【文章內(nèi)容簡介】 壩的整體性，但工程實踐和試驗研究證明了孔口對壩體應力場的影響僅限于孔口附近的局部區(qū)域，應力集中區(qū)的拉應力可能使孔口邊緣混凝土開裂，可在孔口周圍布置受力鋼筋，不致危及壩的整體安全性?？紤]到孔口較大時對壩體剖面有較大的削弱及應力重分布的影響，孔口附近的壩體宜適當加厚。由于拱壩壩體薄，中孔斷面一般采用矩形斷面，不需要在孔口內(nèi)設置矩形斷面向圓形斷面過渡, 圓形斷面再向矩形斷面過渡的漸變段。)圖37 拱壩泄洪中孔拱壩壩身中孔當水流過壩后需要進行合理選型和布置，如設置滑雪道泄槽等。深式泄水孔可以根據(jù)孔內(nèi)流態(tài)分為有壓和無壓兩類。有壓泄水孔泄水時，整個泄水孔都處于滿流承壓狀態(tài)，無壓泄水孔泄水時，除進口有一段壓力短管外，其余部分處于明流狀態(tài)。深式泄水孔可用于多種用途，如向下游供水、預泄洪水騰空防洪庫容、放空水庫、排除淤沙以及解決施工中的后期導流問題。深式泄水孔的缺點是①下泄流量與成正比（為水頭）超泄能力較??；②由于閘門承受的水頭較高，操作、檢修都比較復雜。 圖38 深式泄水孔示意圖4 岸邊溢洪道 多用于土石壩樞紐和在狹谷中建造的混凝土壩樞紐，特別是支墩壩和輕型壩，當泄水量大而壩身泄水設施難以滿足時，也可以建造河岸溢洪道。 岸邊溢洪道（圖39 ）的結(jié)構(gòu)特點：圖39 岸邊溢洪道①一般采用地面開敞式溢洪道，它具有較大的超泄能力，即泄水能力會隨水庫水位的升高而迅速增加，從而可減小洪水翻壩漫頂?shù)目赡苄?。②開敞式溢洪道檢查維護方便，運用安全可靠。③可充分利用地形地質(zhì)條件，減少開挖的土石方量和混凝土襯砌工程量。 為了減少開挖工程量，采用岸邊溢洪道的型式，一般需要有建筑溢洪道的埡口地形條件。 圖310 泄水隧洞進水口5 泄水隧洞 按洞內(nèi)水流流態(tài)分為有壓隧洞和無壓隧洞兩種類型。泄水隧洞的優(yōu)點：①可以把流量送到下游較遠的部位。②可以利用導流隧洞改建（但導流隧洞高程過低時，改建有困難，而容易在反弧段發(fā)生氣蝕破壞）。③可以較方便地采用窄縫式鼻坎等各種挑流消能措施。泄水隧洞缺點：①下泄流量與成正比（為水頭）超泄能力較小。②開挖隧洞后改變了圍巖原來的應力平衡狀態(tài)，會在孔洞附近引起應力重分布，產(chǎn)生變形，常需設置臨時性支護和永久性襯砌以保安全③其進口高程都在水下較低處，承受較大的內(nèi)水壓力和外水壓力，洞身和襯砌必須有足夠的強度，體型也必須盡量與流態(tài)相適應，以免產(chǎn)生局部負壓，引起振動、空蝕等破壞現(xiàn)象④與地面建筑物相比，隧洞的施工場地狹窄，物料運輸困難，作業(yè)干擾較大⑤地下施工，發(fā)生事故的可能性較大，改建和加固困難，施工工序較多。泄洪建筑物安全泄洪的主要內(nèi)容，概括起來可包括兩個方面：泄洪建筑物在泄放高速水流和消能過程中的自身安全；消能后使水流能妥善地與下游河道聯(lián)接，不會引起壩后下游地區(qū)嚴重的沖刷。2. 泄水建筑物的孔口尺寸擬定 泄水建筑物的孔口尺寸是通過對設計（校核）洪水標準相對應的洪水過程進行調(diào)洪演算后確定。通過調(diào)洪演算可以確定水利水電樞紐工程的主要工程特性：（1）泄水建筑物的孔口尺寸。（即溢流壩（溢洪道）的堰頂高程和溢流壩（溢洪道）的寬度。）（2）最高洪水位。（最高洪水位包括設計洪水位和校核洪水位。最高洪水位決定著大壩的高度、總工程量及上游的淹沒狀況。）（3）最大下泄流量。（最大下泄流量涉及到下游的消能防洪問題。）　 調(diào)洪演算的基本原理及計算方法水庫調(diào)洪演算的基本公式是建立在水庫水量平衡基礎上的。水庫在某一時段內(nèi)入庫流量、出庫流量和水庫蓄水量的變化列出水量平衡方程式（31）表示。 （31） 式中，Δ——計算時段長度，； ——t時段初、末的入庫流量，； ——t時段初、末的出庫流量，； ——t時段初、末水庫蓄水量。求解水量平衡方程的方法有試算法和單輔助線法。將（31）移項可得： （32） 式中，為t時段初、末的入庫平均流量，當已知水庫入庫洪水過程線時，為已知，則是計算時段t開始的初始條件，式中僅為t時段末的未知值，由上式可以看出是的函數(shù)，故可將與之間的對應關系繪制成調(diào)洪輔助曲線，因上式兩端都有，只需繪制一條輔助線就能求解，故稱單輔助線法。2 水庫的調(diào)洪演算及需要考慮的問題 水庫的調(diào)洪演算一般需要有以下步驟：（1）收集計算基本資料調(diào)洪演算計算基本資料包括設計和校核洪水過程線、水庫水位~容積曲線、河道水位~流量曲線、上游最高限制淹沒水位、下游河道最大的允許下泄流量、起調(diào)水位等。（2）初步擬定幾組的泄水建筑物的孔口尺寸水庫在某一時段內(nèi)的出庫流量與樞紐工程的泄水建筑物的孔口尺寸有關，為完成水庫的水量平衡計算，需要首先擬定泄水建筑物的孔口尺寸。由于在擬定其孔口尺寸之前，并不知道怎樣的孔口尺寸能滿足樞紐工程的設計洪水標準，因此需要擬定幾組的泄水建筑物的孔口尺寸方案進行調(diào)洪計算，根據(jù)計算結(jié)果選擇滿足工程要求的泄水建筑物的孔口尺寸。當泄水建筑物的型式采用開敞式的河床溢流壩（或河岸溢洪道），則需要擬定幾組溢流壩（或溢洪道）的堰頂高程和溢流壩（溢洪道）的前沿凈寬。當泄水建筑物的型式采用壩身泄水孔，則需要擬定幾組泄水孔的進口高程和泄水孔的孔口尺寸。如果是進行導流建筑物斷面尺寸的確定，則需要擬定幾組導流明渠的斷面尺寸或?qū)Я魉矶吹臄嗝娉叽?。?）繪制下泄流量與水庫水位的關系曲線根據(jù)擬定的孔口尺寸及基本資料，繪制相應的下泄流量與水庫水位的關系曲線。（4）調(diào)洪演算求解設計或校核洪水位和最大下泄流量采用試算法或單輔助線法，求解不同孔口尺寸條件下的設計或校核洪水位和最大下泄流量。根據(jù)求解的最高洪水位、最大下泄流量及工程規(guī)劃時的限制條件，可以判斷是否超過上游淹沒限制條件，是否符合河道下游防洪要求。（5）技術經(jīng)濟比較確定泄水建筑物的孔口尺寸調(diào)洪演算完成后，需要通過技術經(jīng)濟比較確定泄水建筑物的孔口尺寸。選定的孔口尺寸應滿足上游淹沒限制條件和符合下游防洪要求的泄水建筑物的孔口尺寸，由此也就確定所設計工程的設計洪水位和校核洪水位。初步選定的孔口尺寸一般包括閘孔口總凈寬和堰頂高程，由于受擋水閘門的寬度有限，最后還需要對閘孔口總凈寬進行分孔，確定每孔凈寬及孔數(shù)。（一般：①從運行角度分析，閘孔孔數(shù)多、孔口小且孔數(shù)為單數(shù)便于靈活調(diào)度和對稱開啟。②從工程量及投資分析，在金屬結(jié)構(gòu)方面，閘門及埋件總重量隨孔數(shù)的增加而略有增加，相應啟閉設備總重則基本相同；在土建方面，隨孔數(shù)增加，閘墩數(shù)增加，閘孔口總寬度增加，相應各方案開挖量、混凝土量及鋼筋量均逐漸加大；在工程投資方面，隨孔數(shù)增加,工程投資增大。③此外，隨孔數(shù)增加，整個泄水建筑物所需要的寬度增加，當河床寬度不夠時，勢必增加兩岸山體的開挖工程量。）調(diào)洪演算時應考慮的問題：（1）起調(diào)水位的確定起調(diào)水位一般為正常水位或汛前限制水位。當上游來水量小于正常水位或汛前限制水位閘門全開時的泄量時，由閘門控制，來多少流量，泄多少流量，不進行調(diào)蓄計算。（2）起調(diào)時刻起調(diào)時刻為當上游來水流量等于正常水位或汛前限制水位閘門全開的泄量時，閘門全開，開始進行調(diào)洪演算。（3）參加泄洪調(diào)蓄的建筑物對所設計的樞紐工程應分析其中參加泄洪調(diào)蓄的建筑物，如在繪制下泄流量與水庫水位的關系曲線時，是否應計入電站機組發(fā)電流量，放空建筑物是否參加泄洪調(diào)蓄等。（4）上游最高淹沒限制水位上游最高淹沒限制水位涉及到上游淹沒、移民搬遷諸多問題，梯級開發(fā)的水電站還受到上一級發(fā)電尾水的限制，應根據(jù)河流開發(fā)規(guī)劃確定的上游最高淹沒限制水位。（5）下游河道允許的安全泄量根據(jù)下游河道的防洪標準確定泄水建筑物的最大安全泄量，以作為選擇泄水建筑物的孔口尺寸的限制條件。3 初步擬定泄水建筑物的孔口尺寸為避免在初步擬定泄水建筑物的孔口尺寸時的盲目性，對采用開敞式溢流壩（溢洪道）的泄水建筑物形式的可按如下方法初步擬定其孔口的尺寸。 溢流壩（溢洪道）孔口總凈寬 溢流壩（溢洪道）孔口總凈寬可按（33）式初步擬定。B=Q/q （33）式中，Q——滿足下游河道防洪標準的允許最大下泄流量。q——由壩址地質(zhì)條件確定的允許單寬流量。工程上常采用的單寬流量為：對于軟弱巖石或裂隙發(fā)育的巖石，q=20～50m3/(sm)；對于較好的巖石，q=50~80 m3/(sm)；對于堅硬的巖石，q=100~130 m3/(sm)。近年來，隨著壩下消能措施的不斷改善，單寬流量有逐漸加大的趨勢，如漢江的安康水電站，最大壩高128m，最大下泄流量35700，采用寬尾墩和消力池聯(lián)合削能，單寬流量達250 m3/(sm)。2 初步擬定溢流壩（溢洪道）的堰頂高程 采用較低的堰頂高程，校核洪水位及壩頂高程也可降低，一般：隨著堰頂高程的下降，閘門高度增高，閘門金屬結(jié)構(gòu)量增大，投資相對增加。隨著堰頂高程的下降，壩頂高程在一定范圍內(nèi)可以適當降低，壩體混凝土工程量也有所減少。隨著堰頂高程的下降，泄洪流量增大，下游河道防洪標準相應降低。因此需要通過綜合考慮確定堰頂高程?？梢圆捎茫?4）式初步擬定堰頂高程（圖311），再通過調(diào)洪演算和工程的具體情況進行調(diào)整。初步擬定的最大泄水水頭： （34）圖311 堰頂高程計算簡圖Q——滿足下游河道防洪標準的允許最大下泄流量。B——初步擬定孔口總凈寬。 m——流量系數(shù)。 ε——側(cè)收縮系數(shù)。 g——重力加速度。初步擬定堰頂高程 = 工程規(guī)劃確定的最高限制淹沒水位—最大泄水水頭 4 調(diào)洪演算算例某水庫的泄洪建筑物為開敞式的河岸式溢洪道，溢洪道堰頂高程為116m，相應的庫容為24710m，溢洪道頂寬B=45m，流量系數(shù)，設計洪水來臨時庫水位與溢洪道堰頂齊平。設計洪水過程線如表31示。水庫水位~容積關系曲線如表32，取Δt=12小時。表31 某水庫設計洪水過程線（）時間t(小時)01224364860728496流量Q(m/s)1014071027913165321510表32 某水庫水位~容積（）關系曲線庫水位(m)7580859095100105115125135容積(10m)119234401610（1）推求水庫曲線，根據(jù)擬定的泄水建筑物型式和尺寸，按，計算各種水位情況下的，查曲線可得各水位的，由此表33繪制曲線（圖312）。表33 某水庫曲線水位（m）116118120122124126水頭（m）0246810下泄流量（m3/s）10214586106816382280庫容（106 m3）247276307340378423圖312 某水庫水位~容積~泄流量關系曲線（2）由，繪制輔助曲線，列于表34中。為了減少計算的數(shù)值大小，中的采用了溢洪道堰頂以上的庫容。由表34可繪制單輔助線如圖313表34 某水庫調(diào)洪輔助曲線計算表(m)(m)(10m)(10m) (m/s) (m/s)(m/s)(m/s)116024700105511712621534882413891182276296722141077791193291441020384192121212043076013905862931683 圖313 某水庫單輔助線（3）對于第一時段，Q=10m/s、Q=140m/s、m/s、q=10m/s、m/s，代入式，便可求得m/s，以此查圖34可得q=18m/s。對于其他時段，計算方法完全一樣，計算數(shù)據(jù)及成果皆列于表35中。表35 某水庫調(diào)洪計算表（輔助曲線法）時 間t(h)時 段Δt(12h)Q(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)備 注（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）010105① 最大泄洪流量q=250m/s② 。③ 設計洪水位=④ 防 洪 庫 容=10m175　121401870　2425　24710110477　3495　36279244862　4205　48131230823　598　6065181691　649　7232