侧槽溢洪道

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8－36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8－37。图8－37侧槽斜井溢洪道4、工作特点：①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；②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；③侧槽中水流流态复杂。二、侧槽中的水流特性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。8－38侧槽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n－n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、h＋dh、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。0i32232222012gBQdsdQgQVusgQRCQidsdh图8－39侧槽沿程变量流微分段此式即非棱柱体侧槽中沿程变量流的基本方程式。令dQ＝0，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v＝0，于是有：32232222012gBQdsdQgQsgQRCQidsdh（8－29）对于棱柱体侧槽，则有0s322222012gBQdsdQgQRCQidsdh（8－30）令式（8－29）中则可得，即当满足式（8－31）的条件，则在非棱柱体侧槽中（且在v＝0的情况下）就能得大致等深的水流。方程式（8－29）～（8－30）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（5～20）％.为更简便计算侧槽水面曲线，如图8－40所示侧槽，忽略沿程摩阻损失，由动量定律得公式为：022322220dsdQgQsgQRCQi（8－31）0dsdhdsdQsQi和,,01221211QQVVQQvvgQy（8－32）图8－40侧槽水面曲线计算简图式中△y为相邻两断面①、②的水面高差,△Q=Q2－Q1，△V＝V2－V1三侧槽设计步骤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1：0.3～1：0.5。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1:1~1:4；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，1:0.01~1:0.055、选定经济的槽末水深hl。为减少侧槽开挖量，宜取hL＝（1.2~1.5)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8－40）。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100～200m。图8－41井式溢洪道图8－42竖井喇叭口比较3、工作特点：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；大流量－井口淹没出流，孔流，超泄能力较小；4、进口断面形式：实用堰：流量系数大，适用于大流量情况。平顶堰：施工方便，安装闸门方便，小流量时用得较多。5、设计：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。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。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1、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尾水渠。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、运行方便。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低，负压过大时，易产生空化空蚀。大型工程应用不多。3、工作原理：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作用被破坏，泄流停止。图8－47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8－47，a）或弯曲段（图8－47，b）等辅助设备。•4、设计要求：（1）虹吸管的真空值不得超过（7.5~8）米水柱高；（2）虹吸作用开始前，为堰流；形成之后为管流；（3）通气孔的面积约为虹吸管横断面的（2~10）％。