侧槽溢洪道(河海大学水工建筑物课件).

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1、 第三节 侧槽溢洪道 一、概 述 1、适用范围： 当水利枢纽的拦河坝难 以本身溢流，且两岸陡峭， 布置正槽溢洪道将导致巨大 开挖量时，可采用侧槽式溢 洪道。 2、组成部分： 侧槽溢洪道由溢流堰、 侧槽和泄水道三个主要部分 组成。 图836 侧槽明流溢洪道典型布置 3、工作原理：溢流堰轴线大致顺河岸等高线布置，水流过堰后进入 与堰轴线平行的侧槽内，然后通过泄水道泄往下游。此泄水道 可为类似于上节所述的明流陡坡泄槽以及相应的消能段，也可 由斜井、泄水隧洞组成，如图837。 图837 侧槽斜井溢洪道 4、工 作 特 点： 与正槽溢洪道相比，侧槽溢洪道的溢流前缘可少 受地形限制，而向上游库岸延伸，由增

2、加溢流前缘长度 而引起的开挖量增加较少，从而可以较长的溢流前缘换 取较低的调洪水位，或者换取较高的堰顶高程； 当无闸门控制时后者实即增加了兴利库容，对 中小型工程尤为有利； 侧槽中水流流态复杂。 二、侧槽中的水流特性 l 侧槽中水流是沿程变量的非均匀流。 进槽 水流立即转弯近90度顺槽轴线流向下游， 对不 同的侧槽断面流量不同，上游端流量小， 向下 游不断增大，直至侧堰结束时达到最大。 横断面上水面不水平。水流自侧堰跌 入侧 槽后，在惯性作用下冲向侧堰对岸壁，并 向上 翻腾，在重力作用下转向下游流去，在槽 中形 成一个横轴螺旋流。堰对岸水面较高，通 常水 力计算只求出平均水面线。 838 侧槽

3、内复杂的流态 二 侧槽内水面曲线的计算 设侧槽断面按一定规律沿程扩展，各断面 流 量按一定规律沿程增加。取侧槽的一个微分 段 考虑，其底坡为 ，为更具普遍性计算， 自 侧槽进入侧槽的流向与槽轴线不正交，正交 于 槽轴线的流速分量为u（与u垂直的另一分量 为 v）。如设通过nn断面的流量为Q，水深为h ， 过水断面为 ，断面平均流速为V，；而在 n 1断面流量、水深、断面平均流速为Q+dQ、 hdh、V+dV；两断面在槽底相距ds。由变量 流 的动量定律可导出下列水面线微分方程： （8 28） 其中C为谢才系数，R为水力半径，B为槽底宽 。 图839 侧槽沿程变量流微分段 此式即非棱柱体侧槽中沿

4、程变量流的基本方程式。 令dQ0，就成为恒定渐变非均匀流的微分方程式。 对于通常侧槽，水流方向基本上垂直于槽轴线，这时v0，于是有： （829） 对于棱柱体侧槽 ，则有 （830） 令式（829）中 则可得 ，即当 满足式（831）的条件，则在 非棱柱体侧槽中（且在v0的情况下）就能得大致等深的水流。 方程式（829）（830）都是假定h仅随s而变化，对于同一横断 面则 认为水深无变化。而实际上侧堰对岸一侧水深高于侧堰水深，所以方程中h 应理 解成横断面平均水深。试验观测表明，横断面最大水深可能比这个平均水深 大 （520）. 为更简便计算侧槽水面曲线，如图840所示侧槽，忽略沿程 摩阻 损失

5、，由动量定律得公式为： （831） （832） 图840 侧槽水面曲线计算简图 式中y为相邻两断面、的水面高差, Q=Q2 Q1， VV2V1 三 侧槽设计步骤 1、根据调洪演算及方案优选，首先定出侧堰堰顶高程和过堰单宽流量，选定侧槽长 度。 2、为节省开挖量，侧槽多选用深窄梯形断面。在满足水流要求和变坡稳定条件下， 侧堰 侧的边坡一般可用1：0.5，对岸边坡则可用1：0.31：0.5。 3、选定侧槽底宽。泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程增大，始末 断面 底宽比约为1:11:4； 4、选定槽底纵坡i0。槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为缓流流态 ，底 坡坡度为缓坡，1

6、:0.011:0.05 5、选定经济的槽末水深hl。为减少侧槽开挖量，宜取hL （1.21.5)hk,这里 hk为 槽 末流量QL相应的临界水深。 6、为避免槽内紊乱波动水流直接进入泄槽（或斜井），保证下游较好的水力条件， 侧槽结束后还应设置适当的调整段和控制断面（图840）。 7、以侧槽末端断面为起算断面，选用适当的水面曲线差分方程，逐段向上游推算水 面 高差和相应水深。 8、选定起始断面的水面高程。为使溢流堰为非淹没出流，起始断面水面超过堰顶的 高 度hb应不超过0.5H，其中H为堰顶溢流水头。 9、自起始断面既定的水面高程，引用第7步计算成果向下游推算各断面水面高程和堰 底高程，从而得到

7、侧槽的全部形态 第四节 其他型式的溢洪道 一、井式溢洪道 1、组 成：溢流喇叭口、渐变段、弯曲段、泄水隧洞、出口消能段及尾水 渠。 2、工作原理：井式溢洪道工作时水流从四周经环形堰径跌入喇叭口，并在一 定 深度处水舌相互汇交，逐渐成有压流，再经 隧洞泄往下游进入喇叭口的流量决定于堰 顶水头、堰的型式和周长；流量能否顺利 泄出隧洞取决于隧洞的断面尺寸以及竖井 内形成的压力水头。进水为自由堰流，出 水为有压管流，所以井式溢洪道适应的水 头达100200m。 图841 井式溢洪道 图842 竖井喇叭口比较 l3、工作特点： l 小流量堰流，井内水流的连续性易遭破坏，水流不稳，容易出现振动和空蚀破 坏

8、； l 大流量井口淹没出流，孔流，超泄能力较小； l4、进口断面形式： l 实用堰：流量系数大，适用于大流量情况。 l 平顶堰：施工方便，安装闸门方便，小流量时用得较多。 l5、设 计： l 堰：堰顶应设闸墩或导流墙，以使进口水流应平顺、对称，防止出现立轴漩 涡；溢流堰进口体型应采用流线型设计，如可用自由射流曲线体型。 l 渐变段：使水流平顺地与竖井连接，避免水流与井壁脱离。水流为自由跌流 ，压力为大气压。 l 竖井段：起稳定水流作用。该段流态为有压流，水流克服水头损失后，得到 隧洞进口动能。 二、虹吸溢洪道 l1、组 成：喇叭型进水口、遮檐、虹吸管、通气孔、挑流坎、泄槽、出口消能 段及 l

9、尾水渠。 l 2、工作特点：利用虹吸作用，在较小的堰顶水头下得到较大的泄流量，启闭灵 活、 l 运行方便。 l 但结构复杂，检修不便，进口易被污物或冰块等堵塞；且超泄能 力 l 低，负压过大时，易产生空化空蚀。大型工程应用不多。 l 3、工作原理： l 遮檐顶与虹吸管的堰顶均与正常高水位平齐。当上游水位高于正常高水 位，开始泄流，利用挑流坎封闭虹吸管，水流带走空气，形成虹吸。通入空气， 则虹吸 l作用被破坏，泄流停止。 l 图847 河岸虹吸溢洪道首部 1遮檐；2通气孔；3挑流坎；4弯曲段；5排污孔 虹吸溢洪道的前端有一位 于正常库水位以下的进口，其 顶盖成为遮檐，与 遮檐共同形 成虹吸管道的下部结构即为溢 流堰。遮檐在泄洪时淹入水下 的深度应使进水时不致于挟入 空气和漂浮物。溢流堰顶高程 与正常高水位平齐。为了自动 加速形成虹吸作用，可在管内 设挑流小坎（图847，a）或 弯曲段（图847，b）等辅助 设备。 4、设计要求： （1）虹吸管的真空值不得超过（7.58）米水柱高； l（2）虹吸作用开始前，为堰流；形成之后为管流； l（3）通气孔的面积约为虹吸管横断面的（210）。