正槽溢洪道的组成

正槽溢洪道是以面向水库上游的宽顶堰或实用堰作溢流控制堰的坝外表孔溢洪道，蓄水时控制堰(其上有闸门或无闸门)与拦河坝一起组成挡水前缘，泄洪时堰顶高程以上的水都可由堰顶滥流而下，并即经由一条顺着过堰水流方向的开敞式陡坡泄槽泄往下游河道，故亦称陡槽溢洪道，如图 1 所示。

正槽溢洪道在水力学上的特点是泄流能力完全决定于堰的型式、尺寸以及堰顶水头，过堰流量稳定于某一值后，泄槽各断面流量也随之都为同一值，故水流平顺稳定，运用安全可靠。另外，它的结构简单，施工方便，因而大、中、小型工程都广泛采用，特别是拦河坝为土石坝的水库几乎少不了它。但应注意，在高水头、大流量以及不利的地形、地质条件下，溢洪道的兴建要解决以高速水流为中心的水力学和结构问题，必须精心设计，精心施工。

典型的正槽溢洪道，从上游到下游依次由引水渠段、控制堰段、泄槽段、消能段、尾水渠段等部分组成，如图 1所示。但不是每座溢洪道都有这些组成部分。比如控制堰若能直接面临水库，就无需引水渠，并减少了水头损失；又如经过消能后的水流如直接能与下游原河道衔接，则也无需尾水渠。此外，不同的地形、地质条件下，各段的合适长度及结构形态也会差异很大。特别是泄槽段，有时可很短．有时要很长；还要适应地形改变纵向底坡，甚至局部底坡已不属于陡坡；坚强岩基有可能不衬砌，地基不好则需很讲究的衬砌，甚至要做成多级跌水，完全失去槽形断面形态。

布置溢洪道在水利枢纽中的位置，原则上应通过拟定各种可能方案，全面考虑技术经济条件，择优选定。下面举出一些主要考虑因素。

1）从地形条件说，溢洪道应位于路线短和士石方开挖量少的地方。比如坝址附近有高程合适的马鞍形垭口，则往往是布置溢洪道较理想之处。拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地也适于布置溢洪道。

2）从地质条件说，溢洪道应力争位于较坚强的岩基上。当然，土基上也能建造溢洪道，但要注意，位于好岩基上的溢洪道可以节省工程量，甚至不衬砌；而土基上的溢洪道，尽管开挖较岩基为易，而衬砌及消能防冲工程量则可能大得多。此外，无论如何应避免在可能坍滑地带建溢洪道。

3）从泄洪时的水流条件说，溢洪道应位于水流顺畅且对枢纽其它建筑物无不利影响之处，这通常可从以下诸方面注意：控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小；控制堰如靠近土石坝，其进水方向应不致冲刷坝的上游坡；泄水陡槽在平面上最好不设弯段；泄槽末端的消能段应远离坝脚，使不致造成影响坝身稳定的冲刷；水利枢纽中如尚有水力发电、航运等建筑物时，应力争溢洪道泄水时不造成电站水头的波动，不影响过坝船筏的安全。

4）从施工条件说，溢洪道开挖出渣路线及弃渣场所应能合理安排，开挖方量的有效利用更具有经济意义。此外还要解决可能与相邻建筑物的施工干扰问题。

以上所举并非问题的全部，对于每一座具体枢纽要具体分析。事实是仅所列举这些因素也很难都具有理想条件，尤其难同时满足，这正是常须方案比较的原因。

这里有必要指出的是，按溢洪道与拦河坝的相对位置，有远离坝体和紧靠坝体两种布置方式，在地形、地质条件许可时，我们一般希望采用前者，其优点是不但可避免前已述及的水流影响和施工干扰，还可避免由于邻近土石坝而可能引起的渗流问题的恶化。特别是当溢洪道与士石坝坝体直接相连时，连接面的集中渗流或绕坝渗流，对坝和对溢洪道都不利。在我国的实际工程中，远离坝体的溢洪道建造得很多，但由于条件不许可，紧靠坝体的溢洪道也不少，甚至溢洪道两边都是土坝的也有，这时必须建造好土坝与溢洪道之间的连接结构。

正槽溢洪道进口段和控制段设计

典型的正槽溢洪道，从上游到下游依次由引水渠段、控制堰段、泄槽段、消能段、尾水渠段等部分组成，如图 1 所示。

（一）进口段（引水渠段）

引水渠是自水库引水至控制堰前的渠道，其设计原则是水流平顺、水头损失小。为此一般限制渠内流速在 1.5 ~ 3.0 m/s 以下，从而可据流量来拟定断面尺寸。断面常用梯形，边坡视有无衬砌以及稳定要求而定，土基一般 1:1～1:2，岩基为 1:0.1～l:0.3，或垂直。堰前渠底高程通常应较堰顶为低，对于实用堰，此差值宜不小于堰上水头的 1/3~1/5，但宽顶堰不受此限，甚至渠底即与堰顶平也可。

引水渠近堰的一段过水断面应呈自堰两边边墩起向上游逐渐加宽的喇叭口形作为渐变过渡段，使不出现涡流或横向坡降。这一渐变段通常是借助两边修混凝土导墙和渠底混凝土衬砌实现的。导墙长度可取堰顶水头的 5～6 倍，墙顶可与最高洪水位平，衬砌厚度约需 20～30cm。渐变段上游的边坡及渠底是否也需衬砌，决定于天然地基上开挖的断面在稳定、抗冲、抗风化等方面是否安全。

引水渠沿水流方向的中心线在平面上最好为直线，而且横断面最好对称于此中心线，以取得优良水流条件。当不得不设弯段时，应使弯曲半径不小于 4～6 倍渠底宽度。

(二) 控制堰段

1. 溢流堰的断面形式

常用的溢流堰形无非是宽顶堰和各种非真空实用堰两大类[图 2（ a ）、（b）]。宽顶堰在泄流性能方面的优点是流量系数稳定，不易受下游水位的抬高影响而进入淹没出流状态。不过这一优点对上下游水头差相当大、堰后紧接陡槽的溢洪道而言，远不如对水闸有意义。实用堰施工较宽顶堰复杂些，而且为建成实用断面形态，堰体本身工程量也可能大些。另外，如果建于土基则由于存在承载力不足或不均匀沉陷等问题，会使得采用实用堰有困难，或需在相当程度上加大底宽。一般说来，岩基上实用堰及宽顶堰均常见，土基上则以宽顶堰或各种低实用堰采用较多。

当采用宽顶堰时，溢洪道的控制堰段与一座水闸的闸室无异。而且，当为岩基时，这种闸的抗渗、稳定等要求更易满足，底板也可薄得多。

2. 堰顶是否设闸门的比较

溢洪道的溢流堰可以有不设闸门或设闸门两种布置方式，二者在调洪性能方面差别很大。不设闸门情况下，如图 8-5(a)所示，水库用于非汛期兴利(灌溉、发电等)的最高蓄水位(正常高水位)只能与堰顶平；洪水期来水超过水库兴利输水建筑物向下游的最大输水能力后，即由溢洪道自由弃水。这种布置方式的调洪特点是兴利库容V1全在溢流堰顶之下，而防洪库容V 2 全在堰顶之上，后者是由来水超过泄水能力而强迫抬高的，也称强迫库容。堰顶设闸门情况下，如图 8-5(b)所示，由于闸门关闭可以挡水，开启可以泄水，因而有多种可能的水库调洪运用方式。例如以一极端方式而言，可以把非汛期最高蓄水位定在闸门顶附近，非汛期末或当有水文预报条件的洪峰到来前若干时段，开闸放库水位至与堰顶平，然后在洪峰来临时，堰顶以上即可全作防洪库容V2之用。由此可知设有闸门情况下兴利库容V1与防洪岸容V2有重叠部分，闸门高度范围内的库容是可能的最大重叠库容V3。

图 1 溢洪道的总体布置（单位：m）

比较设或不设闸门两种情况的调洪运用特点可知，在其它条件都相同的情况下，设有闸门的可以做到溢流堰较低，最高洪水位较低，从而也可使拦河坝较低。水库洪水期淹没范围较少。所以一般大中型工程都在溢洪道上设有闸门以求灵活运用，充分发挥水库效益。但在以土石坝为拦河坝的中小型工程中，为节省造价和力求运用管理简便，自动溢流、安全可靠的不设闸门的溢洪道应用也很广。

3. 堰顶高程和孔口尺寸的选定

在决定了溢洪道位置、溢流堰形式及是否设闸门后，就可进一步选定溢流堰顶高程、溢流孔数及每孔净宽（当不设闸门时即为溢流前缘总长度)。如果堰顶高程选得低，孔口总净宽选得大，则溢洪道的泄流能力加大，所需水库防洪库容较小，从而挡水建筑物高度也就可减小，上游淹没损失也可相应减小；但这时溢洪道本身工程量及造价将会增加，而且过大的泄量可能为下游所不许。可见，要得到堰顶高程和孔口尺寸最优方案，应在技术可行前提(即约束条件)下，以包括溢洪道和挡水建筑物在内枢纽总造价(目标函数)为最小来优选，或通过各种可行方案的经济比较决定。

4. 堰的平面布置

大多数溢洪道都采用堰轴线在平面上呈直线的布置方式。但是，有时在具体的地形地质条件下，为减少工程量(特别是开挖量)也可布置成曲线形。与直线布置相比，在同等的两岸跨度下可得到长得多的溢流前缘；沿堰轴线单宽流量较小，而总泄流量则有显著加大；由于过堰水流基本上为径向，故其下所接泄槽可收缩得较窄；但也正由于边墙的收缩，泄槽内将有明显的菱形波(冲击波)，泄槽边墙高度应计及之。具体应用时应通过试验得到确切泄流能力，并使冲击波高度尽量减小。

5. 堰体、闸墩及其它结构布置

堰体、闸墩及其上部结构的尺寸原则上在便于闸门操作，满足运用、交通要求前提下决定于稳定和强度需要。当为岩基上较高的实用堰或土基上的宽顶堰时，其主要尺寸拟定可分别参照岩基上溢流坝或土基上水闸进行。但不少情况下，控制堰是岩基上的宽顶堰，这时作为堰体的“底板”厚度可以较土基上水闸底板为薄，当与闸墩连成整体时，可为 0.5~1.5m，当与闸墩分离时可为 0.3～0.6 m，实际上成为只起防冲、防渗作用的衬砌。还有不少情况下控制堰是坚强岩基上的低矮实用堰，这时可利用基岩为堰体的一部分，而只在其外表面衬砌混凝土以形成堰体。为适应温度或沉陷变形而设置的结构缝沿垂直水流方向的间距一般在20~25 m 以内。视地质条件、堰型及堰体高低的不同，缝可设于闸墩中心、孔口跨中及闸墩两侧三种位置。土基上常在闸墩中心分缝，好岩基上较高堰可在跨中分缝，其余情况也可墩侧分缝，即所谓分离式。堰体与岩基间常适当布置锚筋加强联系。