水工建筑物溢洪道.pptx
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1、简介一、河岸溢洪道的型式二、河岸溢洪道的位置选择第一节第一节 概概 述述第1页/共89页第二节第二节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道水渠段控制段泄槽段消能防冲设施出水渠第2页/共89页一、侧槽溢洪道的布置特点二、侧槽设计1、堰长2、槽底纵坡3、侧槽横断面底宽(b0、bL )4、侧槽横向边坡系数5、侧槽始端槽底高程与末端水深三、侧槽水力计算要点第三节第三节 侧侧 槽槽 溢溢 洪洪 道道第3页/共89页非常溢洪道简介非常溢洪道类型漫流式自溃式爆破引溃式第四节第四节 非非 常常 溢溢 洪洪 道道思考题思考题第4页/共89页 河岸溢洪道简介河岸溢洪道简介:在在水水利利枢枢纽纽中中,为为了了防防止止洪洪水
2、水漫漫过过坝坝顶顶,危危及及大大坝坝和和枢枢纽纽的的安安全全,必必须须布布置置泄泄水水建建筑筑物物,以以宣宣泄泄水水库库按运行要求不能容纳的多余来水量。按运行要求不能容纳的多余来水量。常常用用的的泄泄水水建建筑筑物物有有河河床床式式溢溢洪洪道道、河河岸岸溢溢洪洪道道。对对于于以以土土石石坝坝及及某某些些轻轻型型坝坝型型为为主主坝坝的的枢枢纽纽,常常在在坝坝体以外的岸边或天然垭口布置溢洪道,称河岸溢洪道。体以外的岸边或天然垭口布置溢洪道,称河岸溢洪道。溢溢洪洪道道除除应应有有足足够够的的泄泄洪洪能能力力外外,还还应应保保证证在在运运用用期期间间的的自自身身安安全全和和下下泄泄水水流流与与原原河河
3、道道水水流流得得到到良良好好的衔接。的衔接。第一节第一节 概概 述述第5页/共89页一、河岸溢洪道的型式一、河岸溢洪道的型式 河岸溢洪道其主要型式有河岸溢洪道其主要型式有 正槽溢洪道正槽溢洪道 侧槽溢洪道侧槽溢洪道 井式井式 虹吸式虹吸式(1 1)正正槽槽溢溢洪洪道道:其其泄泄槽槽与与溢溢流流堰堰轴轴线线正正交交,过过堰水流与泄槽轴线方向一致,如堰水流与泄槽轴线方向一致,如图图6-16-1所示。所示。正槽溢洪道适用于各种水头和流量,并且水流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,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
4、采用这种溢大多数以土石坝为主坝的水利枢纽都采用这种溢洪道。洪道。第第一一节节 概概 述述第6页/共89页图图6-16-1正槽溢洪道布置图正槽溢洪道布置图1 1进水段进水段;2;2控制段控制段;3;3泄槽泄槽;4;4消能防冲段消能防冲段;5 5出水渠出水渠;6;6非常溢洪道非常溢洪道;7;7土坝土坝第第一一节节 概概 述述第7页/共89页第8页/共89页第9页/共89页第第一一节节 概概 述述第10页/共89页第11页/共89页第第一一节节 概概 述述第12页/共89页第13页/共89页(2 2)侧槽溢洪道)侧槽溢洪道:其溢流堰与泄槽的轴线接近平:其溢流堰与泄槽的轴线接近平行,过堰水流在较短距离
5、内转弯约行,过堰水流在较短距离内转弯约9090,再经泄槽,再经泄槽泄入下游。它适宜坝肩山体高,岸坡较陡的情况。泄入下游。它适宜坝肩山体高,岸坡较陡的情况。图图6-2 6-2 侧槽式溢洪道布置图侧槽式溢洪道布置图 1 1洪道洪道;2;2侧槽侧槽;3;3泄水槽泄水槽;4;4出口布消能出口布消能段段5 5上坝公路上坝公路;6;6土石坝土石坝第第一一节节 概概 述述第14页/共89页第第一一节节 概概 述述第15页/共89页(3 3)井式溢洪道)井式溢洪道:图图6-36-3所示,这种溢洪道由溢所示,这种溢洪道由溢流喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。水流进流喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。水流进入环行
6、溢流堰后,经竖井和泄水隧洞段流入下游。入环行溢流堰后,经竖井和泄水隧洞段流入下游。这种泄水设施的主要建筑物是泄水隧洞这种泄水设施的主要建筑物是泄水隧洞.缺点缺点:水流条件复杂,超泄能力小,容易产生空水流条件复杂,超泄能力小,容易产生空蚀和振动。在工程实践中,布置这种泄洪设施往蚀和振动。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。国应用较少。第第一一节节 概概 述述第16页/共89页 图图6-3 6-3 竖井式溢洪道示意图竖井式溢
7、洪道示意图 1 1环形喇叭口环形喇叭口;2;2渐变段渐变段;3;3竖井段竖井段 4 4隧洞隧洞;5;5混凝土坝混凝土坝第第一一节节 概概 述述第17页/共89页第第一一节节 概概 述述第18页/共89页(4 4)虹虹吸吸式式溢溢洪洪道道:如如图图6-46-4所所示示,它它是是一一种种封封闭闭式式溢溢洪洪道道,其其工工作作原原理理是是利利用用虹虹吸吸的的作作用用泄泄水水。当当库库水水位位达达到到一一定定的的高高程程时时,淹淹没没了了通通气气孔孔,水水流流经经过过堰堰顶顶并并与与空空气气混混合合,逐逐渐渐将将曲曲管管内内的的空空气气带带出出,使使曲曲管管内内产产生生真真空空,虹虹吸吸作作用用发发生
8、生而而自自动动泄泄水水。这这种种溢溢洪洪道道的的优优点点是是能能自自动动调调节节上上游游水水位位,不不需需设设置置闸闸门门。其其缺缺点点是是超超泄泄能能力力较较小小,构构造造复复杂杂,且且工工作作可靠性较差,在大中型工程应用较少。可靠性较差,在大中型工程应用较少。以以上上四四种种类类型型的的泄泄洪洪设设施施,前前两两种种设设施施的的整整个个流流程程是是完完全全敞敞开开的的,故故又又称称为为开开敞敞式式溢溢洪洪道道,而而后后两两种又称为封闭式溢洪道。种又称为封闭式溢洪道。第第一一节节 概概 述述第19页/共89页图图6-4 6-4 虹吸工溢洪道示意图虹吸工溢洪道示意图 1 1遮檐遮檐;2;2通气
9、孔通气孔;3;3挑流坎挑流坎;4;4曲管曲管第第一一节节 概概 述述第20页/共89页二、河岸溢洪道的位置选择二、河岸溢洪道的位置选择 考考虑虑枢枢纽纽总总体体布布置置、地地形形、地地质质、施施工工及及运行、经济指标等因素。运行、经济指标等因素。(1 1)枢枢纽纽总总体体布布置置:溢溢洪洪道道布布置置应应结结合合枢枢纽纽布布置置全全面面考考虑虑,避避免免泄泄洪洪、发发电电、航航运运及及灌灌溉溉等等建建筑筑物物在在布布置置上上的的干干扰扰。其其布布置置时时合合理理选选择择泄泄洪洪消消能能布布置置和和型型式式,进进水水口口应应短短而而直直,出出水水渠渠应应与与下下游游河河道道平平顺顺连连接接,避避
10、免免下下泄泄水水流流的的冲冲刷及淤积,刷及淤积,(2 2)地地形形、地地质质条条件件,溢溢洪洪道道应应布布置置在在地地形形适适宜宜、地地质质坚坚固固且且稳稳定定的的岸岸边边或或天天然然垭垭口口的的岩基上,以减少开挖量。岩基上,以减少开挖量。第第一一节节 概概 述述第21页/共89页并并应应尽尽量量避避免免深深挖挖,以以免免造造成成高高边边坡坡失失稳稳或或边边坡坡处处理理困困难难等等问问题题。需需要要特特别别指指出出的的是是,在在选选择择溢溢洪洪道道的的位位置置时时,应应充充分分考考虑虑水水文文地地质质条条件件,以确保溢洪道的安全。以确保溢洪道的安全。(3 3)施工和运行)施工和运行:应应使使开
11、开挖挖出出渣渣线线路路和和堆堆渣渣场场地地便便于于布布置置,并并考考虑虑利利用用开开挖挖出出来来的的土土石石料料作作为为筑筑坝坝材材料料,以以减减少少弃弃料料为为运运行行方方便便,溢溢洪洪道道不不宜宜离离水水库库管管理理处处太远。太远。第第一一节节 概概 述述第22页/共89页 正正槽槽溢溢洪洪道道一一般般由由进进水水渠渠段段、控控制制段段、泄泄槽槽段段、消能防冲设施和出水渠五个部分组成。消能防冲设施和出水渠五个部分组成。一、进水渠一、进水渠 进水渠是水库与控制段之间的连接段进水渠是水库与控制段之间的连接段;作作用用:进进水水及及调调整整水水流流。当当控控制制段段邻邻近近水水库库时时,进进水水
12、渠渠可可用用一一喇喇叭叭形形进进水水口口代代替替,具具体体布布置置应应从从三三个个方方面面考虑:考虑:(1 1)平平面面布布置置:进进水水渠渠在在平平面面上上最最好好按按直直线线布布置置,且且前前缘缘不不得得有有阻阻碍碍进进流流的的山山头头或或建建筑筑物物,以以便便水水流流均均匀匀平平顺顺入入渠渠。受受地地形形、地地质质条条件件及及上上游游河河势势的的影影响响需需设设置置弯弯道道时时,弯弯道道轴轴线线的的转转弯弯半半径径不不宜宜小小于于4 4倍倍渠渠底底宽宽度度。弯弯道道与与控控制制段段之之间间应应布布置置一一(2-3)H2-3)H直直线线段段过过渡。渡。第二节第二节 正正 槽槽 溢溢 洪洪
13、道道第23页/共89页(2 2)横断面布置)横断面布置进进水水渠渠一一般般按按梯梯形形断断面面,在在控控制制段段前前缘缘过过渡渡成成矩矩形形断断面。进水渠应有足够的断面尺寸。面。进水渠应有足够的断面尺寸。一一般般可可先先拟拟定定流流速速,由由流流速速控控制制断断面面尺尺寸寸。进进水水渠渠流流速速,应应以以大大于于库库水水悬悬移移质质的的不不淤淤流流速速和和小小于于渠渠底底不不冲冲流流速速,一一般般不不应应大大于于4m/s4m/s。在在山山势势陡陡峭峭、开开挖挖量量较大的情况下,也可达较大的情况下,也可达(5(57m/s7m/s)。)。进进水水渠渠一一般般可可不不衬衬护护,当当为为了了减减小小水
14、水头头损损失失或或满满足足抗抗冲要求时,也可用混凝土、浆砌石衬护。冲要求时,也可用混凝土、浆砌石衬护。(3 3)纵断面布置)纵断面布置进进水水渠渠的的纵纵断断面面应应布布置置成成平平坡坡或或不不大大的的反反坡坡(倾倾向向水水库库)。当当控控制制段段采采用用实实用用堰堰时时,堰堰前前渠渠底底高高程程宜宜比比控控制段堰顶高程低制段堰顶高程低0.5Hs0.5Hs(HsHs为堰面设计为堰面设计第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第24页/共89页水水头头),以以保保持持良良好好的的入入流流条条件件和和增增大大堰堰的的流流量量系系数数。当当控控制制段段采采用用宽宽顶顶堰堰时时,渠渠底底高高程程可可
15、与与堰堰顶顶齐齐平或略为降低。平或略为降低。二、控制段二、控制段控控制制段段又又称称溢溢流流堰堰段段,是是控控制制溢溢洪洪道道泄泄洪洪流流量量的的关关键部位。键部位。1 1、堰型选择、堰型选择 通常选宽顶堰、通常选宽顶堰、实用堰实用堰,有时采用,有时采用驼峰堰驼峰堰。(1 1)宽顶堰)宽顶堰 宽顶堰的特点是结构简单,施工方便,宽顶堰的特点是结构简单,施工方便,水流条件稳定,但流量系数较小。在泄洪量不大的水流条件稳定,但流量系数较小。在泄洪量不大的中小型工程应用较广,堰型布置中小型工程应用较广,堰型布置如图如图6-56-5(a a)所示。所示。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第25页/
16、共89页宽顶堰的堰体用混凝土或浆砌石进行衬宽顶堰的堰体用混凝土或浆砌石进行衬砌,使堰基免受冲刷,保持堰面平整光砌,使堰基免受冲刷,保持堰面平整光滑,以增加泄水能力。在坚实的岩基,滑,以增加泄水能力。在坚实的岩基,有抗冲能力,可以不衬砌,但应开挖的有抗冲能力,可以不衬砌,但应开挖的平整度对流量系数的影响。平整度对流量系数的影响。图图6-5 6-5 控制段堰形控制段堰形(a)(a)宽顶堰宽顶堰 (b)(b)实用堰实用堰第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第26页/共89页(2 2)实用堰)实用堰 实实用用堰堰的的优优点点是是堰堰面面流流量量系系数数比比宽宽顶顶堰堰大大,泄泄水水能能力力强强,
17、但但施施工工相相对对复复杂杂。在在大大中中型型工工程程中中,特特别别是是在在泄泄洪洪流流量量较较大大的的情情况况下下,多多采采用用这这种种堰堰型型,如如图图6-56-5(b b)所示。)所示。我我国国多多采采用用:WESWES标标准准剖剖面面堰堰和和克克一一奥奥剖剖面面堰堰;堰堰面面的的水水力力学学参参数数可可参参见见水水力力学学或或有有关关设设计计手手册册。对对于于重重要要工工程程,其其水水力力学学参参数数应应由由水水工工模模型型试试验验进进行验证或修正。行验证或修正。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第27页/共89页(3 3)驼峰堰)驼峰堰 驼驼峰峰堰堰是是一一种种复复合合圆圆弧
18、弧低低堰堰,如如图图6-66-6所所示示。它它的的特特点点是是堰堰体体较较低低,流流量量系系数数较较大大,设设计计与与施施工工难难度度介介于于WESWES堰堰与与宽宽顶顶堰堰之之间间,对对地地基基要要求求相相对对较较低低,适适用用于于软软弱弱岩岩性性地基。地基。图6-6 驼峰堰常见的剖面图第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第28页/共89页2 2、堰面参数对流量的影响、堰面参数对流量的影响(1)(1)定定型型设设计计水水头头HdHd的的选选择择 在在堰堰顶顶水水头头不不变变的的情情况况下下,HdHd愈愈小小,流流量量系系数数愈愈大大,但但是是,过过小小的的HdHd将将对对 堰堰 面面
19、产产 生生 不不 利利 影影 响响。对对 于于 低低 堰堰(P11.33HdP11.33Hd),堰堰面面出出现现危危险险负负压压的的机机会会比比高堰少。高堰少。当当P11.33Hd P11.33Hd 时时,取取Hd=(0.65Hd=(0.650.85)Hmax0.85)Hmax。当当P11.33HdP11.33Hd时,取时,取Hd=(0.75Hd=(0.750.95)Hmax0.95)Hmax。(2 2)实实用用堰堰高高度度选选择择 堰堰高高对对流流量量系系数数也也有有较较大大的的影影响响,实实践践证证明明,低低实实用用堰堰的的流流量量系系数数随随P1/HdP1/Hd的的减减小小而而减减小小。
20、在在确确定定HdHd的的前前提提下下,P1P1愈愈小小,则则m m愈愈小小。当当P1/HdP1/Hd0.30.3时时,m m值值明明显显降降低低,为为了了获获得得较较大大流流量量系系数数,一一般般要要求求P P应应大大于于0.3Hd0.3Hd。对对驼峰堰取驼峰堰取P1=P1=(.24-0.34.24-0.34)HdHd。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第29页/共89页表表6-1 P/H 6-1 P/H m m关系表关系表 P/H m 0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.90.9 堰堰 面面克一奥克一奥0.4260.42
21、60.4460.4460.460.460.4690.4690.4760.4760.480.480.4830.4830.4850.4850.490.49恳务局恳务局0.4220.4220.4450.4450.4580.4580.4670.4670.4730.4730.4770.4770.480.480.4830.4830.4920.492第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第30页/共89页在在低低堰堰中中,下下游游堰堰高高不不足足时时,过过堰堰水水流流将将不不能能保保证证自自由由宣宣泄泄,从从而而出出现现流流量量系系数数随随着着堰堰顶顶水水头头增增加加而而降降低低的现象。的现象。因此因此
22、:下游堰高下游堰高P2P2必须保持一定的高度,必须保持一定的高度,一般一般:P20.6Hd:P20.6Hd。(3 3)堰长对流量的影响)堰长对流量的影响对对于于宽宽顶顶堰堰,堰堰长长L L(沿沿水水流流方方向向)对对流流量量影影响响也也很很大大。当当堰堰长长L L10H10H时时(H H为为堰堰顶顶水水头头),堰堰面面流流态态已已发发生生了了质的变化。此时,不能按宽顶堰公式计算过堰流量。质的变化。此时,不能按宽顶堰公式计算过堰流量。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第31页/共89页三、泄槽三、泄槽 泄泄槽槽的的水水流流特特点点是是高高速速、紊紊乱乱、掺掺气气、惯惯性性大大,对对边边界
23、界变变化化非非常常敏敏感感。当当边边墙墙有有转转折折时时,就就会会产产生生缓缓冲冲击击波波,对对下下游游消消能能产产生生不不利利影影响响;当当水水流流的的佛佛氏氏数数FrFr2 2时时,将将会会产产生生波波动动和和掺掺气气现现象象;若若流流速速超超过过15m/s15m/s时时,可可能能产产生生空空蚀蚀问问题题。因因此此,应应注注重重泄槽的合理布置。泄槽的合理布置。1 1、泄槽的平面布置、泄槽的平面布置泄泄槽槽在在平平面面上上应应尽尽量量按按直直线线、等等宽宽和和对对称称布布置置。当当泄泄槽槽较较长长,为为减减少少开开挖挖,可可在在泄泄槽槽的的前前端端设设收收缩缩段段、末末端端设设扩扩散散段段,
24、但但必必须须严严格格控控制制。为为了了适适应应地地形形地地质条件,减少工程量,泄槽轴线也可设置弯道。质条件,减少工程量,泄槽轴线也可设置弯道。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第32页/共89页(1 1)收缩角与扩散角)收缩角与扩散角当当泄泄槽槽的的边边墙墙向向内内收收缩缩时时,将将使使槽槽内内水水流流产产生生陡陡冲冲击击波波。冲冲击击波波的的波波高高取取决决于于边边墙墙的的偏偏转转角角,其其值值越越大大,波波高高则则越越大大。当当边边墙墙向向外外扩扩散散时时,水水流流将将产产生生缓缓冲冲击击波波。若若扩扩散散角角过过大大,水水流流将将产产生生脱脱离离边边墙墙的的现现象象。因因此此,应
25、应严严格格控控制制其其边墙的收缩角和扩散角。一般不宜大于边墙的收缩角和扩散角。一般不宜大于6-86-8。第第二二节节 正正 槽槽 溢溢 洪洪 道道第33页/共89页设计时,边墙的收缩角和扩散角可按下式计算:设计时,边墙的收缩角和扩散角可按下式计算:(6-1)(6-1)式中式中 边墙与泄洪槽中心线夹角(边墙与泄洪槽中心线夹角(););K K经验系数,一般取经验系数,一般取3.03.0;FrFr扩散段或收缩段的起、止断面的平均佛扩散段或收缩段的起、止断面的平均佛氏数;氏数;h h扩散段的起、止断面的平均水深,扩散段的起、止断面的平均水深,m m;扩散段的起、止断面平均流速(扩散段的起、止断面平均流
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