成曲 面导水墙，靠山一侧开挖成规则曲面；布置在哑 口时，一般布置成对称或基本对称的喇叭口形式。
（2）地形、地质条件，溢洪道应布置在地形适 宜、地质坚固且稳定的岸边或天然垭口的岩基上， 以减少开挖量。
第五章 河 岸 溢 洪 道
第 一
节 并应尽量避免深挖，以免造成高边坡失稳或边坡处 概 理困难等问题。需要特别指出的是，在选择溢洪道 述 的位置时，应充分考虑水文地质条件，以确保溢洪
探讨水利工程中水库溢洪道
T u f e i s h u i l i一、溢洪道及其分类溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，像一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。
包括：进水渠、制约段、泄槽、出水渠。
溢洪道按泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道。
前者用以宣泄设计洪水，后者用于宣泄非常洪水。
按其所在位置，分为河床式溢洪道和岸边溢洪道。
河床式溢洪道经由坝身溢洪。
岸边溢洪道按结构形式可分为： 正槽溢洪道。
侧槽溢洪道。
井式溢洪道。
虹吸溢洪道。
进水渠起进水与调整水流的作用，制约段常用实用堰或宽顶堰，堰顶可设或不设闸门，泄水段有泄槽和隧洞两种形式。
为保护泄槽免遭冲刷和岩石不被风化，一般都用混凝土衬砌。
消能段多用挑流消能或水跃消能。
当下泄水流不能直接归入原河道时，还需另设尾水渠，以便与下游河道妥善衔接。
溢洪道的选型和布置，应根据坝址地形、地质、枢纽布置及施工条件等，通过技术经济比较后确定。
二、水库溢洪道设计施工中存在的基本理由溢洪道是在洪水盛行期间保证水库安全必不可少的建筑设备，某些水库由于当时的设计水平低或工程造价低等的理由，往往其设计的洪水标准相对来说较低、所选用的洪水洪峰、洪量等参数偏小。
以上理由肯定会带来溢洪道的设计尺寸偏小的后果，更有一些小的水库是群众自己的，资金不足，工程质量不过关，再加上长时间的外界环境的影响，周边的岩石风化坍塌，经常导致泄洪的能力不足，不能保证安全无误的泄洪。
在布置上来说，一些工程中设计的溢洪道距离坝身太近，而搁在坝肩和溢洪道之间的只有单薄的山脊，在进口段的位置如果没有安全有效的护砌，只要在泄洪是发生冲蚀现水利工程中就会危及坝肩的安全。
另外还有一些不合理的设计，例如说有些设计的陡槽末端和坝脚紧紧相挨，一旦发生横流冲刷就会危及坝脚的安全，这些情况都对大坝的安全运转有不利的影响。
由于溢洪道设计时平面弯道的半径过大和收缩剧烈等理由，这对泄洪有非常不利的影响。
申艳《水利水电工程概论》第四章6节河岸溢洪道
2、 纵断面 1）泄槽水流流速高，一般设在挖方上 2）最好使用单一的陡坡（大于临界坡） 为适应地形、地质条件，减少开挖量，可以 采用变坡，使坡度变化不宜太多，实践表明：在 变坡处（特别是由陡变缓处）容易遭到动水压力 的破坏，变坡处应做水流衔接设计。 3、横剖面 泄槽的横剖面形状与地质条件紧密相关岩基 上多做成矩形或接近矩形的断面，但在节理发育 和破碎带的岩基或土基上，有时也作成梯形。
二.控制段（溢流堰段）
作用：控制溢洪道的过水能力。
（一）溢流堰的形式
• 按其断面形式与尺寸分：宽顶堰、实用堰、 坚壁堰 • 按其在平面布置形状分:直线、折线、曲线、
环形
• 按堰轴线与来水方向相对关系分：正交堰、
斜堰、侧堰
体形设计要求：尽量增大流量系数，径流时不产生 空穴水流或诱发危险振动的负压。 常用的堰形：宽顶堰、实用堰 （1）宽顶堰 优点:结构简单，施工方便，堰矮、自重小、 对承载力较差的土基适应力强。 缺点：流量系数m较低（0.32－0.385） 适用：泄流量不大或附近地形较平缓的中、 小型工程
2、地质：力争布置在较坚固稳定的岩基上，如土 基应布置在挖方上，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。
（2）实用堰 特点：流量系数比宽顶堰大,在相同泄流量条 件下，需要的泄流前缘较短,但施工复 杂。 适用：1）岸坡较陡的大中型工程常采用，以 减少工程量。 2）地面高程低于设计堰顶高程的溢洪 道，也常采用。 溢流堰多采用非真空堰
河岸溢洪道
授课题目：第五章河岸溢洪道第一节概述教学目的：掌握河岸溢洪道的类型；以及各种溢洪道的适用条件；河床式溢洪道的位置选择。
教学重点：河岸溢洪道的类型教学难点：河床式溢洪道的位置选择。
教学过程：组织教学：师生问好，清查人数。
复习提问：水闸按所承担的任务分哪几种形式？导入新课：为了宣泄水库多余的水量，防止洪水漫坝失事，确保工程安全，以及满足放空水库和防洪调节等要求，在水利枢纽中一般都设有泄水建筑物。
讲授新课：第五章河岸溢洪道第一节概述为了宣泄水库多余的水量，防止洪水漫坝失事，确保工程安全，以及满足放空水库和防洪调节等要求，在水利枢纽中一般都设有泄水建筑物。
常用的泄水建筑物有深式泄水建筑物和溢洪道。
河岸溢洪道一般适用于土石坝、堆石坝等水利枢纽。
河床溢洪道即溢流坝，通常用于重力坝枢纽。
基本概念：水库枢纽三大件由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物组成。
溢洪道：宣泄水库中容纳不下的多余洪水，保证大坝及工程的安全。
布置方式：与大坝相结合，布置在河床中间，成为河床式溢洪道，如重力坝、拱坝的溢流坝段。
当大坝为土石坝，溢洪道就不能与大坝结合，不能布置在河床中，需要布置在河岸边（水库边），成为河岸式溢洪道。
一、河岸溢洪道的类型河岸溢洪道可以分为正常溢洪道和非常溢洪道两大类。
正常溢洪道常用的型式主要有正槽式、侧槽式、井式、虹吸式四种。
开敞式溢洪道包括正槽式、侧槽式。
封闭式溢洪道包括井式、虹吸式。
非常溢洪道：漫流式、自溃式、爆破引溃式1. 正槽式溢洪道这种溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线正交，过堰水流方向与泄槽轴线方向一致，水流方向不变，进入泄水槽。
特点：水流平顺，泄水能力强，结构简单，常用。
适用：岸边有合适的马鞍形山口时，此时开挖量最小。
正槽溢洪道图2.侧槽式溢洪道侧槽溢洪道的泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，水流过堰后，在侧槽内转弯约90°，再经泄水槽泄入下游。
特点：水流条件复杂，水面极不平稳，结构复杂，对大坝有影响。
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溢流坝堰顶高程
溢流坝前缘长度
（2）溢流堰顶闸门设置 • 不设闸门——堰顶高程同正常高水位，泄洪时加大了淹没范围， 非溢流段坝顶高程较高。但结构简单，管理方便，适合中小型工 程。（洪水到来时，上游水位有一个壅水高度，加大了淹没） • 设闸门——闸门顶略高于正常高水位，堰顶高程较低，可调节水 库水位和下泄流量，减少淹没范围和非溢流段坝顶高程，适合大 型工程。（洪水到来前，可以开启闸门预泄库水腾出库容）
• 河床式溢洪道（溢流坝）—— 布置在河床中的拦河坝上的溢洪道； • 河岸式溢洪道 —— 布置在河岸上的溢洪道。
河床式溢洪道 （溢流坝）
河岸式溢洪道
2、河床式溢洪道——溢流坝
（1）溢流坝前缘长度和堰顶高程 满足泄水要求且下泄量受下游防洪和上游淹没限制。 在同一下泄流量和库水位情况下，堰顶高，前缘长；堰顶低则前缘短， 但单宽流量大。
挑流鼻坎潜没在水下， 形不成自由水舌，水 流在戽内产生旋滚， 经鼻坎将水流挑至表 面。
下游水面波动大，
工 冲 浅 题
程 刷 ， 。
量 坑 不
较 比 存
消 挑 在
力 流 雾
池 式 化
小 的 问
，
绵延范围长，易 冲刷岸坡，对航 运不利，底部旋 滚将泥沙带入戽 内时，摩损戽面，
增加维修费用。
尾水较深（大于 跃后水深）且变 幅小，无航运要 求，且下游河床 和两岸抗冲能力 较强。
• 面流消能 在坝址处利用鼻坎将水流挑至水面(不是空中)，主流在水面逐渐扩散 消能，在鼻坎附近表面主流与河床之间形成逆向旋滚，使高速水流与 河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，逆向旋滚也可消除一部分能 量。面流消能不需设护坦和其他加固措施。不如底流消能用的普遍。
底流消能
面流消能
• 挑流消能 利用设在坝址处的鼻坎将水流挑向空中，使水流扩散、掺气，然后跌 入下游河床水垫中，发生旋滚和摩擦，以消耗能量。 构造简单、经济、工期短，适于高水头，下游河床基岩完整，水垫较 深的电站。
利用鼻坎将主流挑至 水面，在主流下面形 成水滚，旋滚流速较 低，而且系沿河床流 向坝址，河床一般不 需加固。
不需要做护坦。
下游冲刷严重， 堆积物多，尾水 波动大雾化大。
基岩比较坚固的 中、高水头。
水流不稳定，可 能影响电站运行 和下游航运，冲 刷两岸。
下游尾水较深， 流量变化较小， 水位变幅不大， 或有排冰、漂木 的中、低坝。
• 消力戽消能 在坝址设置一戽斗，使水流分别在戽内和戽后漩滚，形成“三滚一 浪”，即戽内的戽滚，戽后的底滚，主浪涌浪及后面的面滚。利用滚 浪和涌浪产生强烈的掺混和紊动，进而达到消能目的。
挑流消能
消力戽消能
消能Байду номын сангаас 类型
原理
优点
缺点
适用
底流 消能
靠水跃产生的表面旋 滚与底部主流间的剧 烈紊动、剪切和掺混， 将急流转变为缓流。
壅水高度
无闸门控制的溢流坝顶
有闸门控制的溢流坝顶
（3）溢流坝的下游联接 下泄的水流挟有巨大能量，对下游河床产生巨大的冲刷，必须 要有可靠的消能设施。 混凝土溢流重力坝的消能设施常见的有四种：
• 底流消能 • 面流消能 • 挑流消能 • 戽流消能
• 底流消能 在坝趾下游设一定长度的混凝土护坦，采用消力池、消力坎（消力墙） 等措施，促使水流在护坦上产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和 撞击消耗能量。
流 态 稳 定 不、同消消能能工效汇总 果好，对地质条件 和尾水变幅适应强， 水流雾化小。
护坦较长，土石 方开挖量大，工 程造价高。
水头较小的中、 低坝或基岩软弱 的河道。
挑流 消能
面流 消能
戽流 消能
利用挑流鼻坎将急流 抛向空中，然后落入 离建筑物较远的河床， 在空中经扩散、掺气消能。
对尾水变幅适应性 强，结构简单，施 工、维修方便，耗 资省。
第二节 溢洪道
1、溢洪道的设计要求及分类
（1）设计要求 必须有足够的泄水能力（尺寸及形状）； 运用必须灵活可靠（闸门控制流量）； 必须保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。（下游要 有消能设施）
新丰江溢洪道 闸门及溢流堰
新安江大坝泄洪
（2）溢洪道的分类 根据在枢纽中的位置，溢洪道可分成两大类：