第六章河岸溢洪道§6-1概述●水库枢纽三大件：挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物。
●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：①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。
②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●类型：开敞式溢洪道：正槽式、侧槽式。
正常溢洪道：封闭式溢洪道：井式、虹吸式。
非常溢洪道：漫流式、自溃式、爆破引溃式1. 正槽式溢洪道水流过溢流堰后，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.侧槽式溢洪道水流过堰后，转向约90°，进入泄水槽。
●特点：水流条件复杂，水面极不平稳，结构复杂，对大坝有影响。
●适用：两岸山体陡峭，无法布置正槽式溢洪道，可在坝头一端布置侧槽式溢洪道，此时溢流堰的走向与等高线大体一致，可减少开挖量，但水流就有转向问题。
适用于中、小型工程。
侧槽溢洪道图3.井式溢洪道●特点：是管流，泄水能力低，水流条件复杂，易出现空蚀，应用较少。
井式溢洪道图4.虹吸式溢洪道●原理：溢洪道由曲管组成，曲管最顶部设通气孔，通气孔的出口在水库的正常高水位处，当水库的水位超过正常高水位，淹没了通气孔，曲管内没有空气，泄水时有虹吸作用，可增加泄水能力。
●特点：结构复杂，不便检修，易空蚀，超泄水能力小。
用于中小型工程。
虹吸式溢洪道图二、河床式溢洪道的位置选择1.安全方面§6-2正槽式溢洪道一、正槽式溢洪道的组成组成部分：进水渠、控制段、泄水槽、消能设施、出水渠。
1.进水渠往往溢流堰不能紧靠水库，需修建进水渠将水库中的水平顺引至堰前。
要求：应将水平顺引至堰前，在引水过程中，尽量减小水头损失，即在合理的开挖条件下，减小水流流速。
①平面布置长度尽量短，轴线尽量平直，最好为直轴线，如需转弯，R>5B（渠底宽），且堰前有足够长的直线段，保证正向进水。
堰前进口为喇叭形。
②横断面应足够大，以减小流速，减小水头损失，一般流速为1～2m/s。
断面形状为梯形，应注意边坡稳定。
做好衬砌，减小糙率。
③纵断面底坡采用逆坡或平坡，渠底高程要低于堰顶高程。
二、控制段溢洪道的控制段包括：溢流堰及两侧连接建筑物。
是控制溢洪道泄流能力的关键部位。
（一）溢流堰的形式溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也是用驼峰堰、折线形堰。
溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，在泄流时不产生空穴水流或诱发振动的负压等。
（1）宽顶堰宽顶堰的特点是结构简单，施工方便，但流量系数较低。
由于宽顶堰荷载小，对承载力较差的土基适应能力较强，因此，在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广，如图所示。
（2）实用堰实用堰与宽顶堰相比较，实用堰的流量系数比较大，在泄量相同的条件下需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。
大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采用这种型式，如图所示。
● 泄流能力：溢洪道中的实用堰一般都比较低矮，其流量系数介于溢流重力坝和宽顶堰之间。
实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面曲线型式等因素有关。
● 剖面形式：WES 标准剖面堰、克—奥型剖面堰。
● 定型设计水头H d 。
低堰泄流时由于下游堰面水深比较大，堰面一般不会出现过大的负压，不致发生破坏性的空蚀和振动，因此在设计溢洪道的低堰时，可选择较小的定型设计水头，使高水位时的流量系数加大。
根据实验研究，定型设计水头可采用（0.6~0.75）H max 。
● 上游堰高P 1溢流堰按上游堰高P 1和定型设计水头H d 的比值分为高堰（P 1/H d ＞1.33）和低堰(P 1/H d ≤1.33)。
高堰的流量系数接近一个常数，一般不随P 1/H d 的变化而受影响；低堰的流量系数则随P 1/H d 的减小而降低，流量系数的变化如表6-1。
这是因为进水渠中流速加大，水头损失加大，同时过堰水舌下缘垂直收缩不完全，压能增大，动能减小。
为了获得较大的流量系数，一般上游堰高P 1≥0.3 H d 。
● 下游堰高P 2：低堰的流量系数还与下游堰高P 2有关。
当堰顶水头较大，下游堰高P 2不足，堰后水流不能保证自由泄流时，将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。
为了消除这种现象，下游堰高一般应P 2≥0.6 H d 。
溢洪道中的实用堰一般都比较低矮，其流量系数介于溢流重力坝和宽顶堰之间。
实用堰的泄流能力与其上下游堰高、定型设计水头、堰面曲线型式等因素有关。
● WES 幂曲线：可按下式计算：y kH x n d n 1-= （6.1）式中：H d —堰面曲线定型设计水头；x 、y----原点下游堰面曲线横、纵坐标；n----与上游堰坡有关的指数；k----当P 1/H d >1.0时，k 值见表6-1；当 P 1/H d ≤1.0时，取k=2.0~2.2； 设计溢流堰堰面曲线，首先要确定定型设计水头H d 。
对于P 1 1.33H d 的低堰，H d =（0.65~0.85）H max （H max 为校核流量下的堰上水头）。
泄流时由于下游堰面水深比较大，堰面一般不会出现危险负压，即使在最大水头超过H d 的1.18~1.54倍的情况下，堰面负压也不会超过0.06MPa ，不致发生破坏性的空蚀和振动。
堰顶上游堰面曲线：1、 双圆弧曲线，如图所示。
2、 三圆弧曲线，上游堰面铅直，如图所示。
3、椭圆曲线，可按下列方程计算：1)()()(2222=-+d d d bH y bH aH x 式中 a 、b---椭圆曲线参数，当P 1/H d <2时，a=0.215~0.28，b=0.127~0.163；P 1/H d 小，a 与b 取小值。
上游堰面采用倒悬：应满足d>H max /2,如图。
低堰的流量系数还与下游堰高P 2有关。
当堰顶水头较大，下游堰高P 2不足，堰后水流不能保证自由泄流时，将会出现流量系数随水头增加而降低的现象。
为了消除这种现象，下游堰高P 2 ≥0.6 H d 。
溢流堰顶部曲线的长度对流量系数也有影响。
当堰顶曲线长度不足以保持标准实用堰的外形轮廓时，流量系数将受到影响而降低。
对克—奥Ⅰ型剖面堰其曲线终点（切点）的坐标应满足：x≥1.15H d，y≥0.36H d；对于WES标准堰面其大致范围是：x=（-0.282~0.85）H d，y=（0~0.37）H d。
堰面曲线终点的切线坡度宜陡于1∶1，见图6-11。
图6-11实用堰基本剖面1—基本堰面；2—辅助堰面；3—切点实用堰末端一般设置反弧曲面段，当它与泄槽连接时，反弧半径R=（3~6）h（h为最大泄量时反弧段最低点的水深）；当它与水平泄槽或消力池护坦连接时，反弧半径R=（6~12）h，流速大时宜选用较大值。
（3）驼峰堰驼峰堰是一种复合圆弧的溢流低堰，堰面由不同半径的圆弧组成，如图6-9所示。
其流量系数可达0.42以上，设计与施工简便，对地基的要求低，适用于软弱地基。
（4）折线形堰为获得较长的溢流前沿，在平面上将溢流堰做成折线形，称折线形堰。
●堰顶高程：中、小型水库溢洪道，特别是小型水库溢洪道常不设闸门，堰顶高程就是水库的正常蓄水位；溢洪道设闸门时，堰顶高程低于水库的正常蓄水位。
堰顶是否设置闸门，应从工程安全、洪水调度、水库运行、工程投资等方面论证确定。
侧槽式溢洪道的溢流堰一般不设闸门。
●胸墙：当水库水位变幅较大时，常采用带胸墙的溢流堰。
这种布置型式，可以减小闸门尺寸，在较低库水位时开始溢流，提高水库汛前限制水位，充分发挥水库效益。
但在高水位时其超泄能力不如开敞式溢洪道。
（二）溢流孔口尺寸的拟定溢洪道的溢流孔口尺寸，主要是溢流堰堰顶高程和溢流前沿宽度的确定。
其设计方法与溢流重力坝基本相同。
但由于溢洪道出口一般离坝脚较远，其单宽流量可以比溢流重力坝所采用数值大一些。
闸墩的型式和尺寸应满足闸门（包括门槽）、交通桥和工作桥的布置、水流条件、结构及运行检修等的要求。
当有防洪抢险要求时，交通桥与工作桥必须分开设置，桥下净空应满足泄洪、排凌及排漂要求。
三、泄槽正槽溢洪道在溢流堰后多用泄槽与消能防冲设施相连，以便将过堰洪水安全地泄向下游河道。
河岸溢洪道的落差主要集中在该段。
（一）泄槽的水力特征泄槽的底坡常大于水流的临界坡，所以又称陡槽。
槽内水流处于急流状态、紊动剧烈、由急流产生的高速水流对边界条件的变化非常敏感。
当边墙有转折时就会产生冲击波，并可能向下游移动；如槽壁不平整时，极易产生掺气、空蚀等问题。
（二）泄槽的平面布置泄槽在平面上宜尽可能采用直线、等宽、对称布置，力求使水流平顺、结构简单、施工方便。
当泄槽的长度较大，地形、地质条件不允许做成直线，或为了减少开挖工程量、便于洪水归河和有利于消能等原因，常设置收缩段、扩散段或弯道段。
收缩段的收缩角（泄槽中心线与边墙的夹角）越小，冲击波也越小。
一般收缩角<11.25°，也可以通过近似计算确定。
扩散段的扩散角应保证水流扩散时不能脱离边界，避免产生竖轴漩涡。
一般按直线扩散的扩散角θ≤6°~8°。
初步设计时，扩散角θ可根据下式计算选用： r KF tg 1≤θ gh v Fr = 式中 Fr —扩散段起、止断面的平均弗汝德数；K —经验系数，一般取3.0；v —扩散段起、止断面的平均流速，m/s ；h —扩散段起、止断面的平均水深，m 。
泄槽在平面上需要设置弯道时,弯道段宜设置在流速小、水流比较平稳、底坡较缓且无变化部位。
宜选用较大的转弯半径及合适的转角，相对半径可取R/B=6~10，（R 为轴线转弯半径，B 为泄槽底宽）。
见图所示。
（三）泄槽的纵剖面泄槽的纵剖面应尽量按地形、地质以及工程量少、结构安全稳定、水流流态良好的原则进行布置。
泄槽纵坡必须保证槽中的水位不影响溢流堰自由泄流，使水流处于急流状态。
因此，泄槽纵坡必须大于水流临界坡度。
常用的纵坡为1％~5％，有时可达10％~15％，坚硬的岩石上可以更大，实践中有用到1∶1的。
为了节省开挖方量，泄槽的纵坡通常是随地形、地质条件而改变，但变坡次数不宜过多，而且在不同坡度连接处要用平滑曲面相连接，以免高速水流在变坡处发生脱离槽底引起负压或槽底遭到动水压力的破坏。
当坡度由陡变缓时，可采用半径为（6~12）h 的反向弧段连接（h 为反弧段水深），流速大者宜选用大值；当底坡由缓变陡时，可采用竖向射流抛物线连接，如图6-11所示。
其抛物线方程可按下式计算。
)cos 4(202θθH K x xtg y += 式中 x 、y —以缓坡泄槽末端为原点的抛物线横、纵坐标；θ—缓坡泄槽底坡坡角（°）；H 0—抛物线起始断面比能，g v h H 220α+=；H ，v —分别为抛物线起始断面平均水深（m ）及流速（m 3/s ）； α—流速分布不均匀系数，通常取α=1.0；K —系数，对于落差较大的重要工程，取K=1.5；对于落差较小者，取K=1.1~1.3；（四）泄槽的横剖面泄槽横剖面形状在岩基上多做成矩形或近似于矩形，以使水流均匀分布和有利于下游消能，边坡坡比大约为1:0.1~1:0.3；在土基上则采用梯形，但边坡不宜太缓，以防止水流外溢和影响流态，大约为1:1~1:2。
