第二节 正槽溢洪道
正槽式溢洪道通常以下五部分组成，即进水段、 控制段、泄槽、消能段和尾水渠。
溢流堰轴线和泄槽轴线正交。 优点：正向进水，结构简单，水流条件较好，泄 洪能力大，工作安全可靠，施工管理维修方便，因 而得到广泛采用。 缺点：当两岸地势高，且岸坡较陡时，开挖方量 往往很大
一、引水渠
作用：使水流平顺地由水库进入控制段。当控制段 的位置紧靠水库时，进水段只是一个喇叭口； 当控制段的位置不能紧靠水库时，则需要在 控制段前开挖引水渠。
三、泄槽
泄槽的水利特征： 底坡陡，故为急流。由于流 速高，故会产生明渠中高速水流的问题：冲击 波、水流掺气、空蚀、压力脉动，应采取相应 的措施
（一）、泄槽的平面布置及纵、横剖面
1. 平面布置
1）为了使水流平顺，减少冲击波的发生，沿水
流平面宜尽量采用直线、等宽、对称布置。
2）泄槽长度大，受地质、地形条件限制，不能
tan
tan AC'
b
b rc 2
ห้องสมุดไป่ตู้
(rc

b) 2
tan

Rc



arctan
(rc

b b ) tan 2

Rc
b

arcsin
1

Fr
b
已知β、θ，弯曲取横断面内、外侧水深，
可估算：h v2 sin 2 ( )
g
2
外侧水深θ取正值，内侧水深θ取负值。
直线扩散的扩散角，一般不宜超过6 ~ 8
3．弯曲段 通常采用圆弧曲线,弯曲半径应大于10倍槽宽弯曲 区，由于离心力的作用，导致外侧水深加大，内 侧水深减小，造成断面内的流量分布不均。同时 集中的急流受到边墙转折的限制，形成冲击波。 因此，弯曲区设计的主要。 问题在于： ①使断面内流量分布均匀； ②消除或抑制这种冲击波。 在CBD以下，不断发生波的反向、干涉与传播 θ角的确定： AC AC' b
第七章 岸边溢洪道
第一节 概述
一、溢洪道是水利枢纽中的一项主要建 筑物,它泄洪起着保护大坝安全的重 要作用。
设河岸溢洪道的原因： 1）土坝本身不能泄水 2）河谷狭窄，厂坝争位 3）坝身泄水能力不足,另设泄洪道（如支墩
坝等轻型坝）
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。
6、引水渠的纵坡一般采用平坡（I＝0）或具 有不大的逆坡。
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。
完全做成直线，需要转弯，转弯半径大于等于
10b
（b：陡槽直线段的平均宽度）。
3）为了减小泄槽末端的单宽流量，以利于消能
防冲，有时在泄槽末端设扩散段。
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
rc
rc g
又：sin Z Z b2 Z 2 b 1 tan 2
v2
E
Z 1 tan 2 bv2 c bv2
rc g b 1 tan 2
grc
grc
为了保持泄槽中线的原底部高程不变，以利于
施工，常将内侧渠底较中线下降0.5△Z ，而外
防止空蚀对平整度的要求： 施工方面：①控制施工质量
②对表面不平整进行磨削处理 设计方面：我国《溢洪道设计规范》规定： 不平整允许高度△，按流速来定： 如：V＝20-30m/s —— △max=10mm 这个允许高度不能是高差突变，而是高低点之间 磨削减 一定的坡度，这个坡度按水流空化数 σ来进行磨削，其要求见有关表。
考。 初步设计，根据急流边墙不发生分离的条件来
确定扩散角Ψ至今尚无成熟理论可供应用，下列经 验仅供参考。初步设计，根据急流边墙不发生分离 的条件来确定扩散角φ
tan 1
KFr 式中：Fr－扩散段起止断面的平均弗氏数
K－经验系数，一般取3.0 V 扩散段起止断面的平均流速 h－扩散段起止断面的平均水深 Fr是沿程变化的，但实际设计时采用用单一的扩散角
（1）收缩区的长度： L b1 b3
2 tan
（2）侧压偏角：
h2 tan 1 h tan( 1 )
tan tan 1 ( 1 8Fr1 sin 2 1 ) 3 2 tan 1 1 Fr1 sin 2 1 1
2．扩散区设计 目的：减小出口单宽流量，便于消能 至今尚无成熟理论可供应用。下列经验仅供参
初生空化数的大小随边界条件面异，对于某 种边界轮廓，其初生空化数是一个固定值，通常 或用减压模型试验来确定。初生空化数σi越大 （形状不好，对水流条件而言），越易发生空化。 σi越小（体型好）越难发生。
实际水流的空化数σ＞σi不会发生空化。 σ＜σi要发生空化。 说明：初生空化数越低越好，这样实际水流
的空化数越低（即流速越高，局部压 力越低),只有低于σi才会发生空化。
在高速水流作用下的过水表面，应按不平 整度精心施工，尤其是易发生空蚀的变坡处及 弧起点、紧邻反弧终点的下排水平段，发现不 平整度不符合应进行磨削。
仅靠控制不平整度来预防空蚀，在工程施 工中困，表面积大突体多，混凝土强度高，工 作量大，费用昂贵，而且工艺也存在困难。σ ＜0.2时，不平整度难于达到要求，应考虑其它 措施：如掺气减蚀、抗空蚀护面等。
3、引水渠断面常采用梯形断面，边坡视土壤 和岩石的性质而定（岩基接近矩形）。
4、引水渠不宜过长，当受地形、地质条件限 制时,必须布置较强的引水渠，在泄流时, 应考虑该段水头损失的影响。(工程措施: 降低糙率)
5、当控制段的溢流堰为实用堰时，渠底应低 于堰顶，其值不小于0.5倍堰上水头稳定 和具有较大的流量系数。
侧抬高0.5△Z 。
说明：
1、上述泄槽收缩区，扩散区，弯曲区的设计
方法都是粗略的；对于重要的工程应通过
水工模型试验来确定。
2、泄槽在平面上尽可能采用直线、等宽、对
称布置。
（三）掺气减蚀 空蚀破坏是泥沙建筑物设计中一个重要问题 1、表面不平整度
表面不平整度是引起空蚀的基本原因，另 一原因是高速水流在不平整区脱壁形成低压区 表面不平整度产生原因：施工放样不准，混凝 土浇筑放样不准，混凝土浇筑问题，泥沙对表 面磨损，应更深入研究空蚀问题。 空化：产生空穴的现在叫空化。 产生空化的原因： ①水流内部含有许许多多的尚未的微小气 泡-气核（内因）
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）收缩段、扩散段和弯曲段设计
在急流中，由于边墙改变方向，水流受到 扰动，就会引起冲击波。 危害：冲击波的波动范围可能延伸很远，使水 流沿横剖面分布不均匀，从而增加边墙高 度，并给泄槽工作及出口消能带来不利的 影响。
弯曲区的水力设计方法 第一类：施加侧向力法：渠道超高法
弯曲导流墙法 原理：采取的工程措施，向弯曲区水流施加作用
力，使它与水流所受的离心力相平衡，以达 到消除干扰的目的。 第二类：干扰处理法：弯曲线区法
螺旋线过渡区 斜槛法 原理：即在曲线的起点和终点，引入与原来的干 扰大小相等但相位相反，来消除原来扰动的 影响。 为了冲击波而加高渠道侧压是不经济的，
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）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负压存在（低于大气压）（外因）
高速水流—水流脱壁，形成低压，带走气核 —在高压区破灭。 空蚀：是空穴破灭,对固体表面的破坏作用。 必须指出：有空穴不一定有空蚀，只有空穴发展
到一定程度,并由于边疆长时期的作用，使固 体表面失去其应有的强度而遭破坏。 试验表明：标准大气压下，V＞15m/s就可能发生 空蚀，空蚀强度与水流流速的5-7次方成正比， 不平整度愈大，引起初生空穴的流速愈小，这 说明流速愈高，对不平整度的要求愈严格。
对引水渠的要求：水流平顺,水头损失小,增加泄水 能力,减少工程量。
在布置和设计中应注意的几个问题：
1、引水渠在平面布置上尽量是直线(水流平 顺，可防止旋涡和横向水流）如受地形、 地质等条件限制，引水渠必须较弯，其转 弯半径不得小于4—6倍渠底宽，并力求在 控制段前有一直线段。
2、引水渠的过水断面一定要大于控制段的过 水断面。
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
溢流堰一般为低堰（0.3≤P1/Hd≤1）其流量系数m 介于重力坝和宽顶堰之间。
Hd的选定： 影响流量系数m的因素 1）与下游堰高有关：溢洪道的溢流堰属于低堰，
低堰的流量系数m值随P1/Hd的减小而减小 (原因:a、引水渠中流速增大,水头损失增大；
1、收缩段设计 合理的收缩段应当使引起的冲击波的高度最
小，对收缩段以下泄槽中的水流扰动最小。 收缩区的设计主要是确定： （1）收缩区的长度 （2）侧压的偏角θ