水利工程論文-正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題.doc

水利工程論文-正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題摘要：總結(jié)了正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題包括引水渠的底寬和流速、控制段的堰型選擇、堰頂水頭和堰面定型設(shè)計(jì)水頭以及低實(shí)用堰的堰高和下游堰面坡度等供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。關(guān)鍵詞：正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)問(wèn)題前言溢洪道是水庫(kù)樞紐中的主要建筑物之一,它承擔(dān)著宣泄洪水,保護(hù)工程安全的重要作用。溢洪道在壩體以外的河岸上修建稱為河岸溢洪道,當(dāng)攔河壩是土石壩時(shí),幾乎都采用河岸溢洪道；在薄拱壩或輕型支墩壩的水庫(kù)樞紐中,當(dāng)水頭高、流量大時(shí),泄洪亦以河岸溢洪道為主；在重力壩的水庫(kù)樞紐中,當(dāng)河谷狹窄,布置河床壩頂溢流與壩后電站有矛盾,而河岸又有適于修建溢洪道的條件時(shí),也要靠河岸溢洪道泄洪。因此,河岸溢洪道的應(yīng)用是很廣的.正槽式溢洪道的泄水槽與堰上水流方向一致,所以其水流平順,超泄能力大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠,適用于各種水頭和流量,是一種采用最多的河岸溢洪道形式。下面筆者就正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題提出來(lái)供大家參考:1、引水渠的底寬和流速引水渠的作用是將水庫(kù)的水平順地引至控制堰前,其設(shè)計(jì)原則是在合理的開(kāi)挖方量下盡量減小水頭損失,以增加溢洪道的泄水能力,而引水渠的底寬和流速是比較重要的控制因素。為防止泄洪時(shí)引水渠兩側(cè)產(chǎn)生不對(duì)稱的回流或立軸旋渦,小轉(zhuǎn)向慣性力引起的堰前橫向坡降,導(dǎo)致過(guò)堰水流不均,減小泄流能力,規(guī)范規(guī)定引渠底寬可為等寬或順?biāo)鞣较蚴湛s,在與控制段連接處應(yīng)與溢流前沿等寬。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外幾個(gè)工程的進(jìn)水渠首、末端斷面底寬之此B0/B為1.53.0，如中國(guó)竹園1.5、碧口1.7、南谷河2.0、大伙房2.4、石頭河3.0，日本的巖尾1.9，印度的Bcas2.5等。故B0/B一般限制在1.53.0較為有利。引水渠內(nèi)水流流速對(duì)工程量和水頭損失有較大影響。規(guī)范對(duì)34個(gè)工程資料統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)計(jì)流速低于3m/s的共9個(gè)，占26.47%；設(shè)計(jì)流速在3m/s5m/s之間的共18個(gè),占52.94%；設(shè)計(jì)流速高于5m/s的共7個(gè),占20.59%。彼此相差也頗大,如西排子河水庫(kù)的流速僅0.73m/s,而碧口的流速在設(shè)計(jì)工況下為5.58m/s,保壩工況下為8.63m/s。一般規(guī)定進(jìn)水渠設(shè)計(jì)流速不大于4.0m/s,以控制在12m/s為宜。對(duì)于地勢(shì)較高,山坡較陡,開(kāi)挖方量很大的河岸溢洪道,進(jìn)小渠設(shè)計(jì)流速可以適當(dāng)提高,但應(yīng)盡量縮短進(jìn)水渠的長(zhǎng)度,減少進(jìn)水渠的水頭損失。進(jìn)水渠進(jìn)口的流速應(yīng)低于渠內(nèi)流速,一般控制在2.5m/s以下為宜。2、控制段的堰型選擇控制段控制水庫(kù)的水位和下泄流量,是溢洪道的咽喉,其常用的堰型有寬頂堰、實(shí)用堰。寬頂堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便。但流量系數(shù)較低,在相同條件下,其所需要的溢流前緣要比實(shí)用堰長(zhǎng),土石挖方較大。一般多用于泄洪量不大或附近地形平緩，高程適宜的中小型水庫(kù)中。實(shí)用堰由于流量系數(shù)大，當(dāng)岸坡較陡時(shí)，采用實(shí)用堰可以減少開(kāi)挖方量，多用于大中型工程。在溢洪道上經(jīng)常采用的實(shí)用堰型有WES型和駝峰堰，WES堰的流量系數(shù)較大，堰型較優(yōu)，推薦優(yōu)先采用。駝峰堰的堰面是由幾個(gè)半徑不同的圓孤組成，施工簡(jiǎn)單，地基應(yīng)力分布比較均勻，整體穩(wěn)定性較好，適用于軟弱地基條件，其流量系數(shù)要比寬頂堰大。而值得一提的是，為尋找高水頭溢洪道中低堰用的較理想體形，某些學(xué)者對(duì)機(jī)翼形堰進(jìn)行了水工物理模型和數(shù)學(xué)模型的綜合研究，結(jié)果表明機(jī)翼形堰是很適用于高水頭溢洪道上以低堰狀態(tài)工作的堰型，而以盡可能大的流量系數(shù)和盡可能小的負(fù)壓絕對(duì)值作全面比較，機(jī)翼形堰還稍勝WES堰一籌。并且具有堰型參數(shù)少，便于設(shè)計(jì)施工；堰頂部分較平緩，易于布置閘門；下游堰面曲線有漸變的斜率，便于和各種縱坡槽底相切等優(yōu)點(diǎn)。筆者認(rèn)為機(jī)翼堰也是一種值得推廣應(yīng)用的堰型。3、堰頂水頭H和堰面定型設(shè)計(jì)水頭Hd堰頂水頭應(yīng)以控制堰上游（46）H處的水位作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)溢流堰面臨水庫(kù)而無(wú)引水渠時(shí)，可用水庫(kù)水位計(jì)算堰頂水頭；當(dāng)引水渠較長(zhǎng)時(shí)，則必須考慮到水渠的水頭損失由引渠的水面線確定H值。過(guò)去有些工程在設(shè)計(jì)堰頂水頭H時(shí)對(duì)引水渠的水頭損失考慮不足甚至完全忽略而造成溢洪道泄量達(dá)不到設(shè)計(jì)值的情況必須引起重視。選擇適宜的堰面定型設(shè)計(jì)水頭Hd，對(duì)控制堰的泄洪量和工程的安全有著很大的意義。由于溢洪道上的堰多為低堰，下游水深相對(duì)較大，選用較小的定型設(shè)計(jì)水頭，高水位時(shí)一般不會(huì)發(fā)生過(guò)大的負(fù)壓，有利于渲泄較大的洪水。部分研究認(rèn)為當(dāng)堰頂水頭H1.4Hd時(shí),堰面負(fù)壓不致產(chǎn)生有害的影響,所以Hd一般采用堰頂最大水頭的0.60.75倍。規(guī)范規(guī)定低堰的定型設(shè)計(jì)水頭Hd一般取為堰頂最大水頭的65%85%。4、低實(shí)用堰的堰高和下游堰面坡度由于溢洪道的控制段多數(shù)采用低實(shí)用堰，而低堰的流量系數(shù)受堰高的影響較大，為了獲得較大的流量系數(shù)，必須有適宜的堰高。有試驗(yàn)表明，低堰的流量系數(shù)m值將隨相對(duì)堰高P1/Hd（P1為上游堰高）的減小而減小，當(dāng)P1/Hd0.5時(shí)，流量系數(shù)減少更為明顯。這是因?yàn)檠吒哌^(guò)低，水流縱向收縮不夠完善，致使堰面壓力增加，動(dòng)能減小所致。規(guī)范規(guī)定上游堰高P1不小于0.3倍的堰面定型設(shè)計(jì)水頭Hd，而為使流量系數(shù)不致太小，又不致過(guò)多地增加開(kāi)挖方量和混凝土方量，筆者建議P1值以不低于0.5Hd為宜。另外當(dāng)下游堰高P2過(guò)小時(shí),水流過(guò)堰后將由于堰面曲線過(guò)短而不能逐漸轉(zhuǎn)向，致使反弧段動(dòng)水壓力較高，影響低堰下游面的正常壓力分布，因而會(huì)出現(xiàn)水頭越大流量系數(shù)越低的現(xiàn)象。為了消除這種現(xiàn)象，保證堰的自由泄流狀態(tài)，下游堰高P2必須保持一定高度，以便堰面能有足夠的長(zhǎng)度。規(guī)范規(guī)定下游堰高P2不小于0.6倍的堰面定型設(shè)計(jì)水頭Hd。同時(shí)為了保證堰面能有足夠的長(zhǎng)度，下游堰面也必須保持一定的坡度，有資料認(rèn)為若其坡度緩于1:1.4,即表示堰面長(zhǎng)度不足,而且下游堰面坡度對(duì)泄流能力有一定的影響。江西省水利科學(xué)研究所關(guān)于下游堰面坡度對(duì)泄流能力影響的試驗(yàn)研究成果指出，對(duì)于WES低堰，影響泄流能力的下游堰面坡度為1:1,故規(guī)范規(guī)定下游堰面坡度宜陡于1:1。5、結(jié)語(yǔ)以上提出來(lái)的幾個(gè)問(wèn)題只是筆者在正槽式河岸溢洪道設(shè)計(jì)工作中總結(jié)出來(lái)的一部分,希望能給相關(guān)的工程技術(shù)人員一些啟迪和幫助,共同搞