側(cè)槽溢洪道講義（15頁清楚明了）

1、 第三節(jié) 側(cè)槽溢洪道 一、概 述 1、適用范圍： 當(dāng)水利樞紐的攔河壩難以本身溢流，且兩岸陡峭，布置正槽溢洪道將導(dǎo)致巨大開挖量時(shí)，可采用側(cè)槽式溢洪道。 2、組成部分： 側(cè)槽溢洪道由溢流堰、側(cè)槽和泄水道三個(gè)主要部分組成。 圖836 側(cè)槽明流溢洪道典型布置 3、工作原理：溢流堰軸線大致順河岸等高線布置，水流過堰后進(jìn)入 與堰軸線平行的側(cè)槽內(nèi)，然后通過泄水道泄往下游。此泄水道 可為類似于上節(jié)所述的明流陡坡泄槽以及相應(yīng)的消能段，也可 由斜井、泄水隧洞組成，如圖837。 圖837 側(cè)槽斜井溢洪道 4、工 作 特 點(diǎn)： 與正槽溢洪道相比，側(cè)槽溢洪道的溢流前緣可少 受地形限制，而向上游庫岸延伸，由增加溢流前緣長

2、度 而引起的開挖量增加較少，從而可以較長的溢流前緣換 取較低的調(diào)洪水位，或者換取較高的堰頂高程； 當(dāng)無閘門控制時(shí)后者實(shí)即增加了興利庫容，對 中小型工程尤為有利； 側(cè)槽中水流流態(tài)復(fù)雜。二、側(cè)槽中的水流特性 側(cè)槽中水流是沿程變量的非均勻流。進(jìn)槽水流立即轉(zhuǎn)彎近90度順槽軸線流向下游，對不同的側(cè)槽斷面流量不同，上游端流量小，向下游不斷增大，直至側(cè)堰結(jié)束時(shí)達(dá)到最大。 橫斷面上水面不水平。水流自側(cè)堰跌入側(cè)槽后，在慣性作用下沖向側(cè)堰對岸壁，并向上翻騰，在重力作用下轉(zhuǎn)向下游流去，在槽中形成一個(gè)橫軸螺旋流。堰對岸水面較高，通常水力計(jì)算只求出平均水面線。 838 側(cè)槽內(nèi)復(fù)雜的流態(tài)二 側(cè)槽內(nèi)水面曲線的計(jì)算 設(shè)側(cè)槽斷

3、面按一定規(guī)律沿程擴(kuò)展，各斷面流量按一定規(guī)律沿程增加。取側(cè)槽的一個(gè)微分段考慮，其底坡為 ，為更具普遍性計(jì)算，自側(cè)槽進(jìn)入側(cè)槽的流向與槽軸線不正交，正交于槽軸線的流速分量為u（與u垂直的另一分量為v）。如設(shè)通過nn斷面的流量為Q，水深為h，過水?dāng)嗝鏋?，斷面平均流速為V，；而在n1斷面流量、水深、斷面平均流速為Q+dQ、hdh、V+dV；兩斷面在槽底相距ds。由變量流的動(dòng)量定律可導(dǎo)出下列水面線微分方程： （828）其中C為謝才系數(shù)，R為水力半徑，B為槽底寬。 圖839 側(cè)槽沿程變量流微分段 此式即非棱柱體側(cè)槽中沿程變量流的基本方程式。 令dQ0，就成為恒定漸變非均勻流的微分方程式。 對于通常側(cè)槽，水

4、流方向基本上垂直于槽軸線，這時(shí)v0，于是有：（829）對于棱柱體側(cè)槽 ，則有（830） 令式（829）中 則可得 ，即當(dāng) 滿足式（831）的條件，則在非棱柱體側(cè)槽中（且在v0的情況下）就能得大致等深的水流。 方程式（829）（830）都是假定h僅隨s而變化，對于同一橫斷面則認(rèn)為水深無變化。而實(shí)際上側(cè)堰對岸一側(cè)水深高于側(cè)堰水深，所以方程中h應(yīng)理解成橫斷面平均水深。試驗(yàn)觀測表明，橫斷面最大水深可能比這個(gè)平均水深大（520）. 為更簡便計(jì)算側(cè)槽水面曲線，如圖840所示側(cè)槽，忽略沿程摩阻損失，由動(dòng)量定律得公式為： （831）（832）圖840 側(cè)槽水面曲線計(jì)算簡圖式中y為相鄰兩斷面、的水面高差, Q=

5、Q2 Q1， VV2V1三 側(cè)槽設(shè)計(jì)步驟1、根據(jù)調(diào)洪演算及方案優(yōu)選，首先定出側(cè)堰堰頂高程和過堰單寬流量，選定側(cè)槽長度。2、為節(jié)省開挖量，側(cè)槽多選用深窄梯形斷面。在滿足水流要求和變坡穩(wěn)定條件下，側(cè)堰 側(cè)的邊坡一般可用1：0.5，對岸邊坡則可用1：0.31：0.5。3、選定側(cè)槽底寬。泄流量沿側(cè)槽軸線均勻增加，所以側(cè)槽斷面積應(yīng)沿程增大，始末斷面 底寬比約為1:11:4；4、選定槽底縱坡i0。槽底高程應(yīng)保證溢流堰為自由溢流，側(cè)槽中水流應(yīng)為緩流流態(tài)，底 坡坡度為緩坡，1:0.011:0.055、選定經(jīng)濟(jì)的槽末水深hl。為減少側(cè)槽開挖量，宜取hL （1.21.5)hk,這里 hk為槽 末流量QL相應(yīng)的臨界

6、水深。6、為避免槽內(nèi)紊亂波動(dòng)水流直接進(jìn)入泄槽（或斜井），保證下游較好的水力條件， 側(cè)槽結(jié)束后還應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整段和控制斷面（圖840）。7、以側(cè)槽末端斷面為起算斷面，選用適當(dāng)?shù)乃媲€差分方程，逐段向上游推算水面 高差和相應(yīng)水深。8、選定起始斷面的水面高程。為使溢流堰為非淹沒出流，起始斷面水面超過堰頂?shù)母?度hb應(yīng)不超過0.5H，其中H為堰頂溢流水頭。9、自起始斷面既定的水面高程，引用第7步計(jì)算成果向下游推算各斷面水面高程和堰 底高程，從而得到側(cè)槽的全部形態(tài)第四節(jié) 其他型式的溢洪道一、井式溢洪道 1、組 成：溢流喇叭口、漸變段、彎曲段、泄水隧洞、出口消能段及尾水渠。 2、工作原理：井式溢洪道工

7、作時(shí)水流從四周經(jīng)環(huán)形堰徑跌入喇叭口，并在一定深度處水舌相互匯交，逐漸成有壓流，再經(jīng)隧洞泄往下游進(jìn)入喇叭口的流量決定于堰頂水頭、堰的型式和周長；流量能否順利泄出隧洞取決于隧洞的斷面尺寸以及豎井內(nèi)形成的壓力水頭。進(jìn)水為自由堰流，出水為有壓管流，所以井式溢洪道適應(yīng)的水頭達(dá)100200m。 圖841 井式溢洪道圖842 豎井喇叭口比較3、工作特點(diǎn)： 小流量堰流，井內(nèi)水流的連續(xù)性易遭破壞，水流不穩(wěn)，容易出現(xiàn)振動(dòng)和空蝕破壞； 大流量井口淹沒出流，孔流，超泄能力較小；4、進(jìn)口斷面形式： 實(shí)用堰：流量系數(shù)大，適用于大流量情況。 平頂堰：施工方便，安裝閘門方便，小流量時(shí)用得較多。5、設(shè) 計(jì)： 堰：堰頂應(yīng)設(shè)閘墩或

8、導(dǎo)流墻，以使進(jìn)口水流應(yīng)平順、對稱，防止出現(xiàn)立軸漩渦；溢流堰進(jìn)口體型應(yīng)采用流線型設(shè)計(jì)，如可用自由射流曲線體型。 漸變段：使水流平順地與豎井連接，避免水流與井壁脫離。水流為自由跌流，壓力為大氣壓。 豎井段：起穩(wěn)定水流作用。該段流態(tài)為有壓流，水流克服水頭損失后，得到隧洞進(jìn)口動(dòng)能。 二、虹吸溢洪道 1、組 成：喇叭型進(jìn)水口、遮檐、虹吸管、通氣孔、挑流坎、泄槽、出口消能段及 尾水渠。 2、工作特點(diǎn)：利用虹吸作用，在較小的堰頂水頭下得到較大的泄流量，啟閉靈活、 運(yùn)行方便。 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修不便，進(jìn)口易被污物或冰塊等堵塞；且超泄能力 低，負(fù)壓過大時(shí)，易產(chǎn)生空化空蝕。大型工程應(yīng)用不多。 3、工作原理： 遮檐頂與虹吸管的堰頂均與正常高水位平齊。當(dāng)上游水位高于正常高水位，開始泄流，利用挑流坎封閉虹吸管，水流帶走空氣，形成虹吸。通入空氣，則虹吸作用被破壞，泄流停止。 圖847 河岸虹吸溢洪道首部1遮檐；2通氣孔；3挑流坎；4彎曲段；5排污孔 虹吸溢洪道的前端有一位于正常庫水位以下的進(jìn)口，其頂蓋成為遮檐，與 遮檐共同形成虹吸管道的下部結(jié)構(gòu)即為溢流堰。遮檐在泄洪時(shí)淹入水下的深度應(yīng)使進(jìn)水時(shí)不致于挾入空氣和漂浮物。溢流堰頂高程