水利工程设计要点.doc 130页

'水利工程设计要点第一章坝轴线（坝址）选择及枢纽布置一、坝轴线（坝址）的意义及选择1.1坝轴线（坝址）的含义在准备修建水利水电枢纽工程的一定河段长度的地形平面图上，通常总要在其上找几条横越河流的几何线，以作为建坝的轴线（坝址）。实际上水利水电枢纽的坝址所占的位置实际并不是一条线，而是具有一定的宽度的，除了布置坝体以外，还要布置其他的主要建筑物。各种建筑物类型、特点的差异，以及不同的地形、地质条件和不同的设计水头要求的坝址宽度不一样。(所以在地形图上所画的一条线实际上只是象征的、或者是最具有代表性的位置。工程地质勘测时也不是只在一条线上工作，而是在已有的初步工程布置方案的基础上，根据需要在其一定的范围内进行勘测，不过在所定的轴线上进行的勘测工作更多更细些，如进行钻孔勘测等，并有地质剖面图等较详细的资料。我们设计时就可在给定的几条坝轴线上，按设计要求来布置各种建筑物，以便进一步进行设计、计算和方案比较。这些坝轴线（坝址）的存在，意味着在这几条轴线上或轴线附近，工程地质人员已经做了不少艰苦而又细致的工作，掌握了不少的资料的积累，认为是可以布置以坝为主体的主要建筑物，这个轴线就是坝体的轴线。一般应有相应的几个坝轴线比较的方案。特殊情况也会有可能发现原来所定的坝轴线（坝址）是不适合的，甚至也有在开工以后被迫放弃原来所定的坝轴线（坝址）的情况。)坝轴线（坝址）的选择工作，随着设计阶段的不同而有不同的内容，它也与工程地质勘测工作的内容和深度密切相关。选择坝轴线（坝址）的过程一般需要经过以下几个阶段：第一阶段——流域规划的技术经济报告阶段。该阶段以整个河流流域为主要研究对象，确定河流开发的第一期工程和坝址地区，并初步选择全河流上可能的和合理的坝轴线（坝址），定出梯级开发中的各个枢纽工程的相应坝轴线（坝址）。第二阶段——初步设计阶段。根据流域规划设计成果，对准备要修建工程的地区，在原来选定的坝轴线（坝址）基础上，地质勘测及设计的工作面应由宽到窄，由全面到深入，通过技术经济比较，进一步选择确定几条具体的坝轴线。第三阶段——技术设计阶段。在技术经济比较的基础上，根据设计的深入和坝及其他主要建筑物的轮廓尺寸及合理布置，从地质条件，河谷宽度，下游消能条件，施工场地布置，建筑材料的开采、运输等方面进行比较，并进行适当的结构稳定计算和工程量的计算，最后通过技术经济的比较确定一条坝轴线和选定设计方案。坝轴线的选定，并不是单纯的轴线本身和比较，而是与主要建筑物选型和枢纽平面布置紧密联系在一起的，因此坝轴线、坝型选择和水利水电枢纽工程的布置三者是相互联系的。1.2选择坝轴线（坝址）所需要的基本资料1.2.1地形资料地形资料包括该坝址地区的实测地形图和河流地段的纵横断面图。 地图形的比例尺随设计阶段和工程的规模而有所不同，一般应有坝址处1/2000~1/1000的地形图，坝轴线处1/500~1/200的地形图。1.2.2工程地质资料 工程地质资料包括坝址地区的地质平面图和剖面图。一般需要有1/50000的库、坝区的路线地质测绘图、1/10000的坝址区工程地质测绘图。图上及有关文件要能说明当地的岩层、岩性、覆盖层性质和基岩中的断层、节理、裂隙、其他缺陷的分布情况，以及基岩的透水情况，地下水等有关的资料，以便从宏观上掌握库、坝区的工程地质特点。根据建筑物的规模和需要，应有按岩体不同类型选取有代表性的岩样进行物理力学试验和一定数量的野外原位测试（如抗剪、弹模、弹性抗力等试验）资料和岩体的渗水试验（压水、注水、抽水试验）资料。1.2.3水文气象资料水文气象资料包括（1）坝址地区附近的各种水文特性，如流域内水文测站分布、观测项目、观测年限、主要水文站的控制特性和高程系统。（2）水位、流速、泥砂等测验方法和测验精度。（3）主要测站资料整编情况。（4）水位及流量的资料、降雨量、径流、洪水（包括最大洪水）、枯水及河流泥砂的性质和数量等。气象资料包括河流、坝址及库区及邻近地区气象台分布与观测情况，如气候、温度、降雨、风等气象特性资料。1.2.4建筑材料资料坝址及其附近地区的各种建筑材料的类型、分布、储量、运输条件、质量及物理力学性质等方面的资料。1.2.5其他当地的社会的自然经济情况、施工设备、技术力量以及地震等方面的有关资料等。1.3坝轴线（坝址）选择应考虑的问题1.3.1地质条件良好的地质条件是保证枢纽工程安全运行的基本条件。一般坝址区存在着地质缺陷也是不可避免的，如果能通过地基处理后，达到一定的稳定性和不透水性，仍属于好的地质条件。 对坝基地质的要求，也应随坝型和坝高而有所不同。拱坝对两岸及坝基的地质条件要求最高，支墩坝，重力坝次之，而当地材料的土石坝则要求最低。设计者需要掌握各种坝型的关键性的特点，以便能因地制宜地选好坝轴线（坝址）。1.3.2地形条件地形条件一般在相同的地质条件下，坝轴线选在河谷的狭窄段是较为有利的。因为这样可以使坝顶轴线短，坝的工程量会少，造价会较低，但有时狭窄的河谷对泄水建筑物布置，施工场地和导流建筑物布置不利，所以选择坝轴线时，不但要考虑使工程量较小，还要考虑枢纽中各建筑物的布置和施工等条件。不同的坝型对地形的要求不相同，应该分别对待不能一概而论。例如拱坝要求河谷则越窄越好，而当地材料做的土石坝则要求河谷要有较宽的地方，而且要岸坡不太陡，附近有地势较低的马鞍形缺口，以便于布置溢洪道。坝轴线的选择还应考虑下泄水流应尽可能和原河道的主流方向一致，以免造成河道及两岸的冲刷。1.3.3建筑材料建筑材料  应查明当地材料的分布和储量，及开采条件，作为混凝土骨料的砂石料，应尽可能就地取材，减少运输费用。1.3.4施工条件 选择坝轴线（坝址）应考虑施工导流建筑物布置，坝址下游附近应有较开阔的场地，便于布置和安排施工场地和对外交通。1.3.5综合效益综合效益  应比较不同的坝轴线（坝址）位置对防洪、发电、灌溉、供水、航运等经济效益和社会效益的影响。1、4坝轴线（坝址）选择案例1.4.1溪落渡坝轴线选择1、4、1溪落渡坝轴线选择位于金沙江上游的溪落渡水电工程是一座以发电为主，兼有拦砂、防洪和改善下游航道条件等的综合利用效益的水利水电枢纽工程。坝址区河道顺直，岸坡陡峻，坝基岩体多为玄武岩，整体块状结构，强度高，风化卸荷浅，工程具有“笮河谷、高拱坝、大泄量、多机组”的特点。 自1986年正式开始进行前期勘测设计工作，在该河段上选择了上、中、下三个坝址进行比较，1994年完成《溪落渡坝址选择研究报告》，1996年提交《溪落渡水电站予可行性研究报告》，并在选定的中坝址区进行了坝轴线比选阶段的勘测设计、工作，经过地形地质条件、枢纽布置、施工条件、总工程量、工程总投资等技术经济比较，确定了溪落渡水电工程的坝轴线。1-1溪落渡坝轴线比较示意图                    表1-1溪落渡坝轴线比较坝轴线I坝轴线X坝轴线地形地质条件位于溪落渡峡谷中段，河道顺直，地形完整、岸坡陡峻。抗力体部位河谷收敛，坝基岩体弱风化下限高程323.41~327m，建基面高程325m。X坝轴线位于I坝轴线下游约175m，河谷相对狭窄，其他地形地质条件与I坝轴线无明显差异。抗力体部位河谷相对敞开，坝基岩体弱风化下限高程332m~341m以上，有利于抬高建基面，减少边坡高度。建基面高程325m。枢纽布置建筑物由混凝土双曲拱坝，左右岸地下电站厂房，坝身泄水孔口为2表孔+6中孔+7深孔+左右岸泄洪隧洞。坝体混凝土方量较X坝轴线多23万m3、基础开挖工程量较X坝轴线多52万m3。坝轴线左岸距上游550m~650m高程之间宜布置电站进水口的缓坡台地约300m。枢纽建筑物布置同I坝轴线。需要处理抗力体尾部的强风化夹层，基础处理工程量约有增加。X坝轴线下移，距上游550m~650m高程之间宜布置电站进水口的缓坡台地距离增加，但可以在大坝和电站进水口之间增设泄洪隧洞，缩短了泄洪隧洞的长度。施工条件施工总进度与X坝轴差异不大。施工导流方面，X坝轴线约优于I坝轴线。 总工程量坝体混凝土方量：717万m3基础开挖工程量：739万m3坝体混凝土方量：694万m3基础开挖工程量：687万m3工程总投资单位千瓦静态投资：2746.92元。单位千瓦静态投资：2728.79元综合比较，X坝轴线稍优于I坝轴线，选择X坝轴线1.4.2刘家峡水电站坝址选择刘家峡水电站是《黄河综合利用规划技术经济报告》（1954年）中列入第一期开发的工程之一。1952年~1956年完成了初步设计的第一期——坝址选择阶段的工作。在全长11.9km的刘家峡中选择了马六沟、姚河口、苏州崖、红柳沟四个坝址进行了工程地质勘察工作。图1-2刘家峡水电站坝址比较示意图                 表1-2刘家峡水电站坝址选择比较项目坝址名称马六沟姚河口苏州崖红柳沟河面宽度（m）42.5495749河水深度（m）6~105~84~72~13 覆盖层深度（m）2.13~7.092.995~5.232~13基础岩石变质结晶片岩，坚硬变质结晶片岩，坚硬变质结晶片岩，坚硬变质结晶片岩，坚硬坝区岩体风化深度（m）两岸1~6，河床1~5两岸2~18，河床3~8两岸2~16，河床4~9两岸1~8，河床1~5构造断裂情况断层少，多横切河床断层多，斜切河床，岸坡切割深断层多，斜切及平行河床有三条断层斜切河床，上下游有横河断层裂隙发育情况层面裂隙较多，左岸有顺坡裂隙岸坡剪切裂隙及构造裂隙较多裂隙发育岸坡岩石受切割，较差裂隙发育较发育，以层面裂隙较多水文地质情况两岸基岩内有裂隙承压水，岩石透水性小河床基岩内有裂隙承压水，岩层透水性小河床基岩内有裂隙承压水，岩层透水性大河床基岩内有裂隙承压水，岩层透水性小地震基本烈度80808080天然材料运距、交通及施工场地条件最差较差差优越　评价：姚河口坝址地质构造复杂，岩体完整性较差，岸边有顺河构造裂隙，卸荷的岸边剪切裂隙，对两岸坝肩稳定不利。苏州崖坝址河面较宽，两岸岩体受构造断裂切割比姚河口差，岩体透水性大，上游有坍塌体，下游有苏州崖滑坡体，枢纽建筑物布置受影响，交通及施工场地条件也较差，故这两坝址不宜选用。马六沟坝址河面窄，河床覆盖层薄，坝址岩石坚硬完整，构造裂隙简单、岩石弱风化深度浅，岩体透水性小，这些方面都优于红柳沟坝址，但交通及施工场地条件也较差，在同一正常蓄水时，发电水头比红柳沟坝址减少9m，库容少9亿m3，发电效益差。红柳沟坝址河面较宽，河床覆盖层薄，岩石风化深度浅，岩体较坚硬，透水性小，有F69断层顺河向斜切河床，该断层错断了第三纪红层，但未见切过上覆的距今约15万年的晚更新世黄土，说明近数万年未活动，已趋于相对稳定，其破碎带在工程上是可以处理的。红柳沟坝址天然材料运距、交通及施工场地条件优越，比马六沟坝址增加发电水头9m，增加装机容量20万KW，发电效益好。 图1-3刘家峡水电站红柳沟坝址剖面图经多次讨论、综合比较，选择红柳沟坝址为刘家峡水电站，1958年完成初步设计工作。2、水利水电枢纽工程的布置水利水电枢纽工程的布置就是要合理地安排各个建筑物的相互位置。坝址、坝型和枢纽布置是相互关联的，不同的坝轴线适于不同的坝型和枢纽布置方案，同一坝轴线也可以有不同的坝型和枢纽布置方案。坝址、坝型和枢纽布置是一项综合性极强的复杂工作，需要在详尽研究坝址处的自然条件、枢纽及各建筑物的施工条件、运用条件、综合效益和发展远景及总投资造价等后，经过全面论证、综合比较后确定。2.1枢纽的布置时一般的布置原则2、1枢纽的布置时一般的布置原则（1）首先要选择好泄洪和导流建筑物的布置方式，它往往是确定枢纽布置的重要影响因素。应保证泄洪建筑物进出口尽可能与河道主流方向一致，使其有足够的泄水能力，进口的水头损失最小。上游水流的是否平直顺地流入进口，对表孔的流量系数影响较大，而侧面进水时流量系数要小3~5%，甚至更多，也影响进口后的流态，尽量避免侧面引水。出口需要设置合适的、可靠的和经济的消能设备，以使其对下游的淘刷作用不会影响枢纽建筑物的安全。 （2）枢纽的布置既要满足枢纽的各项任务和功能的要求，又要适应枢纽工程所在区域的自然条件，便于施工布置，保证各个建筑物在任何工作条件下都能正常工作。狭窄河谷中泄洪建筑物和电站建筑物布置之间的矛盾较为突出，因为泄洪的流速高、单宽流量较大、会加速对下游河床的冲刷和淤积，不仅对枢纽建筑物的安全会造成大的威胁，而且对电站尾水的干扰会影响发电的效益。泄洪建筑物的布置应和枢纽中的其他建筑物，如坝、取（引）水道、电站厂房等统一起来考虑，以使之成为管理运行、施工、交通都方便的综合体。（3）在满足建筑物稳定和强度的前提下，降低枢纽总造价和年运行费用。（4）枢纽中各个建筑物布置紧凑、美观、协调。2.2混凝土坝枢纽混凝土坝枢纽坝身可布置泄水、发电进水口、冲沙孔等建筑物。但由于地形和地质等条件的区别，枢纽中泄水建筑物和发电厂房的位置和型式有各种不同的组合。2.2.1泄洪建筑物与电站厂房分开布置方式（1）位于较宽河谷中的水利水电枢纽工程，广泛地采用泄洪与电站厂房分开布置的方式，这种布置形式结构比较简单，清晰明了，进口水流条件较好，出口情况也容易控制，可采用导水墙和合适的消能型式减少泄洪时冲淤下游河床及抬高尾水位的问题，电站厂房应尽可能靠近坝体，以减少管道工程量和水头损失以及开挖工程量。如黄河的万家寨水电站（图1-4），最大坝高105.0m，装机容量6*180MW，电站厂房和泄水建筑物各占峡谷河床的1/2，表孔、中孔、深孔组合泄洪，消力戽护坦挑流组合消能。图1-4黄河万家寨水电站平面布置图 （2）四川白龙江上的宝珠寺水电站（图1-5），水库总库容25.5亿，装机容量70万KW，最大坝高132.0m，坝顶全长524.48m。最大坝高132.0m，枢纽工程采用混凝土实体重力坝，河床中间为坝后式厂房的布置方案，采用厂坝联合作用型式。两岸河床泄洪，右岸为基岩出露的河滩地形，布置导流明渠和表孔溢流坝，明渠底流消能，左岸为较缓的岩质边坡，布置泄洪中孔，泄槽挑流消能。拦河坝坝体从右向左共分为27个坝段，分别为右岸挡水坝段、河床坝段、左岸挡水坝段。根据地质条件，坝轴线平面布置为由河床向两岸延伸后向上游偏转呈折线型。图1-5四川白龙江宝珠寺水电站平面布置图（3）澜呛江上的大朝山水电站（图1-6，图1-7），最大坝高111.0m，河床全部布置表孔溢流坝和排砂孔，分别采用宽尾墩戽式消力池底流和挑流消能，6台225MW机组的厂房布置在右岸地下，机组进水口沿右岸坝肩缓坡地形布置，与大坝轴线构成紧凑的引水泄洪前沿。 图1-6云南大朝山水电站平面布置图图1-7云南大朝山水电站上游立视图（4）三峡水利枢纽（图1-8）采用泄洪坝段位于河床中部，即原主河槽部位，两侧为电站坝段和非溢流坝段。水电站厂房位于两侧电站坝段坝后，另在右岸留有后期扩机的地下厂房位置。永久通航建筑物均布置于左岸。 图1-8三峡水利枢纽布置图（5）由于拱坝形状的特点及更好地利用水头，电站厂房一般多布置于坝后的河床中部，泄洪建筑物则分别布置于厂房的两侧。当河床较狭窄，但岸坡较平缓，河谷较宽时，可采用厂房布置在坝后河床中，溢流坝则布置在一岸或两岸，以使水流通过较长的陡槽将洪水泄入下游河床中。我国的陈村拱坝在厂房的左右边都设溢洪道。最好能利用两个泄水建筑物的下泄水流在空中相撞以消杀能量。尽量避免两岸5泄水建筑物下泄水流相互影响而加深冲坑的情况。当坝基地质不好、下游的尾水又浅时，要设置短护坦以保护坝址，或设二道坝以壅高尾水形成较好的消力池。 湖南东江双曲拱坝（图1-9），最大坝高157.0m，采用两岸潜孔滑雪道式大孔口泄洪，挑流消能，河床坝后式水电站，装机容量4*150MW。我国广东省乳源县南水支流汤盆水河上的泉水拱坝枢纽,最大坝高80.0m，采用两岸滑雪道式溢洪道，两岸的溢洪道在平面上对称地布置以造成对撞式的消能。 图1-9湖南东江双曲拱坝平面布置图图1-10广东泉水拱坝枢纽 2.3土石坝枢纽土石坝枢纽地址的选择应考虑地形和地质条件有利于建坝和布置其他建筑物，特别是应重视泄洪建筑物的布置。泄洪建筑物的布置和形式，应根据枢纽要求和条件进行综合比较后选定，宜以开敞式河岸溢洪道为主要泄洪建筑物，以提高土石坝枢纽的超泄能力和运行的可靠性。当下泄流量的功率很大时，河岸上又无其他合适的缺口时，就可在土坝的坝旁做陡槽式溢洪道。当坝址位于较宽阔的滩地时，也可做一段混凝土的溢流坝，把泄洪建筑物布置在河床。  土石坝枢纽按照所处河段位置分为顺直河段上的枢纽和弯曲河段上的枢纽。布置在顺直河段上的土石坝枢纽，泄水建筑物和发电厂房等沿岸顺河布置，一般导流、泄水、引水系统等建筑物线路较长，枢纽建筑物布置比较拥挤，在地质条件允许时多采用地下厂房。鲁布革水电站（图1-21），最大坝高103.8m，枢纽由心墙堆石坝、长9387m的引水隧洞、左岸地下厂房、河岸溢洪道、泄布置在弯曲河段上的土石坝枢纽，可以利用河弯形成的河间地块布置引水发电或泄水、导流建筑物。引水式水电站一般布置在河道转弯处，以便利用天然河道的落差，增加发电水头。如四川白龙江上的苗家坝水电站（图1-22），引水式水电站布置左岸紧邻坝趾，采用河岸溢洪道、泄洪洞泄洪方式。洪洞组成。 图1-21 鲁布革水电站　　图1-22 白龙江苗家坝水电站平面图 3、水利水电枢纽工程枢纽布置方案选择实例枢纽布置方案比较与选择实例：3.1瀑布沟水电站瀑布沟水电站，大坝为土石坝，河床覆盖层以上最大坝高186.0m，枢纽位于L形河湾的凹岸，初步拟定了三个枢纽布置方案：方案（1）右岸地面厂房方案方案（2）左岸地下厂房短尾水方案方案（3）左岸地下厂房长尾水方案。枢纽布置方案比较：                   表1-3瀑布沟水电站枢纽布置方案比较枢纽布置方案地质条件枢纽布置泄洪消能施工条件动能经济指标工程量（1）右岸地面厂房方案避免了地下洞室群的开挖，但进水口处高边坡开挖工程量大，存在高边坡稳定问题。引水发电系统位于右岸，缓解左岸其他建筑物布置紧张的状况，可以缩短左岸泄洪隧洞和过木隧洞的长度。引水发电系统尾水不受泄洪隧洞影响。枢纽建筑物布置相对较分散，施工干扰小。引水发电系统总水头损失5.380m。工程投资大于地下厂房方案。（2）左岸地下厂房短尾水方案能充分利用河湾的地形条件，左岸岩石完整、稳定。引水发电系统、泄洪隧洞和过木隧洞均集中布置在左岸，左岸上下游隧洞进出口较多，地下建筑物长度增加。引水发电系统尾水受泄洪隧洞影响。下游消能防冲、雾化处理等任务重。枢纽建筑物布置相对较集中，施工难度大，干扰大。引水发电系统总水头损失4.74m，短尾水方案利用河湾形成的落差小于长尾水方案。工程投资小于地下厂房长尾水方案。（3）左岸地下厂房长尾水方案同上同上同上同上利用河湾形成的落差较大。工程投资大于地下厂房短尾水方案。但年电量增加2亿KW..H，长期经济效益高。 通过技术经济比较，最后选择左岸地下厂房长尾水方案，见图1-22。图1-22瀑布沟水电站左岸地下厂房长尾水方案 图1-23 瀑布沟水电站左岸地下厂房长尾水方案3.2向家坝水电站3.2、向家坝水电站金沙江上游的向家坝水电站采用混凝土重力坝坝型，枢纽布置比较了四个方案：方案（1）左岸坝后厂房右岸地下厂房方案方案（2）两岸坝后厂房方案方案（3）右岸坝后厂房方案右岸地下厂房方案方案（4）右岸坝后厂房方案方案（2）和方案（4）均为坝后厂房方案，两方案在技术经济上没有大的差别，不能提前发电，考虑到两岸坝后厂房方案可以兼顾云南和四川两省的利益，在方案（2）和方案（4）中选择方案（2）。同样方案（1）和方案（3）都有地下厂房方案，能提前发电，其他技术经济条件也相当，为兼顾云南和四川两省的利益，在方案（1）和方案（3）中选择同样方案（1）。                表1-4向家坝水电站枢纽布置方案比较枢纽布置方案地形条件地质条件枢纽布置及运行条件施工条件工程投资及动能经济指标方案（1）左岸坝后厂房右岸地下厂房方案右岸山体雄厚，有利于布置地下厂房。边坡岩组完整性好，岩层倾向山里，对边坡稳定有利。坝基位于须家河组岩性最好的亚组上，技术处理相对简单。泄水建筑物布置在河床中间，泄水方向与主河道一致。管理运行条件与方案（2）相同。右岸地下厂房方案不受施工导流工期的影响，初期发电时间由大坝初期蓄水时间确定。引水系统水头损失较方案（2）多0.21m，年发电量少1%。工程投资472.85亿元。方案（2）两岸坝后厂房方案所需要坝体前缘宽度大，建筑物布置较紧张。坝轴线需要向下游移动，地基完整性较差，技术处理相对复杂。同方案（1）两岸坝后厂房位于二期基坑内，工期受施工导流工期的影响制约，施工干扰大。工程投资490.95亿元。通过技术经济比较，最后选择左岸坝后厂房，右岸地下厂房方案，枢纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、左岸坝后厂房、右岸地下厂房、两岸灌溉取水口和升船机等建筑物组成，大坝为混凝土重力坝，最大坝高162米。见图1-24。 图1-24左岸坝后厂房右岸地下厂房方案第三章泄水建筑物设计 1. 泄水建筑物的类型和布置在水利水电枢纽工程中，一般都需要设置有永久性的泄水建筑物。泄水建筑物的主要任务是宣泄水库供发电、灌溉等使用后多余的洪水，快速放水（包括汛前的放空水库和由于一些特殊情况需要降低水库的水位），调节水库的蓄水，排放泥砂或漂浮物等。其中泄洪建筑物是保障大坝的安全可靠和充分发挥水库综合效益的关键，是水利水电枢纽工程中的非常重要的组成部分。泄洪建筑物安全泄洪的主要体现在两个方面：泄洪建筑物在泄放高速水流和消能过程中的自身安全；消能后使水流能妥善地与下游河道联接，不会引起坝后下游地区严重的冲刷。 泄水建筑物型式主要有河床溢洪道，岸边溢洪道，泄水遂洞等。河床溢洪道一般是指在坝身设置的泄水建筑物，其型式又有从坝顶溢流，即表孔溢流，或在坝身开设大孔口溢流和在坝身设置的泄水孔泄水等。岸边溢洪道包括正向进水的正槽式溢洪道和侧向进水的侧槽式溢洪道等。　1.1表孔溢流（1）重力坝枢纽中的表孔溢流结构型式（图3-1） 图3-1重力坝枢纽中的表孔溢流结构型式优点：①除渲泄洪水外，也能用于排除冰凌和漂浮物，孔口不易堵塞。②闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大，当闸门全开时，下泄流量与成正比（为水头），随着库水位的升高，下泄量也迅速增大，故超泄能力大。③泄水水流平顺。④闸门启闭操作方便，检查维修方便，工作安全可靠。缺点①当坝型为拱坝时，由于坝身单薄，需设置实体泄槽或滑雪道结构，实体的泄槽工程量较大，不经济，而轻型的滑雪道易引起振动，稳定性不好；②不能提前预泄洪水，不能满足排砂，放空水库等要求，所以常和其它型式的泄水建筑物结合使用。（2）拱坝枢纽中的表孔溢流的结构型式拱坝枢纽中的表孔溢流的结构型式又可分为三种： 自由跌流式（图3-2）    对于薄的双曲拱坝或小型拱坝，常采用坝顶自由跌流型式溢洪，溢流头部一般为非真实标准堰。图3-2自由跌流式泄水建筑物（这种溢流型式适用于基岩良好、泄水单宽流量不大、坝高较小、尾水较深的情况。一般要在水流跌入处设置短护坦，避免下游形成较大较深的冲坑，影响拱坝安全。）鼻坎挑流式（图3-3）   为了使溢流跌落点离坝脚稍远些，在溢流堰顶曲线的末端用反弧连接而形成挑流鼻坎。 图3-3鼻坎挑流式泄水建筑物（挑流鼻坎多采用连续式结构。为了不增加过多的工程量，鼻坎末端与堰顶之间的高差常不大于6~8m，大约为设计水头的1.5倍左右。鼻坎挑角在10—25º之间，反弧半径约等于设计水头。这种坝顶溢流型式可采用挑流消能，单宽流量可稍大于自由跌流式采用的单宽流量。广东省流溪河拱坝枢纽，溢流坝段全长90.86m，布置7孔宽11.5m的表孔，不设闸门，采用差动式高低鼻坎（三孔高坎，坎顶高程230m，四孔低坎，坎面高程129m），促使下泄水流在空中对撞消能，在千年一遇洪水位时下泄流量为635m3/s，最大流速18.4m/s。对于重力拱坝，坝体较厚，通过表孔下泄的水流可贴着下游坝面宣泄，并经高程较低的鼻坎挑射消能或底流消能，因此允许采用的单宽流量同重力坝。湖南省凤滩拱坝枢纽，总泄洪流量为26600m3/s·m,是目前世界上拱坝坝身泄洪量最大的表孔溢流形式，设置13个溢流表孔，安装宽14m高12m宽的弧钢型闸门，最大单宽流量为170m3/s·m,采用高低坎挑流（6孔高坎、7孔低坎），促使水流在空中对撞消能，高低坎水流交角为55~55º，有效地解决了水流径向集中问题，消能效果良好。）滑雪道式（图3-4）  滑雪道是拱坝特有的一种溢洪建筑物，滑雪道泄槽既可与表孔连接，也可与中孔连接。（滑雪道是由与溢（泄）洪坝体相连接的泄槽组成，泄槽常为坝体轮廓以外的结构，用缝与坝体分开。水流过坝后，流经滑雪道的泄槽，由泄槽尾端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中扩散掺气。挑流鼻坎一般比堰顶低很多，因而挑距较大，可采用较大的单宽流量。）图3-4滑雪道泄水建 （1）重力坝枢纽中的表孔溢流结构型式（图3-1）图3-1重力坝枢纽中的表孔溢流结构型式优点：①除渲泄洪水外，也能用于排除冰凌和漂浮物，孔口不易堵塞。②闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大，当闸门全开时，下泄流量与成正比（为水头），随着库水位的升高，下泄量也迅速增大，故超泄能力大。③泄水水流平顺。④闸门启闭操作方便，检查维修方便，工作安全可靠。缺点①当坝型为拱坝时，由于坝身单薄，需设置实体泄槽或滑雪道结构，实体的泄槽工程量较大，不经济，而轻型的滑雪道易引起振动，稳定性不好；②不能提前预泄洪水，不能满足排砂，放空水库等要求，所以常和其它型式的泄水建筑物结合使用。 （2）拱坝枢纽中的表孔溢流的结构型式拱坝枢纽中的表孔溢流的结构型式又可分为三种：自由跌流式（图3-2）    对于薄的双曲拱坝或小型拱坝，常采用坝顶自由跌流型式溢洪，溢流头部一般为非真实标准堰。图3-2自由跌流式泄水建筑物（这种溢流型式适用于基岩良好、泄水单宽流量不大、坝高较小、尾水较深的情况。一般要在水流跌入处设置短护坦，避免下游形成较大较深的冲坑，影响拱坝安全。）鼻坎挑流式（图3-3）   为了使溢流跌落点离坝脚稍远些，在溢流堰顶曲线的末端用反弧连接而形成挑流鼻坎。 图3-3鼻坎挑流式泄水建筑物（挑流鼻坎多采用连续式结构。为了不增加过多的工程量，鼻坎末端与堰顶之间的高差常不大于6~8m，大约为设计水头的1.5倍左右。鼻坎挑角在10—25º之间，反弧半径约等于设计水头。这种坝顶溢流型式可采用挑流消能，单宽流量可稍大于自由跌流式采用的单宽流量。广东省流溪河拱坝枢纽，溢流坝段全长90.86m，布置7孔宽11.5m的表孔，不设闸门，采用差动式高低鼻坎（三孔高坎，坎顶高程230m，四孔低坎，坎面高程129m），促使下泄水流在空中对撞消能，在千年一遇洪水位时下泄流量为635m3/s，最大流速18.4m/s。对于重力拱坝，坝体较厚，通过表孔下泄的水流可贴着下游坝面宣泄，并经高程较低的鼻坎挑射消能或底流消能，因此允许采用的单宽流量同重力坝。湖南省凤滩拱坝枢纽，总泄洪流量为26600m3/s·m,是目前世界上拱坝坝身泄洪量最大的表孔溢流形式，设置13个溢流表孔，安装宽14m高12m宽的弧钢型闸门，最大单宽流量为170m3/s·m,采用高低坎挑流（6孔高坎、7孔低坎），促使水流在空中对撞消能，高低坎水流交角为55~55º，有效地解决了水流径向集中问题，消能效果良好。）滑雪道式（图3-4）  滑雪道是拱坝特有的一种溢洪建筑物，滑雪道泄槽既可与表孔连接，也可与中孔连接。（滑雪道是由与溢（泄）洪坝体相连接的泄槽组成，泄槽常为坝体轮廓以外的结构，用缝与坝体分开。水流过坝后，流经滑雪道的泄槽，由泄槽尾端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中扩散掺气。挑流鼻坎一般比堰顶低很多，因而挑距较大，可采用较大的单宽流量。）图3-4滑雪道泄水建 1、2 大孔口溢流大孔口溢流的特点：①在洪水到来之前可以将库水位迅速放到防洪水位的下限，预留较多的防洪库容，降低上游洪水位，从而降低坝高，减少工程量；②有胸墙挡水，可减小闸门高度；③胸墙多做成固定的，但也有做成活动的，在遇到特大洪水时，将胸墙吊起，变成坝顶溢流，可加大超泄能力，确保枢纽安全。但大孔口溢流①下泄流量与成正比（为水头），超泄能力差；②当库水位较高时，由于胸墙的阻拦，不能排泄漂浮物和冰凌。图3-5大孔口溢流1、2 大孔口溢流大孔口溢流的特点：①在洪水到来之前可以将库水位迅速放到防洪水位的下限，预留较多的防洪库容，降低上游洪水位，从而降低坝高，减少工程量；②有胸墙挡水，可减小闸门高度；③胸墙多做成固定的，但也有做成活动的，在遇到特大洪水时，将胸墙吊起，变成坝顶溢流，可加大超泄能力，确保枢纽安全。 但大孔口溢流①下泄流量与成正比（为水头），超泄能力差；②当库水位较高时，由于胸墙的阻拦，不能排泄漂浮物和冰凌。图3-5大孔口溢流图3-6丹江口大坝坝身泄水孔 1、3 坝身泄水孔坝身泄水孔（图3-6）按进水口的高程又分为中孔（进水口淹没深度小于全水深的40%）和深孔（进水口淹没深度大于全水深的40%）。当适当尺寸的孔口对坝体应力并无大的影响，利用坝身开孔泄洪可节省另建溢洪道的投资。(对于拱坝，泄洪中孔一般布置在河床中部的坝段，以便于消能和防冲，工作闸门常设在出口，这样不仅便于布置闸门的提升设备，而且还因为在坝的下游面孔口末端设置闸墩和挑流坎后，局部加厚了孔口附近的坝体，从而显著地改善了孔口周边的应力状态，对孔底的拱应力亦有所改善。以往认为拱坝的孔口可能破坏拱坝的整体性，但工程实践和试验研究证明了孔口对坝体应力场的影响仅限于孔口附近的局部区域，应力集中区的拉应力可能使孔口边缘混凝土开裂，可在孔口周围布置受力钢筋，不致危及坝的整体安全性。考虑到孔口较大时对坝体剖面有较大的削弱及应力重分布的影响，孔口附近的坝体宜适当加厚。由于拱坝坝体薄，中孔断面一般采用矩形断面，不需要在孔口内设置矩形断面向圆形断面过渡,圆形断面再向矩形断面过渡的渐变段。)图3-7拱坝泄洪中孔 拱坝坝身中孔当水流过坝后需要进行合理选型和布置，如设置滑雪道泄槽等。深式泄水孔可以根据孔内流态分为有压和无压两类。有压泄水孔泄水时，整个泄水孔都处于满流承压状态，无压泄水孔泄水时，除进口有一段压力短管外，其余部分处于明流状态。深式泄水孔可用于多种用途，如向下游供水、预泄洪水腾空防洪库容、放空水库、排除淤沙以及解决施工中的后期导流问题。深式泄水孔的缺点是①下泄流量与成正比（为水头）超泄能力较小；②由于闸门承受的水头较高，操作、检修都比较复杂。图3-8深式泄水孔示意图1、4 岸边溢洪道多用于土石坝枢纽和在狭谷中建造的混凝土坝枢纽，特别是支墩坝和轻型坝，当泄水量大而坝身泄水设施难以满足时，也可以建造河岸溢洪道。岸边溢洪道（图3-9）的结构特点： 图3-9岸边溢洪道①一般采用地面开敞式溢洪道，它具有较大的超泄能力，即泄水能力会随水库水位的升高而迅速增加，从而可减小洪水翻坝漫顶的可能性。②开敞式溢洪道检查维护方便，运用安全可靠。③可充分利用地形地质条件，减少开挖的土石方量和混凝土衬砌工程量。为了减少开挖工程量，采用岸边溢洪道的型式，一般需要有建筑溢洪道的垭口地形条件。 图3-10泄水隧洞进水口1、5 泄水隧洞按洞内水流流态分为有压隧洞和无压隧洞两种类型。泄水隧洞的优点：①可以把流量送到下游较远的部位。②可以利用导流隧洞改建（但导流隧洞高程过低时，改建有困难，而容易在反弧段发生气蚀破坏）。③可以较方便地采用窄缝式鼻坎等各种挑流消能措施。泄水隧洞缺点：①下泄流量与成正比（为水头）超泄能力较小。②开挖隧洞后改变了围岩原来的应力平衡状态，会在孔洞附近引起应力重分布，产生变形，常需设置临时性支护和永久性衬砌以保安全③其进口高程都在水下较低处，承受较大的内水压力和外水压力，洞身和衬砌必须有足够的强度，体型也必须尽量与流态相适应，以免产生局部负压，引起振动、空蚀等破坏现象④与地面建筑物相比，隧洞的施工场地狭窄，物料运输困难，作业干扰较大⑤地下施工，发生事故的可能性较大，改建和加固困难，施工工序较多。泄洪建筑物安全泄洪的主要内容，概括起来可包括两个方面：泄洪建筑物在泄放高速水流和消能过程中的自身安全；消能后使水流能妥善地与下游河道联接，不会引起坝后下游地区严重的冲刷。2. 泄水建筑物的孔口尺寸拟定泄水建筑物的孔口尺寸是通过对设计（校核）洪水标准相对应的洪水过程进行调洪演算后确定。通过调洪演算可以确定水利水电枢纽工程的主要工程特性：（1）泄水建筑物的孔口尺寸。（即溢流坝（溢洪道）的堰顶高程和溢流坝（溢洪道）的宽度。）（2）最高洪水位。（最高洪水位包括设计洪水位和校核洪水位。最高洪水位决定着大坝的高度、总工程量及上游的淹没状况。）（3）最大下泄流量。（最大下泄流量涉及到下游的消能防洪问题。） 　2.1调洪演算的基本原理及计算方法水库调洪演算的基本公式是建立在水库水量平衡基础上的。水库在某一时段内入库流量、出库流量和水库蓄水量的变化列出水量平衡方程式（3-1）表示。   （3-1）  式中，Δ——计算时段长度，；        ——t时段初、末的入库流量，；        ——t时段初、末的出库流量，；        ——t时段初、末水库蓄水量，。求解水量平衡方程的方法有试算法和单辅助线法。 将（3-1）移项可得：            （3-2）  式中，为t时段初、末的入库平均流量，当已知水库入库洪水过程线时，为已知，则是计算时段t开始的初始条件，式中仅为t时段末的未知值，由上式可以看出是的函数，故可将与之间的对应关系绘制成调洪辅助曲线，因上式两端都有，只需绘制一条辅助线就能求解，故称单辅助线法。2、2 水库的调洪演算及需要考虑的问题 水库的调洪演算一般需要有以下步骤：（1）收集计算基本资料 调洪演算计算基本资料包括设计和校核洪水过程线、水库水位~容积曲线、河道水位~流量曲线、上游最高限制淹没水位、下游河道最大的允许下泄流量、起调水位等。（2）初步拟定几组的泄水建筑物的孔口尺寸水库在某一时段内的出库流量与枢纽工程的泄水建筑物的孔口尺寸有关，为完成水库的水量平衡计算，需要首先拟定泄水建筑物的孔口尺寸。由于在拟定其孔口尺寸之前，并不知道怎样的孔口尺寸能满足枢纽工程的设计洪水标准，因此需要拟定几组的泄水建筑物的孔口尺寸方案进行调洪计算，根据计算结果选择满足工程要求的泄水建筑物的孔口尺寸。当泄水建筑物的型式采用开敞式的河床溢流坝（或河岸溢洪道），则需要拟定几组溢流坝（或溢洪道）的堰顶高程和溢流坝（溢洪道）的前沿净宽。当泄水建筑物的型式采用坝身泄水孔，则需要拟定几组泄水孔的进口高程和泄水孔的孔口尺寸。如果是进行导流建筑物断面尺寸的确定，则需要拟定几组导流明渠的断面尺寸或导流隧洞的断面尺寸。（3）绘制下泄流量与水库水位的关系曲线根据拟定的孔口尺寸及基本资料，绘制相应的下泄流量与水库水位的关系曲线。（4）调洪演算求解设计或校核洪水位和最大下泄流量采用试算法或单辅助线法，求解不同孔口尺寸条件下的设计或校核洪水位和最大下泄流量。根据求解的最高洪水位、最大下泄流量及工程规划时的限制条件，可以判断是否超过上游淹没限制条件，是否符合河道下游防洪要求。（5）技术经济比较确定泄水建筑物的孔口尺寸调洪演算完成后，需要通过技术经济比较确定泄水建筑物的孔口尺寸。选定的孔口尺寸应满足上游淹没限制条件和符合下游防洪要求的泄水建筑物的孔口尺寸，由此也就确定所设计工程的设计洪水位和校核洪水位。初步选定的孔口尺寸一般包括闸孔口总净宽和堰顶高程，由于受挡水闸门的宽度有限，最后还需要对闸孔口总净宽进行分孔，确定每孔净宽及孔数。（一般：①从运行角度分析，闸孔孔数多、孔口小且孔数为单数便于灵活调度和对称开启。 ②从工程量及投资分析，在金属结构方面，闸门及埋件总重量随孔数的增加而略有增加，相应启闭设备总重则基本相同；在土建方面，随孔数增加，闸墩数增加，闸孔口总宽度增加，相应各方案开挖量、混凝土量及钢筋量均逐渐加大；在工程投资方面，随孔数增加,工程投资增大。③此外，随孔数增加，整个泄水建筑物所需要的宽度增加，当河床宽度不够时，势必增加两岸山体的开挖工程量。）调洪演算时应考虑的问题：（1）起调水位的确定起调水位一般为正常水位或汛前限制水位。当上游来水量小于正常水位或汛前限制水位闸门全开时的泄量时，由闸门控制，来多少流量，泄多少流量，不进行调蓄计算。（2）起调时刻起调时刻为当上游来水流量等于正常水位或汛前限制水位闸门全开的泄量时，闸门全开，开始进行调洪演算。（3）参加泄洪调蓄的建筑物对所设计的枢纽工程应分析其中参加泄洪调蓄的建筑物，如在绘制下泄流量与水库水位的关系曲线时，是否应计入电站机组发电流量，放空建筑物是否参加泄洪调蓄等。（4）上游最高淹没限制水位上游最高淹没限制水位涉及到上游淹没、移民搬迁诸多问题，梯级开发的水电站还受到上一级发电尾水的限制，应根据河流开发规划确定的上游最高淹没限制水位。（5）下游河道允许的安全泄量根据下游河道的防洪标准确定泄水建筑物的最大安全泄量，以作为选择泄水建筑物的孔口尺寸的限制条件。2、3 初步拟定泄水建筑物的孔口尺寸为避免在初步拟定泄水建筑物的孔口尺寸时的盲目性，对采用开敞式溢流坝（溢洪道）的泄水建筑物形式的可按如下方法初步拟定其孔口的尺寸。2.3.1溢流坝（溢洪道）孔口总净宽溢流坝（溢洪道）孔口总净宽可按（3-3）式初步拟定。B=Q/q         （3-3） 式中，Q——满足下游河道防洪标准的允许最大下泄流量，。q——由坝址地质条件确定的允许单宽流量，。工程上常采用的单宽流量为：对于软弱岩石或裂隙发育的岩石，q=20～50m3/(s·m)；对于较好的岩石，q=50~80m3/(s·m)；对于坚硬的岩石，q=100~130m3/(s·m)。近年来，随着坝下消能措施的不断改善，单宽流量有逐渐加大的趋势，如汉江的安康水电站，最大坝高128m，最大下泄流量35700，采用宽尾墩和消力池联合削能，单宽流量达250m3/(s·m)。2、3、2 初步拟定溢流坝（溢洪道）的堰顶高程采用较低的堰顶高程，校核洪水位及坝顶高程也可降低，一般：随着堰顶高程的下降，闸门高度增高，闸门金属结构量增大，投资相对增加。随着堰顶高程的下降，坝顶高程在一定范围内可以适当降低，坝体混凝土工程量也有所减少。随着堰顶高程的下降，泄洪流量增大，下游河道防洪标准相应降低。因此需要通过综合考虑确定堰顶高程。可以采用（3-4）式初步拟定堰顶高程（图3-11），再通过调洪演算和工程的具体情况进行调整。初步拟定的最大泄水水头：                 （3-4） 图3-11堰顶高程计算简图Q——满足下游河道防洪标准的允许最大下泄流量，。B——初步拟定孔口总净宽，。   m——流量系数。  ε——侧收缩系数。  g——重力加速度，9.81m/s2。初步拟定堰顶高程=工程规划确定的最高限制淹没水位—最大泄水水头2、4 调洪演算算例某水库的泄洪建筑物为开敞式的河岸式溢洪道，溢洪道堰顶高程为116m，相应的库容为247×10m，溢洪道顶宽B=45m，流量系数，设计洪水来临时库水位与溢洪道堰顶齐平。设计洪水过程线如表3-1示。水库水位~容积关系曲线如表3-2，取Δt=12小时。 表3-1                    某水库设计洪水过程线（）时间t(小时)01224364860728496流量Q(m/s)1014071027913165321510 表3-2                    某水库水位~容积（）关系曲线库水位 (m)7580859095100105115125135容积(10m)0.54.010.023.045.077.5119234401610（1）推求水库曲线，根据拟定的泄水建筑物型式和尺寸，按，计算各种水位情况下的，查曲线可得各水位的，由此表3-3绘制曲线（图3-12）。表3-3                   某水库曲线水位（m）116118120122124126水头（m）0246810下泄流量10214586106816382280 （m3/s）库容（106m3）247276307340378423图3-12 某水库水位~容积~泄流量关系曲线（2）由，绘制辅助曲线，列于表3-4中。为了减少计算的数值大小，中的采用了溢洪道堰顶以上的库容。由表3-4可绘制单辅助线如图3-13表3-4某水库调洪辅助曲线计算表 (m) (m)(10m) (10m) (m/s)    (m (m/s)(m/s) /s)116024700105511712621534882413891182276296722141077791193291441020384192121212043076013905862931683                     图3-13某水库单辅助线（3）对于第一时段，Q=10m/s、Q=140m/s、m/s、q=10m/s、m/s，代入式，便可求得m/s，以此查图3-4可得q=18m/s。对于其他时段，计算方法完全一样，计算数据及成果 皆列于表3-5中。表3-5                 某水库调洪计算表（辅助曲线法）时间t(h)时 段Δt(12h)Q (m/s)(m/s) (m/s)(m/s) 备      注 （1）（2）（3）（4）（5）（6）（7） 0 10 105①    最大泄洪流量q=250m/s②    最大堰顶水头2.2m。③    设计洪水位=118.2m④    防 洪 库  容=32.20×10m 175　121401870　2425　24710110477　3495　36279244862　4205　48131230823　598　6065181691　649　7232137559　724　8415100446　813　961075359　910　1081060294　   （4）      用表3-5中的成果，可绘出水库泄流过程线q~t（图3-14）。从图图3-5上可查得最大下泄流量q=250m/s。 图3-14 某水库设计洪水过程线和下泄流量过程线 （5）推求和按q=250m/s，从图3-2上可查得其相应的总库容=279.20×10m，由此可得：=（279.20-247.00）×10=32.20×10m按=279.20×10m，从图3-2上可查得相应库水位=118.2m，并可以算出溢流堰上的泄水水头118.2-116=2.2m。3. 表孔泄水建筑物（溢流坝剖面）设计要点表孔泄水建筑物的孔口尺寸以及闸孔口分孔工作，在水库的调洪演算时已完成，在此主要是拟定表孔泄水建筑物的纵向剖面的结构形式及尺寸。一般情况下，溢流坝剖面是在非溢流坝剖面的基础上修改而成的。溢流坝剖面由堰顶溢流段、中部直线段、下游反弧段组成。   图3-15 三峡水利枢纽表孔泄水建筑物3.1溢流坝剖面设计 图3-16 丹江口水利枢纽表孔泄水建筑物                                        3.1.1溢流坝顶下游面曲线段溢流坝堰面曲线可以采用克—奥I型曲线和WES幂曲线两种型式。采用克—奥I型曲线时，溢流坝剖面往往超过稳定和强度要求，其曲线的表达采用坐标形式，坐标内插烦琐且施工防样不便。采用WES幂曲线，使得溢流坝剖面较小，具有较大的流量系数，便于施工防样。WES堰顶曲线(图3-17)的表达式为：式中，—剖面定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%~95%选取。，—与上游面坡度有关的参数，当上游坝面垂直时，，当上游坝面坡度为3：1时，。 图3-17溢流坝顶WES堰顶曲线3、1、2 溢流坝顶上游面曲线段溢流坝上游端(图3-18)一般采用椭圆或三心园曲线。图3-18溢流坝上游端曲线面 椭圆曲线方程(图3-19)为：当上游坝面垂直时，，                           图3-19  椭圆曲线设计三心园曲线设计见图3-20。 图3-20三心园曲线设计3、1、3 反弧段反弧段上流速愈大，要求反弧半径愈大，这样反弧段上流速分布愈均匀，动水压力愈小，与下游衔接愈好。反弧半径一般取，为反弧段最低点的水深,可以通过能量方程求得(图3-21)。，—为挑坎末端的单宽流量,m3/s/m。 图3-21 反弧段最低点的水深计算示意图挑流鼻坎的挑射角一般取。挑流鼻坎末端的高程应高出下游水位1~2m为宜。3、1、4 溢流坝剖面与非溢流坝剖面的配合（1）重力坝枢纽中溢流坝剖面与重力坝基本剖面的配合(图3-22)溢流坝剖面下游的WES曲线与重力坝基本剖面在C点相切，C点的斜率等于重力坝基本剖面的下游坡率，即溢流坝剖面的下游直线段其斜率一般与非溢流坝剖面下游坝坡相同。当溢流坝顶的溢流面曲线超过重力坝基本剖面之外时，可将溢流坝做成倒悬的堰顶，以满足溢流面曲线的要求。 图3-22溢流坝剖面与非溢流坝基本剖面的配合（2）拱坝枢纽中溢流坝剖面与非溢流坝基本剖面的配合(图3-23)当溢流坝布置在河床中间，与非溢流坝剖面（拱冠梁剖面）配合，当溢流坝布置在左右两岸，与相应位置的非溢流坝剖面配合。下游直线段坡比，一方面应尽可能与堰顶出流水舌的底缘一致，另一方面还应满足溢流坝段的稳定性和强度要求，可在1：0.6～0.8范围内选取。图3-23 溢流坝剖面与非溢流坝基本剖面的配合3、2 溢流坝坝顶构造 3.2.1闸门的选型及布置 溢流坝坝顶上需布置工作闸门和检修闸门，闸门的形式主要有弧形闸门或平板门。3.2.1.1闸门的结构型式　闸门的结构型式主要有 弧形闸门和平板闸门。（1）弧形闸门(图3-24)图3-24弧形闸门弧形闸门的优点：①作用于闸门上的总水压力通过转动中心，闸门启闭时只产生数值不大的摩阻力矩，故启闭省力，可降低启闭设备的造价。②弧形门无需门槽，可减薄墩厚，水流条件也较好。③所需机架桥的高度较小。④埋设件的数量较少。 ⑤闸门开启迅速。弧形闸门的缺点①闸门支承臂较长，故所需闸墩较长。②门叶所占的空间位置较大，且不能提出孔口进行检修维护，不能在孔口间互换。③支臂支撑处纵向推力较大，有时还产生侧向推力，因而闸墩设计较复杂，钢筋用量较大。 ④弧形门的构造比平板门稍复杂，制作安装也稍困难。（2）平板闸门(图3-25)图3-25平板闸门平板闸门的优点 ①可封闭相当大的面积的孔口。②在顺水流方向的空间尺寸较小。③门叶可移出孔口，便于检修维护；且门叶之间可在孔口间互换，故在孔口较多时，可兼作它孔的事故门或检修门，对移动式启闭机的适应性较好。④门叶可沿高度分成几段，便于在工地组装。平板闸门的缺点①需要较高的机架桥和较厚的闸墩（但升卧式平面闸门并不需要很高的机架桥）。②具有影响水流条件的门槽，对高水头闸门特别不利，容易引起空蚀现象。③埋设件数量较大。④所需启闭力较大，且受摩擦阻力的影响较大，需要选用较大容量的启闭设备。3、2、1、2 工作闸门和检修闸门的选型   图3-26 工作闸门和检修闸门的布置 （1）工作闸门(图3-27)工作闸门用于短期调节下泄流量，在动水中启闭，启闭力要求较大，因此闸门的型式可以采用弧形闸门或平板闸门。工作闸门顶部高程为正常蓄水位+1～1.5m的超高。图3-27工作闸门布置示意图工作闸门底缘与堰顶接触点的位置，一般宜设在堰顶最高点的下游侧，以利于压低泄流水舌和减少堰面出现负压的机会。 （2）检修闸门检修闸门用于短期挡水，以便对工作闸门及机械设备检修。检修闸门一般在静水中启闭，启闭力较小，因此闸门的形式一般采用平板闸门，使各闸孔可交替使用平板检修闸门。当库水位在检修期低于坝顶高程时，可不设检修闸门。3、2、2 闸墩  闸墩的作用是分隔闸孔、承受传递水压力、支承闸墩上部结构重量(图3-28)。闸墩平面形式(图3-29)，应使水流平顺，减少孔口水流的侧收缩，在上下游墩头部位一般采用流线型（尖园形）或半圆形。                                         图3-29 闸墩平面形式 图3-28闸墩的作用闸墩的高度及长度应满足闸门、工作桥、交通桥、启闭设备的布置和运行要求。闸墩的厚度应由强度、稳定条件决定，要求，对于大型平面闸门(图3-30)，工作闸门槽深0.5～2.0m，门槽净宽1.0～3.0m。  图3-30平面闸门门槽对于重力坝枢纽工程，闸墩在平面上的布置有两种形式(图3-31)，闸墩位于溢流坝段的中心线上（即溢流坝段的横缝布置在闸孔的中间）；闸墩位于溢流坝段的两端（即溢流坝段的横缝布置在闸墩的中间）。 (a)                      (b)图3-31溢流坝段横缝的布置(a)横缝布置在闸墩的中间    (b)横缝布置在闸孔的中间3、2、3 水面线的计算  为了设计闸墩的高度、下游导墙的顶部高程，以及选择弧型闸门门轴的高程，需要计算出泄水水面线。水面以上的安全加高可以采用0.5~1.5m，对于非直线段，宜适当增加。3.2.3.1不掺气水面线的计算3、2、3、1 不掺气水面线的计算   （1）采用WES型堰面的高坝坝头部规定①坐标原点位于堰面顶点，X向下游为正，Y向下为正(图3-32)。②当H/Hd在0.5~1.33之间时，采用内插求得。图3-32 WES型堰面水面线的计算示意图无中墩时，堰面头部的水面线，可按表3-1求得x，y值点绘出高坝坝头部水面线。 表3-1中墩头部的水面线  无中墩时的水面曲线坐标H/Hd0.501.001.33X/HdY/Hd-1.0-0.490-0.933-1.210-0.8-0.484-0.915-1.185-0.6-0.475-0.893-1.151-0.4-0.460-0.865-1.110-0.2-0.425-0.821-1.0600.0-0.371-0.755-1.0000.2-0.300-0.681-0.9190.4-0.200-0.586-0.8210.6-0.075-0.465-0.7050.8-0.075-0.320-0.5691.00.258-0.145-0.4111.20.4700.055-0.2201.40.7050.294-0.0021.60.9720.5630.2431.81.2690.8570.531 闸孔中心线的水面线，可按表3-2求得x，y值点绘出高坝坝头部水面线。表3-2   闸孔中心线的水面线  闸孔中心线水面线坐标（2型中墩）H/Hd0.501.001.33X/HdY/Hd-1.0-0.482-0.941-1.230-0.8-0.480-0.932-1.215-0.6-0.427-0.913-1.194-0.4-0.457-0.890-1.165-0.2-0.431-0.855-1.1220.0-0.384-0.805-1.0710.2-0.313-0.735-1.0150.4-0.220-0.647-0.9440.6-0.088-0.539-0.8470.80.075-0.389-0.7251.00.257-0.202-0.5641.20.4620.015-0.3561.40.7050.266-0.1021.60.9770.5210.1721.81.2780.8600.465 沿闸墩的水面线，可按表3-3求得x，y值点绘出高坝坝头部水面线。表3-3  沿闸墩的水面线,  沿闸墩的水面线坐标（2型中墩）H/Hd0.501.001.33X/HdY/Hd-1.0-0.495-0.950-1.235-0.8-0.492-0.940-1.221-0.6-0.490-0.929-1.209-0.4-0.482-0.930-1.218-0.2-0.440-0.925-1.2440.0-0.383-0.779-1.1030.2-0.265-0.651-0.9500.4-0.185-0.545-0.8210.6-0.076-0.425-0.6890.80.060-0.285-0.5491.00.240-0.121-0.3891.20.4450.067-0.2151.40.6750.286-0.0111.60.9250.5210.2081.81.1770.7790.438 （2）低坝坝头部水面线坐标x/H和y/H的值当上游坝面为垂直时，可按表3-4求得x，y值点绘出低坝坝头部水面线。 表3-4 低坝坝头部水面线X/H-2.4-2.2-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1Y/H0.9890.9860.9840.980.9750.9690.9610.951X/H-0.8-0.6-0.4-0.200.050.10.15Y/H0.9380.9210.8980.870.8310.8190.8070.793X/H0.20.250.30.350.40.450.50.55Y/H0.7790.7630.7470.730.710.690.6680.646X/H0.60.650.70.750.80.850.90.95Y/H0.6210.5960.5680.5390.5090.4780.4440.41X/H11.11.21.31.41.51.61.7Y/H0.3730.2950.210.1180.019-0.088-0.203-0.3263、2、3、2 整个坝面不掺气水面线   （1）确定WES曲线与下游直线段的切点t坐标（，）。（2）计算坝面单宽流量q（m3/s.m）。（3）求下游直线段上任意一点（，）的水深用试算法(图3-33)推求势流水深 图3-33用试算法推求水深（4）正交于坝面得坝面水深为：（5）求得坝面各处水深，便可绘出坝面上不掺气水面线。3、2、3、3 自然掺气后水面线的确定   自然掺气开始发生点（即临界点）的位置可以采用经验公式计算。   经验公式（1） 经验公式（2）式中，q——单宽流量，m3/s.m。当大于堰面曲线与直线段及反弧段总长度，则下泄水流不掺气。导墙的高度可以按不掺气水面线加1.0m超高确定。 当小于堰面曲线与直线段与反弧段总长度，下泄水流掺气，掺气后水深按下式算：——不计入波动和掺气时的水深。——计入掺气时的水深。——修正系数，一般取1.0~1.4，当流速时，宜采用较大的值。—— 不计入波动和掺气时，计算断面上平均水深。3、2、3、3 自然掺气后水面线的确定   自然掺气开始发生点（即临界点）的位置可以采用经验公式计算。   经验公式（1） 经验公式（2）式中，q——单宽流量，m3/s.m。当大于堰面曲线与直线段及反弧段总长度，则下泄水流不掺气。导墙的高度可以按不掺气水面线加1.0m超高确定。当小于堰面曲线与直线段与反弧段总长度，下泄水流掺气，掺气后水深按下式算：——不计入波动和掺气时的水深。——计入掺气时的水深。 ——修正系数，一般取1.0~1.4，当流速时，宜采用较大的值。—— 不计入波动和掺气时，计算断面上平均水深。3、2、4 边墩和导墙  边墩的作用是分隔溢流坝段，非溢流坝段。导墙是边墩向下游的延续(图3-34)，用于分隔下泄水流与坝后电站的出水水流。采用底流消能时，导墙要延伸到护坦末端；采用挑流消能时，导墙至少应与鼻坎端部齐平；有时为了与坝后式电站分隔开，导墙长度要延伸到厂房后一定的距离，以减少溢流时挑射水流和尾水波动对电站的影响。导墙的高度应高出掺气后的溢流水面以上1.0~1.5m。 图3-34溢流坝上的导墙及边墩3、2、5 工作桥及交通桥  （1）溢流坝上常设置工作桥，桥上布置固定式或移动式启起闭机械。布置平面闸门启起闭设备的工作桥，其高度应保证平面闸门能脱槽检修或使用，桥宽应满足安置启闭机、供操作人员工作的要求，一般取3.0~4.0m，工作桥的结构形式可以采用板梁式结构。 图3-35溢流坝上的工作桥和交通桥（2）当修建闸、坝等水工建筑物时，也常在建筑物顶部修建桥梁以沟通两岸交通，交通桥的布置应考虑与非溢流坝坝顶交通相沟通。闸、坝上的桥梁净宽无统一规定，一般根据车辆类型、荷载及运行要求确定。一般生产桥桥面净宽2.5m，拖拉机桥3.5~4.0m，低标准公路桥桥面净宽4.5m。按公路等级确定：三级公路为净—7.0m，四级公路为净—4.5m；人行道为0.75m、1.0m或1.5m。交通桥可以采用单跨简支梁式，也可以采用连续梁式。（3）作用在桥梁上的荷载主要有恒载：包括桥梁上部结构物自身重力及附属设备重、填土重及土压力等；活载：包括人群荷载、车辆荷载及其产生的冲击力、制动力以及所引起的土侧压力等；其它荷载：包括温度变化及混凝土收缩而引起的力、梁桥简易支座的摩阻力、以及施工荷载、冰及漂浮物对墩台的撞击力等。 3、3 溢流坝下游的消能计算              溢流坝常用的四种消能工程型式的特点见3-5表。表3-5 溢流坝下游的消能工程型式 消能方式设计计算参数优点缺点适用条件挑流消能 反弧半径：R挑角：θ工程量小冲刷大、雾气大基岩好、ΔH大底流消能池长:L池深当Fr=4.5～9，消能稳定工程量大河床基岩差，H下变幅大面流消能反弧半径：R挑角：θ挑坎高度：a工程量小出流态不易控制尾水变幅不大消力戽消能反弧半径：R挑角：θ挑坎高度：a工程量小，消能效率高出流态不易控制尾水变幅不大(1)挑流消能工程(图3-36) 图3-36挑流消能工程 (2)底流消能工程(图3-37) 图3-37底流消能工程4. 底孔泄水建筑物设计要点坝身泄水孔是重力坝和拱坝常用的型式之一，根据孔口在坝体上的位置，可分为中孔和深孔。4.1坝身泄水孔的进口高程及孔口尺寸坝身泄水孔的进口高程除应满足工程要求的泄放水流的要求外，还应满足最小淹没水深的要求。若坝身泄水孔主要用于放空水库，就应该按照工程的放空要求确定其进口高程及孔口尺寸，本节以放空底孔的进口高程及孔口尺寸的确定为例，介绍坝身泄水孔的进口高程及孔口尺寸的确定。放空底孔的进口高程及断面尺寸的拟定需要进行通过放空计算确定。即首先初步拟定几组底孔的进口高程及断面尺寸，进行放空计算，选择一组满足放空要求的底孔进口高程及断面尺寸。4.1.1放空底孔的进口高程用于放空目的的底孔的进口高程，应位于淤砂高程之上，在最低放空水位之下并满足最小淹没深的要求，即放空底孔在最低放空水位时应满足最小淹没深的要求。 若底孔进口以上水深淹没不足，在水面上会发生立轴旋涡，严重时可贯通而将空气引至放空孔洞内，引起放空孔洞内混凝土的空蚀。当放空底孔前沿对称来水时，最小淹没深可按下式计算式中，S—为最小淹没深，。     V—相应于h的断面平均流速，。h—进口后的均匀洞身高度，。忽略行进流速，(H为洞身中心线至进口处上游水面的水头)。          式中，—流量系数，初步设计时可取0.85~0.9。4、1、2 放空时间计算的初始条件 （1）放空时间 应根据所设计的枢纽工程的基本设计资料确定放空库水的时间。（2）放空水位 放空水位一般是从正常水位放至死水位，或根据所设计的枢纽工程的基本设计资料确定。（3）参加放空泄水的建筑物 根据所设计的枢纽工程的具体情况，确定在放空时段内参加放空泄水的建筑物的泄水流量，一般应计入电站的引用流量。（4）放空时段内的上游来水量 放空时段一般选择在枯水期，根据所设计的枢纽工程的水文资料查找该时段的上游来水量。4、1、3 放空时间计算 当从正常水位至放空水位的水位高差较大时，放空时间应分几个水位段进行计算，见图3-38，可以参考表3-6进行放空时间计算。         图3-38放空时间计算示意图   表3-6放空时间计算上游水位   （m）库容 （m3）平均水位  （m）Q溢 （m3/s）Q电 （m3/s）Q底 （m3/s）Q来 （m3/s）Q下 （m3/s）H上       H下表中Q溢为当所取的计算库容在溢流堰顶以上时，溢流坝下泄的流量。Q电为电站的设计引用流量。Q底为放空泄水底孔的流量，为流量系数，A为初步拟定的放空泄水底孔的过水断面面积。Q下=Q溢+Q电+Q底—Q来。 总放空时间T=库容/Q下。选择总放空时间满足所设计的枢纽工程要求的断面尺寸作为放空泄水底孔的过水断面。4、2 坝身泄水孔的进口段布置坝身泄水孔的进口段需要设置进口渐变段（喇叭口段）、通气孔、平压管、压坡段等。4.2.1进口渐变段进口渐变段(图3-39)应使进口水流平顺，减少水头损失，控制负压生产，其体型应符合流线型。常采用的型式是一个三向或四向收缩的矩形喇叭形进水口，喇叭口的上唇曲线为1/4椭圆，长轴孔口高度，短轴，喇叭口的两侧曲线为1/4椭圆，长轴=孔宽度，短轴，喇叭口的下唇曲线可以同上唇曲线为1/4椭圆，或为1/4圆。图3-39进口渐变段 4、2、2 通气孔通气孔作用是对于无压泄水孔用于向明流段充气，避免孔内产生负压及空蚀现象，并可减弱水流的波动。对于有压泄水孔(图3-40)，当上游关闭检修门，开启工作闸门进行洞内检修时，用于对洞内进行补气；检修完毕后，在检修闸门与工作闸门间需充水平压，以减少检修闸门的启闭力，这时通气孔起排气作用。图3-40有压泄水孔通气孔布置通气孔布置原则：（1）有利于安全操作的正常运用。（2）通气孔顶端应在上游高水位以上，并与启闭机室分开，外口应有防护罩。（3）通气孔内口应尽量靠近闸门下游面，并力求设在门后管道顶板最高位置。（4）通气孔体形力求平顺，避免突变，在必须转弯处，应适当加大弯道半径，以减少气流阻力。 通气孔面积选择：由于影响补气量的因素很多，目前通气孔孔口尺寸的确定仍停留在经验阶从而。以前设计使用补气量公式最常用的是康拜尔经验公式。目前依据水利水电工程钢闸门设计规范设于泄水管道中的工作闸门或事故闸门，其门后通气孔面积可按下列经验公式计算：                                     （7-12）   式中，—通气孔的断面面积，m2。——通气孔的充分通气量，m3/s。——通气孔的允许风速，m/s，一般取用40m/s，对于小型闸门可取50m/s。——闸门孔口的水流流速，m/s。A——闸门后管道面积，m2。4、2、3 平压管平压管是设在泄水孔或隧洞前后两个闸门之间的闸墩或边墩内的水管，或设在闸门上的一种管阀。当泄水孔或隧洞检修完毕后，放下工作闸门，通过平压管向两个闸门之间充水，使检修闸门前后的水压力相等，可以有效地减少检修闸门的启门力。管径一般为20cm。4、2、4 拦污栅拦污栅是设置在进口最前端的一种格栅，以阻止较大的漂浮物进入遂洞。（见第四章，2、1、3进水口主要设备的设计）4、2、5 渐变段 进出口部位为适应闸门的要求而设计成矩形，有压泄水孔孔身段一般采用圆形断面，圆形断面过水能力大，受力条件好，所以在闸门与孔身段之间应设置足够长度的渐变段，以使水流平顺过渡。 渐变段的长度一般为孔径的2~3倍。（详见第四章，2、1、2 进水口的型式和尺寸）4、2、6 闸门槽的形状和尺寸进口检修闸门一般采用平板闸门，支承闸门的闸门槽常因体形形状不当，造成水流脱壁，产生空蚀破坏。因此在高水头的情况下，闸门槽应采用图3-41所示的形状，使水流平顺地沿侧壁斜坡流动。图3-41平板闸门门槽形式4、2、7 压坡段 有压泄水孔出口控制着整个泄水孔内压力的分布状况，考虑到泄水孔内可能因局部体形不当或其他问题出现压力降低，产生空蚀破坏，一般在有压泄水孔出口处应设设置收缩断面，增加孔内压力，改善出口压力分布，以保证洞内为满流状态。压坡段(图3-42)顶部坡率一般采用1：4~1：6之间，或收缩量大致为孔身面积的10%~15%，其长度一般为3m~6m。 图3-42有压孔洞和无压孔洞示意图4、3 孔身段布置有压泄水孔孔身段可以采用圆形断面，这样需要在检修闸门之后和工作闸门之前设置渐变段。无压泄水孔明流段部分需要保证在泄水水面线以上有一定的净空余幅，所以其设计较复杂。4.3.1无压泄水孔明流段底缘曲线4、3、1 无压泄水孔明流段底缘曲线无压泄水孔在工作闸门后明流段的底部应与孔口出流水舌的底缘一致，一般采用射流抛物线线型(图3-43)，在闸孔与抛物线起点之间设一段直线缓冲段，也可以直接做成一定坡度的直线形。 图3-43无压泄水孔明流段底缘曲线射流抛物线为：式中：——为防止负压而采用的安全系数，=。V——起始断面的流速，，为工作闸门孔口中心线出的工作水头，为流速系数，可取。——抛物线起点（坐标x、y的原点）处切线与水平方向的夹角，当抛物线起点（坐标x、y的原点）处切线为水平时，θ取0，则4、3、2 无压泄水孔明流段顶部高程无压泄水孔明流段的顶部高程应在泄水水面线上保持一定高度的净空(图3-44)。当孔身段为矩形时，净空高度可为最大流量时不掺气水深的30%~50%。当孔身段为城门洞形时，拱角距水面的高度可为最大流量时不掺气水深的20%~30%。 图3-44城门洞形无压泄水孔4、3、2 无压泄水孔明流段顶部高程无压泄水孔明流段的顶部高程应在泄水水面线上保持一定高度的净空(图3-44)。当孔身段为矩形时，净空高度可为最大流量时不掺气水深的30%~50%。当孔身段为城门洞形时，拱角距水面的高度可为最大流量时不掺气水深的20%~30%。 图3-44城门洞形无压泄水孔4、3、3 明流段的水面线计算明流段的水面线计算可根据水力学中的分段求和法求得。可以用王正皋建议的简单近似公式估算。（1）在直线段上，某截面处水深ds式中，—定型设计水头。D—直线段起始断面处水深，取为压力段出口处断面高度。L—计算断面离起始断面的水平距离。i—底坡。（2）抛物线段上的沿程水深dp                （3）反弧段起始断面的水深dc             —反弧段起点与库水位高差，反弧段上水深的沿程变化可以忽略不计。4、4 出口反弧段坝身泄水孔的出口一般多采用单圆弧式，其反弧半径可采用为反弧段最低点的水深，也可以参考以下经验公式选取。 ，为反弧段末端与库水位高差。，的含义见图3-45。图3-45 计算示意图 反弧段末端高程应保证泄水孔为自由出流，或略低于下游最高尾水位。 5. 岸边正槽式溢洪道设计要点  岸边正槽式溢洪道的孔口尺寸以及闸孔口分孔工作，在水库的调洪演算时已完成，在此主要是拟定岸边正槽式溢洪道的纵向剖面结构形式及尺寸。图3-46 正槽式溢洪道的上下游视图5.1正槽式溢洪道的位置选择5、1 正槽式溢洪道的位置选择  图3-47西北口水库正槽式溢洪道5.1.1地形条件尽可能选择原地面高程与正常蓄水位高程相近垭口作为布置正槽式溢洪道的位置，使工程的开挖量小。尽可能使上游引渠短，以减小水头损失。要有利于下泄洪水归入原河道。5、1、2 地质条件布置正槽式溢洪道轴线的两岸山坡应有一定的整体稳定性，良好的基岩可节省溢洪道泄水槽混凝土衬砌的工程量。5、1、3 管理运行正槽式溢洪道位置选择应使整个水利枢纽管理运行方便。5、2 溢洪道的过水流量校核对调洪演算拟定的溢洪道孔口进行分孔，确定了闸墩的形式和厚度后，应准确地确定流量系数和收缩系数，再根据式（3-）校核其过水流量。（3-）式中，Q——溢洪道的过水流量，m3/s。B——初步拟定孔口总净宽，m。 m——流量系数。ε——侧收缩系数。g——重力加速度，9.81m/s2。对于低实用堰(图-48)，应考虑堰高P1对流量系数取值的影响： （1） 为高堰，流量系数接近常数，，不受堰高P1的影响。（2）为低堰，流量系数，与堰体高度有关，受堰高P1的影响，当P1较小时，水流纵向收缩不完善，是低堰的下限值。要求：（3）小，水流经过堰面路程过短，不能逐渐转向，要求。其中为定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%~95%选取。图3-48 实用堰型溢流堰示意图 图3-49正槽式溢洪道组成5、3 正槽式溢洪道各组成部分的设计 正槽式溢洪道由引水渠、溢流堰（控制堰）、泄水槽、消能设施、尾水渠组成（图3-49）。5.3.1引水渠5、3、1 引水渠  引水渠作用是将库水平顺引至溢流堰前。引水渠（图3-50）在平面布置上应尽可能短，以减小水头损失，避免平面布置上的转弯。图3-50引水渠示意图引水渠横断面一般为梯形断面，断面要足够大，使得过水流速之内。引水渠纵断面的底坡为平底，或不大的逆坡。5、3、2 溢流堰（控制堰）  溢流堰（图3-51）的作用是控制溢洪道的泄水能力。 图3-51溢流堰的上下游视图溢流堰形成控制的条件是：溢流堰前的引水渠断面要足够大，溢流堰后的泄水槽底坡要足够陡，两者的过水能力均超过溢流堰时，溢流堰才能起到控制整个溢洪道的泄水能力的作用。溢流堰的堰型(图3-52)有宽顶堰、低实用堰、驼峰堰（复合园弧构成的低堰）。 图3-52 溢流堰的堰型低实用堰的堰面曲线一般采用WES幂曲线，具有较大的流量系数，溢流坝剖面较小，便于施工防样。堰顶曲线的表达式为：式中，——剖面定型设计水头，按堰顶最大作用水头的75%~95%选取。，——与上游面坡度有关的参数，当上游坝面垂直时，，当上游坝面坡度为3：1时，。对于WES标准堰面(图3-53)，其基本剖面的大致范围是：x＝(－0.282～0.85)Hd，y=(0～0.37)Hd，下游堰面宜陡于1：1。实用堰常用反弧与下游底板相连接。由于低堰溢流曲线平缓，要求堰下反弧半径要比溢流坝采用较大的数值，一般取(0.2～0.5)(P1+H)，H为校核洪水位的堰上水头。 图3-53  WES标准堰面溢流堰堰顶上游面曲线段为椭圆或三心园曲线(详见本章3、1、2 溢流坝顶上游面曲线段）。溢流堰的设计计算包括稳定及结构计算。（参见《水工建筑物》课件，第八章水闸，闸室的稳定计算及闸室的结构计算）5、3、3 泄水槽（陡坡段）  泄水槽的作用是将下泄洪水由水库的上游水位高程降至下游水位高程。泄水槽设计的主要任务是确定泄水槽底坡和泄水槽的横断面尺寸。（1）确定泄水槽底坡泄水槽内的水流应为急流，因此泄水槽底坡应大于水流的临界底坡，。式中，——泄水槽的糙率系数，混凝土的糙率系数一般为0.012~0.015。——单宽流量。 ——临界水深。——相应于临界水深时的水力半径，，为泄水槽的过水断面，为泄水槽的湿周。过大的泄水槽底坡会使得泄水槽段的土石方可挖量增大。因此在确定泄水槽底坡时，应首先根据布置泄水槽段的原地面线的坡度和覆盖层的厚度初步拟定泄水槽的底坡，再判断其是否满足大于水流的临界底坡的要求，并作适当调整。(2)泄水槽的布置(图3-54)泄水槽在平面布置上宜直线布置，不宜转弯；若必须转弯，转弯半径大于10倍的泄水槽底宽。泄水槽在平面布置上采取收缩段，可减少开挖量，但收缩角要求小，以使得冲击波小。泄水槽在平面布置上采取扩散段，可以减小出口单宽流量，但扩散角应小于高速水流的自然扩散角，以免水流脱离边壁生产竖轴旋涡，初步设计时，可按式（3-）确定。                      式中，—拂钕德数，按扩散段的起始断面的流速和水深计算。    —经验系数，与扩散条件有关。一般采用1.5~3.0，水平槽底取小值，斜坡槽底取大值。泄水槽在纵断面上宜采用单一的底坡；坡度由陡变缓，边坡处由反弧段连接；坡度由缓变陡，边坡处由抛物线连接。  图3-54泄水槽的收缩段和扩散段布置图及泄水槽纵向变坡（3）泄水槽的水面线计算及横断面设计   泄水槽横断面上的侧墙高度应在泄水水面线上加上一定的超高确定。泄水槽的起始断面水深为溢流堰末端的水深，由能量方程：式中，—起始断面总水头。 —起始断面泄槽底部与水平面的夹角。—流速系数，一般取0.95。 沿程水深采用分段法,按恒定渐变流计算水面线（图3-55）：　　　　　　图3-55泄水槽的水面线计算简图,可以先假定，计算出相应于的分段距离L，逐步求出泄水槽水面线。（4）泄水槽的结构计算 泄水槽横断面一般采用矩形断面(图3-56)，断面尺寸根据明渠流（）公式确定，由泄水水面线上加超高确定边墙高度。 图3-56 泄水槽横断面示意图 作用于泄水槽衬砌的荷载有自重、时均动水压力、脉动压力、水流拖曳力和扬压力等，不易确切计算取值。因此泄槽底板一般需要衬砌，目的是防止冲刷，保护岩石免受风化，防止高速水流钻入基岩裂隙后导致岩石掀起，维持溢洪道泄水的稳定正常运行。 底板的衬砌厚度，在岩基一般为30~60cm；在土基一般为70~100cm。 侧墙结构计算同挡土墙（参见《水工建筑物》课件，第八章水闸，两岸连接建筑物）。5、3、4 消能防冲段 消能防冲段的作用是消除泄水槽下来的高速水流的能量。消能工程的形式可以采用底流消能和挑流消能的工程形式。底流消能工程需要计算消力池池深和池长。挑流消能工程需要确定挑流鼻坎的挑射角、挑流鼻坎末端的高程、计算挑流射程和冲坑深，一般挑射角取。5、3、5 尾水渠  尾水渠的作用是将溢洪道下泄的洪水平顺引至下游河道。断面尺寸由明渠流（）公式确定。5、4 溢洪道的细部构造 溢流堰需要设置纵向的收缩缝，泄水槽的底板衬砌需用纵横向的收缩缝分开，纵横缝的间距一般为10~15m。泄水槽的底板的纵横缝一般可采用平缝。当地基不均匀性明显时，横缝宜采用半搭接缝、全搭接缝或键槽缝（图3-57）。衬砌的纵缝和横缝下面都必须设置排水设备，并应纵横连通，渗水集中到纵向排水内排入下游。 泄槽的两侧边墙（见5、3、3 泄水槽，图3-56），如岩石良好，也可采用衬砌的形式。衬砌厚度一般不小于0.3m，需用钢筋锚固。边墙本身不设纵缝，与底板之间用纵缝隔离。当岩石比较软弱时，需将边墙做成重力式的挡土墙。边墙背面同样应做好排水，并与底板下的横向排水管连通。 图3-57 土基上泄槽底板的构造 (单位：cm)(a)横缝             (b)纵缝1－止水2－排水管3－灰浆座垫4－截水土墙5－透水垫层6－纵向排水管7－横向排水管图3-58 衬砌接缝的型式(a)平缝；(b)键槽缝；(c)、(d)搭接缝第四章 电站引水系统设计1. 电站引水系统及电站厂房1.1电站引水系统1、1、1 河床式电站取水系统河床式电站取水系统（图4-1），厂房本身承受上游水压力，成为挡水建筑物的一个组成部分，它安装高程较低，基础开挖量较大，要特别重视泥沙、防污、抗滑稳定和使地基应力分布均匀等问题。 适用于水头较低，单机容量较大的情况。图4-1河床式电站取水系统1、1、2 坝后式电站取水系统坝后式电站取水系水电站水头较高，建坝挡水，再将厂房紧靠坝布置的厂房，称为坝后式厂房，它又可以分为下列几类：（1）坝后式明厂房（图4-2），厂房在大坝的下游，不起挡水作用，发电所需的水经过坝式进水口沿着坝身压力管道引入厂房，适用于中、高水头的情况。 图4-2坝后式明厂房（2）坝垛式厂房，厂房布置在连拱坝，大头坝或平板坝的支墩之间，适用于中水头情况。（3）溢流式厂房，当河谷狭窄，泄洪量大，机组台数多，地质条件较差，不能利用采用地下式厂房时，又需要保证有一定宽度的溢流段时，把坝顶溢流段与厂房结合在一起，如新安江水电站，这种形式的厂房结构要求能抵抗高速水流的荷载，溢流面的施工要求平滑，使泄洪时不致发生震动和掺气。这种厂房设计计算比较复杂，施工质量要求较高。（4）挑流式厂房（图4-3），当在峡谷处建高坝，高水头大流量，泄洪时高速水流挑越过厂房顶，水舌射落到下游河床中，如乌江渡水电站和漫湾水电站，这种形式的厂房在泄洪开始时和终结前，有小股流量水舌撞击厂房顶，但时间短，荷载不大，不够成对厂房安全的威胁，且不致引起厂房的共振和气蚀，但挑射距不如溢流式厂房挑射的远。图4-3挑流式厂房1、1、3 坝内式厂房当洪水量很大，河谷狭窄时，在坝轴线上不容易布置水电站厂房和溢洪道；如果在岸边建造地面式厂房，开挖量很大；如果采用地下式厂房，地下开挖量也不少。这时可以考虑将厂房布置在混凝土坝、宽缝重力坝或拱坝的内腔（图4-4），而在坝顶设溢洪道。 图4-4坝内式电站厂房这种形式的厂房可以充分利用坝体的强度，省掉厂房的混凝土工程量；在施工时，坝内空腔对混凝土的散热和冷却有利，还可以利用空腔设置坝基排水，降低扬压力；厂房布置不受下游水位变化的限制。坝体施工质量要求较高，施工期对拦洪或导流以及大坝分期施工或分期蓄水等方面，不如实体混凝土重力坝有利，且坝体结构计算复杂，往往需要做不少试验，才能确定一个较好的轮廓尺寸。1、1、4 引水式电站取水系统　引水式水电站是在河段上游筑闸或坝（或无坝）取水，经人工引水道引水到河段下游来集中落差所建的水电站。 图4-5小浪底枢纽电站进水口 图4-6小浪底枢纽电站进水口全景由于引水道集中落差的原理是人工引水道的糙率、流速和水面坡降均比原河段的小。所以最适用于坡降大的河段，或河道裁弯引水和跨流域引水，这样可以从取得很高水头。引水道式水电站一般不需建高坝，造价较低，主要用于流量较小，河道坡度较陡的山区河流。1、1、5 地下式电站厂房取水系统受地形、地质的限制，在地面上找不到合适位置建造地面式厂房，而地下有良好的地质条件或是国防上的需要，可将厂房布置在地下山岩中（图4-7）。适用于河道比较狭窄，洪水比较大，地质条件良好的情况,可减少与泄洪建筑物之间的矛盾，并且在建造厂房时与大坝施工和施工导流无干扰。 图4-7 溪落渡地下式电站厂房取水系统1、2 电站厂房的组成及功用1、2、1水电站厂房的功用修建以发电为主的水利枢纽，首先应修建挡水枢纽（坝、闸等），引水枢纽（隧洞、渠道）才能将水引入厂房。有压水流通过水轮机，将水能转变为机械能，再通过发电机将机械能转变为电能，然后输送给用户作为能源。装设水轮机、发电机及各种机电辅助设备的工厂，称为水电站厂房。水电站厂房是一座用水来发电的工厂，它是水力机械、电气设备和土建的综合体。在进行厂房设计之前，对水力机械、电气设备在厂房中的作用和布置应有一定的了解，才能设计出合乎要求的水电站厂房。1、2、2水电站厂房的组成 因利用水能发电，故水电站厂房是机、电、水的综合体，主要由四部分组成。 图4-8水电站厂房的组成示意图（1）主厂房。它是安装水轮机和发电机的主要场所，由于水轮机和发电机（简称机组）有一定高度，因此主厂房一般为2～3层的工厂建筑。下层为引水道和尾水道等过流部件。中层为机墩、电缆等设备层。上层为发电机的定子、转子设备，即厂房的运行操作层。由于各层的功用不同，下层在土建上多为块体结构，而上层多为框架结构。各层的布置也因功用不同而异。（2）副厂房。它是保证主厂房正常发电的辅助场所。副厂房内部主要布置有水力机械和电气设备的辅助设备，如水机的油、水、气系统等有关设备，及电机的电缆、母线、高压开关、厂用变压器、仪表盘等设备。（3）变压器场。发电机发出的电流，一般电压不够高，若需输送给远距离的用户，必须升高电压，才能减少电能损失，因此要设升压变压器。放置变压器的场所可称为变压器场。 （4）高压开关站。升高电压后的输电线需经一定的开关控制设备才能送走，这些设备，如油开关、闸刀开关、各种互感器、汇流排等放置的场所，称为高压开关站。若升压变压器也放在开关站内，就称这个场所为升压站。  主副厂房，升压站，为厂房必不可少的组成部分，缺少任何一项均不能正常发出电来。1、2、3由运行系统看厂房的组成厂房由水轮机、发电机组成，故从运行角度看，厂房应有以下几大系统。（1）过流系统。由进水钢管、蝴蝶阀、蜗壳、水轮机、尾水管、尾水闸门、尾水渠等组成。它的功用是引进水流，冲动水轮机，然后排走用后之余水。（2）电气系统。发电机发出的电，经升压后才能送给用户，升压后经过的电气设备称电气一次回路。它包括发电机及其引出线、电压电流配电设备、主变压器、各种母线、电缆、升压站内设备等。（3）二次回路系统。属监控设备的仪表和电缆称二次回路。它的设备有机旁盘、励磁盘、中控室中各种表盘、互感器、继电器、控制电缆等。2. 坝后式电站引水系统设计2.1坝式引水系统设计2.1.1电站引水系统的进口高程对于混凝土坝，电站引水系统的进水口多设在坝上，因此称为坝式进水口，厂房紧靠坝下游（或位于坝内），进水口与坝体结合形成整体。这种形式的进水口，引水路线最短，水力条件好。电站引水系统的进水口高程（图4-9）应在水电站运行中可能出现的最低水位（或死水位）决之下，为避免进水口出现旋涡和吸气，漏气现象，需要满足最小淹没水深的要求，一般还应在淤砂高程之上0.5~1.0m。进水口底部高程▽进=发电死水位—S—dd—孔口高度，m。S—进水口淹没深度（m）。依据《水电站进水口设计规范》（SD303-88）附录四弋登公式计算，即从防止产生贯通式漏斗漩涡考虑。S=CVd1/2V——闸孔断面流速，m/s。C——孔口形状系数，C=0.6。 在工程实际中，由于地形限制和边界条件的复杂性，要求进水口完全不产生旋涡和吸气现象是困难的，上式只能作为初步确定最小淹没水深的依据。图4-9 坝式进水口2、1、2 进水口的型式和尺寸进水口的进口段、闸门段及渐变段的轮廓尺寸及线型要保证最优的水流条件，减少水头损失，并满足设备布置需要。（1）进口段为了使水流平顺地进入引水道，减小水头损失，进口流速不宜过大，一般控制在左右。进口段一般采用三向收缩的喇叭口形，其轴线在平面上呈直线布置。顶板曲线采用上四分之一椭圆曲线，曲线方程式为，其中长轴，短轴，两侧边壁的轮廓也用椭圆曲线。进口段的长度无一定标准，在满足工程结构布置需要及进水可能允许的尺寸与水流顺畅条件的原则上要求布置紧凑。 （2）闸门段 图4-10 坝式进水口型式一般应在闸门段设工作门和检修门（图4-10），闸门段是渐变段和进口段的连接段，进水口通常设置两道闸门，即工作闸门（或称事故闸门）及检修闸门。工作闸门仅在全开或全关的情况下工作，不用于调节流量，在引水道或机组等突然发生事故时，能够在动水情况下迅速（2～3分钟内）关闭，快速切断进入引水道的水流，也可用以关闭进水口以便检修引水系统。为减少启门力，并避免闸门在开启的瞬间高速水流冲入压力管道，而引起管道振动，一般在闸门开启之前先用充水阀充水，待上下游水压力平衡后，再开启闸门。工作闸门的启闭设备，通常在每个进水口设一套固定式卷场机或油压启闭机并设自动控制装置，以便随时可以操作闸门。平面闸门应能吊出门槽进行检修。检修门是为检修工作闸门及门槽时用来堵水。检修闸门设在工作闸门之前，当工作闸门检修时用以临时挡水，有时也可代替工作闸门。几个进水口可以共用一套启闭设备，采用进水口平台上的移动式启闭机操作。两闸门之间通常设计成横断面为矩形的水平段，其间距应满足闸门安装、维护工作所需要的净空距离。闸门孔口采用矩形，考虑到深水工作闸门制成窄高形式有利于承载，其宽度稍小于或等于压力管道直径，闸门段的横断面常取引水管道的1.1倍左右。（3）渐变段 渐变段是由闸门段到压力引水管道的过渡段（图4-11），为使水流不产生涡流并尽量减少水头损失，由矩形变到圆形采用在四角加圆角过渡。为使水流平顺连接，坝式进水口的渐变段长度取为压力管道（或隧洞）直径的倍，收缩角为一般取，以为宜。渐变段的示意图4-1如所示。                         图4-11 渐变段示意图2、1、3 进水口主要设备的设计（1）拦污栅图4-12拦污栅的布置形式拦污栅的作用是防止污物进入进水口（压力管和水轮机）。拦污栅的布置形式决定于进水口的型式和电站引用流量不小，当地的气候和件、水库水位变化范围、拦阻污物的最小尺寸和清污方法等。坝式进水口，拦污栅构架在平面上布置成直线形或沿半圆周布置成多边形，使行进水流从正面及两侧平顺的流入进水口，垂直布置，拦污栅的栅面与水流线垂直。立面上可为垂直的或倾斜的，当用人工清污时，根据运行经验，其倾角一般为60º～70º。 图4-13 进水管前的拦污栅根据近年来工程实际运行经验，如机组引用流量较大，为了增大拦污栅过水面积，常将各个进水口的拦污栅连成一个直线形整体，不再分隔，这样可以充分利用进水口前的空间，在部分栅面被泥沙污物堵塞时，仍可通过邻近栅面进水，起到互为备用作用，结构上也比较简单，施工方便，还便于用机械清污。为了增加进水口的抗震性，将拦污栅墩，闸门井等通过板梁系统与坝体紧密连接在一起。（2)通气孔在引水道进行充水或放空过程中，闸门后需要排气和补气，特别是当动水下门时，问题更为严重，会引起压力管内局部真空形成负压，为此必须紧接闸门后设置通气孔（图4-14）。根据原型观测统计资料，一般有压洞通气孔面积为孔口面积的3～5%，无压洞通气孔面积为孔口面积的10%左右,通气孔的面积一般为引水管道面积的。为避免闸门局部启闭时，高速水流带走门后的空气而产生负压并引起门槽或门后洞壁和洞顶的空蚀，同时也为了减弱水流的波动及满足工作和检修时的给排气要求，须设置通气孔，布置在闸门的下游侧。通气孔一般采用的圆形断面形式。（3）平压管为减少检修闸门的启门力，需要设置平压管，根据闸门段结构特点，平压管设置在工作闸门上，以便于检修。   （4）压力管道 图4-14引水管道上的通气孔图4-15压力管道 从水库将水流在有压状态下输送给水轮机的管道，采用坝内埋管的形式，倾斜式布置，由于引水道较短，一般采用单管供水，即一管一机，压力管道的直径应进行经济比较选定。压力钢管上弯道的转弯半径取倍管径。在设计流量一定的情况下，压力管道的直径与管内流速、水头损失和工程造价等密切相关。选择较小的直径，钢材用量和土建工程量较小，但水头损失（电能损失）大，反之，选择较大的直径，水头损失（电能损失）小，钢材用量和土建工程量较大，这里存在着经济技术比较的问题，应拟定几个方案进行经济技术比较。在初步设计阶段可以采用动能经济比较导出的经验公式，近似求出经济直径：式中，——系数，取值范围8~15，机组运行小时低、管道供水机组台数多，钢材贵而电价便宜时取小值，反之取大值。——管道平均流量，。H——设计水头，。常用的还有国外的彭得舒公式：  ——管道最大引用流量，。2、2 水电站厂房设计要点厂房设计时，主要是进行厂房的立面、平面布置。若布置合理，今后运行就很安全方便，投资也会很省。由于影响厂房布置的因素很多。因受地形、地质、水文、气象等不同因素的影响，很难作到定型化，必须因地制宜、充分论证比较后才能确定。厂房布置应满足下列一些原则:（1）尽可能选择有利的地形地质条件，厂房不要布置在滑坡或陡坡地段。（2）尽量使水流平顺进出厂房，以减少水头损失，防止淤积和冲刷。（3）尽量使厂内外交通方便。 （4）尽量节约投资，并使运行管理方便。2.2.1主厂房各层高程的确定2.2.1.1 主厂房安装高程的确定2.2.1.2 主厂房开挖高程 2.2.1.3 水轮机层高程的确定2.2.1.4 发电机层高程的确定2.2.1.5 吊车轨顶高程确定2.2.1.6 屋顶高程 　2、2、2 主厂房平面各层尺寸的确定2.2.2.1 机组段的长度厂房的宽度在立面布置时要考虑，此外在平面布置中也要研究。厂房的长度取决于机组段的长度。机组段长就是2台机组的中心线之间的距离，应由发电机层、水轮机层、蜗壳层最大需要的尺寸来确定（图4-20）。 图4-20机组段的长度示意图（1）发电机层机组段长的确定发电机层布置时，应考虑2台机组之间应有足够宽的行人通道，一般应为1～2m。此外若布置调速器及油压装置时，则会影响过道宽度，影响了多少，过道即应加多少。大型电站，一般一台机组一道楼梯，则楼梯可占宽度应加在机组段中。一般主楼梯宽1．5m左右，因此机组段长为：发电机风罩直径，加l～2m通道宽，加调速器占去的尺寸，加楼梯宽。此值计算出后，再按水轮机层和蜗壳层的要求核对比较，最后决定。（2）水轮机层机组段长的确定在水轮机层的土建和机电设备布置中，每个机组段应考虑以下因素布置：机组的机墩四周能过运行人员。上下游两边能布置下水力机械及电气设备。由于发电机层风罩圈尺寸总大于机墩圆筒尺寸，故水轮机层一般均能布置下设备，这一层的布置对机组段长度不起控制作用。（3）蜗壳层及尾水管层机组段长的确定 蜗壳层及尾水管层的结构布置对机组段长度有一定影响。尤其是一台运行一台放空时，两蜗壳之间混凝土净厚度应满足蜗壳承受之内水压力对结构厚度的要求。两条尾水管之间的净间距也应满足结构厚度要求。将发电机层、水轮机层、蜗壳层及尾水管层所需要的机组段长进行比较，取最大值为厂房的机组段长度。 机组段长度确定后，厂房总长可按下式计算：式中——厂房沿纵轴全长，m；n——机组台数；——机组段长，m；——安装间长度，m；——左端机组段加长，m；——右端机组段加长，m。因为吊车在起吊任何物体时，吊钩必须正对机组中心。因吊车本身有一定宽度，起吊最边上一台机组时，吊钩对准中心后，厂房必须延长一个才能放下吊车。故边机组段较中间的机组段要长些。初步估算时，，为机组水轮机转轮直径。右端增加值的确定：因机组段长为机组中心到中心之距离为L值，而右边最边一台机组还有一半的蜗壳结构，蜗壳外还应有结构厚度，故右边机组要适当延长一个，才能以缝和安装间联接。 （4）安装间长度的确定 安装间是机组安装和检修的场地，任何电站均应设置。平常运行时，为一空旷无物的房间，不设任何设备在内，但吊车必须要能覆盖此房间的主要部分。安装间与主厂房联在一起，一般厂房内，它不在左端就在右端，而且与对外交通线密切联系，才便于设备由公路或铁路运进来组装。安装间的高度一般与发电机层同高，才便于共用一台吊车。安装间高程在下游尾水洪水位以上。与外界交通线联接时，门前应有一平段，便于回车，也安全，以免汽车或火车下坡时冲入主机段，撞坏机组，有一平段便于降低车速。安装间的功用既然是安装和检修机组，它就应能放下机组的主要部件，一般为下列五大件：发电机转子带轴、上机架、下机架、水轮机顶盖、水轮机转轮及轴。这五大件在安装或检修时，放在安装问中，彼此应有lm左右的间隔，以便运行人员检查维修时操作方便。因此安装间的面积应以放下这五大件为准。在初步设计时，可按下式估算尺寸：                           2、2、2、2 机组段宽度的确定主厂房的宽度应由发电机层、水轮机层和蜗壳层三层的布置要求来共同决定。（1）发电机层中，首先由起吊转子带轴的方式决定是由上游侧或下游侧吊走，还是由厂房中部吊走。若由下游侧吊走，则厂房下游侧宽度主要由吊运之转子宽决定。若从上游侧吊走，则上游侧较宽。若从中间吊走，则厂房高而窄，两边的宽度由交通要求和设备布置决定。此外，发电机层是运行层，其厂内交通应畅通无阻，不应有死角。一般主要通道宽2～3m，次要通道宽l～2m。在机旁盘前还应留有lm宽的工作场地，盘后应有0．8～lm宽的检修场地，才便于运行人员操作。（2）水轮机层中，一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备（即油水气管路等）和发电机辅助设备（电流电压互感器、电缆等）。以这些设备布置后，不影响水轮机层交通来确定水轮机层的宽度。（3）蜗壳层一般由设置的检查廊道、进人孔等确定宽度。蜗壳和尾水管进人孔的交通要通畅，集水井水泵房设置应有足够的位置，以此确定蜗壳层平面位置。主厂房宽度的确定，以三层的布置要求均能满足为原则。当宽度基本确定后，最后要根据吊车标准宽度进行验证，最终宽度必须满足吊车的要求。3. 引水式水电站和地下厂房式电站设计要点3.1 隧洞式引水系统设计引水式电站和地下厂房式电站的隧洞式引水系统是地下结构，隧洞的进口一般是深孔，其结构形式主要有竖井式进口建筑物和塔式进口建筑物。 3.1.1 竖井式进口建筑物竖井式进口建筑物，即在进口附近的山体中开挖建成（图4-21）。竖井式是在隧洞进口部位的山体中开挖竖井，井的底部装置闸门，顶部设置操纵室和启闭机。优点是结构简单，全部埋在山体中，抗震及稳定性较好，比较安全可靠；进口明挖少，对边坡要求不高；在地形、地质条件合适时，工程量小，造价也较低。缺点是竖井之前的隧洞不便检修，有时竖井开挖也较困难。图4-21竖井式进口建筑物3、1、2 塔式进口建筑物塔式进口建筑物，即在山坡前的水库中建造封闭式塔或框架式塔，塔顶设置操纵室和启闭机的进口结构为塔式。封闭式塔身横断面可以是矩形的、圆形的或其他形状的。塔式进口建筑物适用于岸坡较平缓，边坡破碎，覆盖层厚，不宜于大开挖，即不宜采用在岸坡或岩体内布置建筑物的情况。缺点是远离岸边，工作桥长；塔身段较高，抗震性和稳定性差。优点是闸门关闭时，可对整个隧洞进行检修。国内外已建和在建的有压引水隧洞大多数采用圆形断面，也有部分工程由于发电水头不高又便于施工而采用非圆形断面，非圆形断面在沿程损失和断面应力方面都较圆形断面差。 图4-22塔式进口建筑物（1）图4-23塔式进口建筑物（2） 图4-24塔式进口建筑物（向家坝地下厂房进水口） 图4-25塔式进口建筑物（隔河岩引水式电站进水口）3、2 有压隧洞断面型式及尺寸有压引水隧洞的断面尺寸于隧洞的引用流量、洞内流速有关。在发电流量已定的情况下，断面尺寸取决于洞内流速，流速越大，隧洞尺寸越小，水头损失越大（电能损失越大），所以应根据隧洞工程费用和能量损失费用之和最低的原则来确定断面尺寸。初步估算随隧洞断面尺寸时，可以采用经验公式和隧洞经济流速法确定隧洞的经济直径。 式中——最大设计流量，；——设计水头，；  ——隧洞的经济流速，；衬砌材料为混凝土时为2.5~4.5，不衬砌时小于2.5。为了方便施工和检修，《水工隧洞设计规范》规定，圆形隧洞断面的内径不宜小于1.8。在断面形式变化处设置渐变段，渐变段的长度不小于1.5~2.0倍的洞径，或采用6~10的圆锥角渐变。3、3 地下厂房的布置地下厂房的内部布置原则上与地面厂房相同，但由于厂房位于地下，因此有其特殊问题需要予以特殊的考虑。地下厂房一般采用引水式开发，由于主厂房在引水道和尾水道之间的位置不同，在布置上有首部开发、中部开发和尾部开发三种方式。以地下厂房埋藏在山体中的深度划分，有全地下式、半地下式、窑洞式三种（图4-26）。 图4-26地下厂房开发方式半地下式和窑洞式一般布置在山体边缘，多为尾部开发方式，全地下式厂房三种开发方式都有可能采用。地下电站的主厂房、副厂房、变压器房、进厂交通洞、出线洞、通风洞等，形成一个洞室群体，应将这些洞室群体布置在地质构造简单、岩体坚硬完整、地应力小，上覆岩层厚度适宜、地下水微弱以及岸坡稳定的地段，尽可能避开断层、节理裂隙发育区以及高地应力区。主厂房洞室上覆岩层厚度应适度，若太薄，由于顶部构造弱面的切割形不成自然平衡拱而导致坍塌或需要较厚的厂房衬砌；若太厚，可能会产生岩爆现象。一般上覆岩层厚度应为洞室宽度的2~3倍，并不小于10m。 图4-27 地下厂房洞室群第五章 水利水电枢纽工程毕业设计说明书编写1. 综述   1、1 流域慨况   该节主要介绍所设计的水利水电枢纽工程所在的流域概况、自然、社会经济条件，该水利水电枢纽工程的建设在国民经济中的意义以及综合利用效益。1、2 枢纽任务及工程规模   水利水电枢纽工程的任务,一般包括防洪、发电、灌溉、供水、航运等任务。在设计说明书中需详细述说所设计的水利水电枢纽工程各项任务及具体要求。（1）发电：说明电站建设的必要性，论述本工程在电力系统中的作用和近期开发的必要性，说明供电范围、负荷预测、装机容量、径流调节及能量指标。（2）防洪：慨述流域的洪水特性、实测洪水和历史洪水、洪灾情况、防洪现状和防洪要求等。论述防洪保护对象、选定防洪标准、河道的安全泄量。（3）灌溉：慨述灌溉工程所在地区和灌区的自然社会经济状况，农业水利现状和发展规划，兴建灌溉工程的必要性。论述灌溉工程在不同水平年份的可供水量，灌溉工程的总体布置。（4）供水：说明供水范围及对象，不同水平年的供水量和水质的基本要求，输水系统的规划与布置。（5）航运：确定通航标准及过坝客、货设计运输量，过坝设计最大船舶吨位，过坝建筑物的形式和规模。 该章节主要介绍所设计的水利水电枢纽工程的概况、工程所在流域的规划成果及主要结论。工程所在地区的经济状况及近期远期发展规划，工程的社会经济效益及工程规模，兴建工程的迫切性和重要性。1.1流域慨况1、3 工程主要特性   工程主要特性用以反映所设计工程的工程规模和主要建筑物的参数。工程的主要特性包括其水文特性、水库特性及工程特性，一般可以按照表1、表2、表3的格式列表表示。  表5-1工程水文特性水文特性项目数量坝址以上流域面积（km2） 多年平均流量(m3/s) 设计洪峰流量（p%）(m3/s) 校核洪峰流量（p%）(m3/s) 实测最大洪峰流量(m3/s) 实测最大年径流量(m3/s) 表5-2水库特性水库特性项目数量项目数量项目数量校核洪水位(m) 相应下游水位(m) 相应库容(m3) 设计洪水位(m) 相应下游水位(m) 相应库容(m3) 正常蓄水位(m) 相应下游水位(m) 相应库容(m3) 汛前限制水位(m) 相应下游水位(m) 相应库容(m3) 死水位(m) 相应下游水位(m) 相应库容(m3) 表5-3工程特性工程特性主要建筑物项目说明挡水建筑物挡水建筑物形式 最大坝高(m) 坝顶高程(m) 坝轴线长度(m)  坝顶宽度(m) 泄水建筑物坝顶溢流式 孔口尺寸（长*宽*高）(m) 孔数 深式泄水孔 孔口尺寸（长*宽*高）(m) 孔数 电站建筑物电站建筑物的形式 装机容量（万kw） 机组台数 孔口尺寸（长*宽*高）(m) 放空建筑物放空建筑物的形式 孔口尺寸（长*宽*高）(m) 孔数 主要工程量土石方开挖（万m3） 混凝土方量（万m3） 金属结构安装（T） 固结灌浆   （m） 帷幕灌浆   （m） 2. 坝址水文特性   该章节需要详细描述水利水电枢纽工程所在河流的水文特性，河道特征和水利水土保持概况，为后续设计计算提供依据。2.1河流的水文特性 该节需要说明流域内水文测站分布、观测项目、观测年限、主要水文站的控制特性和高程系统。水位、流速、泥砂等测验方法和测验精度。主要测站资料整编情况。2．1．1年内流量变化该节主要描述河流的水文年度内流量变化、枯水期和汛期的划分和持续时间、河流的多年平均降水量、河流的多年平均流量（径流量），径流量系列的代表性论证，河流多年平均蒸发量等水文特性。 2．1．2水位流量关系曲线说明坝址处设计断面的水位流量关系曲线的绘制方法，代表性河流的水位流量关系曲线。可以用图形或列表的方式表示和提交。 2．1．3河流的各频率洪峰流量及洪峰特性流域的暴雨特性及成因，包括河流洪水的特性，洪水的时空分布、洪水的成因。说明洪峰系列统计的原则、分析检查计算结果的合理性和可靠性，提出设计洪水成果。分析确定历史洪水、实测特大洪水的重现期及各频率洪峰流量过程及洪峰特性。可以用图形或列表的方式表示。2、2 气象      该节主要描述河流、坝址及库区及邻近地区气象台分布与观测情况，如气候、温度、降雨、风等气象特性资料2、3 河流泥砂 该节主要描述河流泥砂的来源、淤砂状况、年平均输砂量等要素，对泥砂资料精度进行评价，提出悬移质、推移质特征值及颗粒级配、矿物成分等。3. 枢纽及库区地形地质条件   该章节应根据设计基本资料，分别描述介绍坝址和库区的地形地貌、地质构造、物理地质现象和水文地质条件，可溶岩地区要着重说明喀斯特发育情况和规律。3.1坝址、库区地形该节主要描述介绍坝址和库区的地形、地貌，河谷断面形状等。评价区域构造稳定性，确定工程场地的地震基本烈度，分析诱发地震的可能性。3、2 坝址、库区地质   该节主要描述介绍坝址、库区的岩层性质，岩层分布及地质走向,区域稳定及地震设计烈度。论述基岩的主要力学性质指标，如基岩饱和抗压强度、基岩允许承载力、基岩弹性模量、基岩变形模量、基岩泊松比，混凝土与基岩浇筑面抗剪强度等。可溶岩地区要着重说明喀斯特发育情况和规律。论述产生水库渗漏、浸没、库岸失稳和固体径流来源等环境工程地质问题，并对其发生的可能性或严重程度进行评价3、3 坝址、库区水文地质   该节主要描述介绍坝址、库区地下水的埋藏深度，含水层的分布、岩石的渗透系数，岩石的单位吸水量（公升/分）等。3、4 筑坝材料  介绍筑坝材料的来源，当地材料的分布和储量，开采方式和运输路线。说明建筑材料和人工骨料的产地位置、数量、质量和运输方式。 4. 枢纽建筑物选型、水文计算及枢纽总体布置   该章节主要参照前期工程规划阶段的结论，根据设计规范及水文计算（调洪演算），选择和确定枢纽工程中主要建筑物的型式和尺寸，初步拟定枢纽工程布置方案。（说明书的目录编写参考如下。）4.1工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准4、1 工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准   4．1．1枢纽建筑物组成水利水电枢纽工程的任务主要有防洪、发电、灌溉、航运、供水等，需要由不同类型的水工建筑物来承担不同的任务。根据所设计的水利水电枢纽工程的任务确定该枢纽工程的主要建筑物组成。4．1．2工程等级及主要建筑物的级别、洪水标准水利水电枢纽工程分等分级的依据是《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）或《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DJ5180-2003)。水利水电枢纽工程分等是根据所设计的工程的库容、防洪、灌溉、供水及装机容量等分项指标查找规范确定。根据各分项指标分别确定了其相对应的工程等级后，选择其中最高的等级作为该工程的工程等级。根据枢纽工程的等级，再确定该工程主要建筑物和次要建筑物的级别，以及建筑物设计的洪水标准。例：某工程水库总库容为，可确定该工程为II等工程；保护农田面积50×104亩，可确定该工程为III等工程；灌溉面积15×104亩，可确定该工程为III等工程；发电0.9×104KW，可确定该工程为V等工程，对综合利用的水利水电工程，工程等级按其中最高等级确定，综合上述情况，该工程为II等工程。根据设计规范，该工程永久建筑物为2级，次要建筑物为3级。4、2 枢纽建筑物选型研究所设计的枢纽工程，在规划阶段初步确定的坝址各比较方案的地形、地质、建筑物型式及布置、施工条件、建筑材料、工期、投资环境、工程效益、运行条件等，通过经济技术比较选定最终的坝址、坝轴线及枢纽布置方案。坝轴线、坝型选择和水利水电枢纽工程的布置三者是相互联系的，但在编制说明书时，可以分章节述说。 4．2．1坝轴线选择   根据所设计的枢纽工程的地质条件、地形条件、建筑材料、施工条件及综合效益等，对规划阶段确定的几条坝轴线进行论证，选择一条可行的坝轴线。4．2．2坝型选择首先讨论各类坝型的特点和适应条件，根据所设计的枢纽工程的地质条件、地形条件、建筑材料、施工条件及综合效益等，综合比较后选择一种或两种合适的坝型。4．2．3枢纽主要建筑物的选型枢纽主要建筑物包括引水系统、输水系统、发电、泄水、通航等主要建筑物，在进行枢纽工程总体布置前，首先要选择确定引水系统、输水系统、发电、泄水、通航等主要建筑物的基本型式。在进行主要建筑物的选型时，首先要了解各类建筑物的特点和适应条件，再选择适合具体工程情况的建筑物型式。在充分掌握各类泄水建筑物的特点和适应条件的基础上，选择合适的泄水建筑物型式。在充分掌握各类型取水系统的特点和适应条件的基础上，选择合适的取水系统型式。在充分掌握各类型放空建筑物的特点和适应条件的基础上，选择合适的放空建筑物型式。在充分掌握各类型航运建筑物的特点和适应条件的基础上，选择合适的航运建筑物型式。4、3 调洪演算确定最高洪水位及泄水建筑物孔口尺寸   4．3．1调洪演算的基本原理及计算方法  在该节中主要要说明以下两个问题：（1）调洪演算目的（2）调洪演算的基本原理及计算方法4．3．2初步拟定泄水建筑物的孔口尺寸  初步拟定的泄水建筑物孔口尺寸包括：（1）溢流坝（溢洪道）孔口总净宽（2）溢流坝（溢洪道）的堰顶高程（可参见，第三章泄水建筑物设计中2、3初步拟定泄水建筑物的孔口尺寸）4．3．3调洪演算方案及成果4．3．3．1基本资料 调洪演算需要的基本资料主要包括：设计和校核洪水过程线水库水位~容积曲线河道水位~流量曲线上游最高限制淹没水位下游河道最大的允许下泄流量起调水位及参加泄洪的建筑物4．3．3．2 调洪演算方案若泄水建筑物采用开敞式溢流坝（溢洪道）的形式，孔口尺寸包括堰顶高程和溢流堰前沿净宽度（即闸孔口净宽）。一般采用保持闸孔口净宽（B=Q/q）不变，变化堰顶高程，构成两组孔口尺寸，两组孔口尺寸和两种计算工况（设计洪水位和校核洪水位）组合，需要计算四组调洪演算方案。4．3．3．3 调洪演算成果可以按照表5-4的格式整理调洪演算计算成果。表5-4调洪演算计算成果方案计算工况堰顶高程 （m）溢流堰顶宽度（m）最高洪水位 (m)最大下泄流量 (m3/s)方案一设计洪水位    校核洪水位    方案二设计洪水位    校核洪水位     由技术经济比较，确定一组满足限制条件的溢流坝（溢洪道）孔口尺寸。再根据闸孔口总净宽进行分孔，确定每孔净宽及孔数。4、4 放空底孔断面尺寸的拟定   4．4．1放空底孔的形式对于混凝土坝型，放空底孔一般采用在坝内设泄水孔；对于土石坝坝型，放空底孔一般采用在两岸山体内开凿隧洞的形式。根据水流流态，放空底孔的形式有压放空底孔、无压放空底孔。 根据枢纽工程的具体情况选择确定放空底孔的形式。4．4．2放空底孔的布置及断面尺寸的拟定放空底孔的布置及断面尺寸的拟定需要进行通过放空计算确定。首先初步拟定几组底孔的进口高程及断面尺寸，进行放空计算，通过比较选择一组满足放空要求的底孔进口高程及断面尺寸。（参见第三章泄水建筑物设计，4.底孔泄水建筑物设计要点）4、5 初步拟定枢纽布置方案枢纽的布置就是要合理地安排各个建筑物的相互位置。坝址、坝型和枢纽布置是相互关联的，不同的坝轴线适于不同的坝型和枢纽布置方案，同一坝轴线也可以有不同的坝型和枢纽布置方案。坝址、坝型和枢纽布置是一项综合性极强的复杂工作，需要在详尽研究坝址处的自然条件、枢纽及各建筑物的施工条件、运用条件、综合效益和发展远景及总投资造价等后，经过全面论证、综合比较后确定。该章节需详尽描述所设计的枢纽工程的布置方案，并绘制枢纽工程的布置方案草图。5. 重力坝的基本剖面设计  　 重力坝的基本剖面设计过程是首先根据规范要求初步拟定出非溢流重力坝基本剖面，对初步拟定的基本剖面进行应力及稳定计算或优化设计，根据计算结果或优化设计成果，调整非溢流重力坝基本剖面的设计参数，最后进行重力坝的构造设计。（说明书的目录编写参考如下，说明书的内容编写与设计计算要求参见第二章挡水建筑物设计，2.非溢流重力坝剖面设计）5．1非溢流重力坝剖面设计5．1．1坝顶高程5．1．2坝顶的宽度5．1．3非溢流重力坝基本剖面5．2荷载计算及组合5．2．1荷载计算重力坝的荷载计算是沿坝轴线方向取单位坝宽作为计算单元。 作用在重力坝上的主要荷载有：①自重；②上、下游坝面的静水压力；③坝基面上的扬压力；④重力坝上游的淤沙压力；⑤浪压力；⑥冰压力；⑦泄放洪水时的动水压力；⑧地震荷载。5．2．2荷载组合荷载组合是将具有合理的同时出现机率的荷载进行最不利组合，作为建筑物上的设计荷载。根据设计规范确定重力坝的荷载组合。5．3重力坝的应力及稳定计算5．3．1重力坝的应力及稳定计算方法讨论各种重力坝的应力及稳定计算方法的应用情况。5．3．2重力坝的应力及稳定计算采用手算完成一种或两种工况的应力及稳定计算。采用“重力坝的应力及稳定计算”的计算机程序完成重力坝基本剖面的优化和设计规范要求的设计工况的应力及稳定计算。在完成重力坝的应力及稳定计算后，根据《混凝土重力坝设计规范》(SDJ21-1978)，对稳定校核和应力校核的结果应做出评价,说明其结果是否满足规范的要求。若稳定校核和应力校核的结果满足规范的要求，说明所设计的非溢流重力坝剖面的尺寸参数可以作为后续设计的依据，若稳定校核和应力校核的结果不满足规范的要求，则需要修改、调整非溢流重力坝剖面的尺寸参数，直至满足规范的要求。5．4重力坝的构造5．4．1坝顶构造5．4．2重力坝的分缝及接缝构造5．4．3廊道及排水系统布置6. 拱坝尺寸拟定和坝体布置（拱坝枢纽设计参考）   拱坝的尺寸包括拱冠梁剖面尺寸和各高程拱圈的半径R、中心角Φ和厚度T，拱坝的布置包括在坝址上的确切位置确定拱坝的平面布置图、上下游展开立视图及剖面图。在选择确定了拱坝的类型后，首先应初步拟定拱坝的尺寸，进行拱坝的布置，为拱坝的应力稳定分析计算和拱坝的体形修改提供依据。 （说明书的目录编写参考如下，说明书的内容编写与设计计算要求参见第二章挡水建筑物设计，3.拱坝尺寸拟定和坝体布置）6．1选择拱坝的类型坝址和河谷的形状及地质条件对拱坝的几何形式有很大的影响。拱坝根据其厚高比（TB/H）可分为薄拱坝、中厚拱坝、重力拱坝；根据拱圈的厚度是否变化又可分为等厚拱坝，变厚拱坝。按拱坝的拱圈轴线形式分类，有圆弧拱轴线拱坝，抛物线拱轴线拱坝，椭圆拱轴线拱坝，三心圆拱轴线拱坝，对数螺旋线拱坝。拱坝按其体形分类有园筒拱坝，单曲率拱坝，双曲率拱坝。应对所设计的工程的地形、地质条件进行详尽分析的基础上选择拱坝的类型。6．2拱冠梁剖面6．2．1坝顶高程拱坝坝顶高程的确定方法同重力坝。6．2．2坝顶的厚度TC、坝基厚度TB  由中国《水工设计手册》建议的经验公式或美国垦务局建议的经验公式计算出坝顶的厚度TC、坝基厚度TB的参考值，最后再根据坝高、坝型、河谷地形、地质等条件综合选择确定。6．2．3拱冠梁剖面拱冠梁剖面的形式有单曲率拱冠梁剖面、双曲率拱冠梁剖面。首先由公式计算得到坝体顶底拱圈的厚度，再根据坝址处的地形地质条件综合分析确定拱冠梁剖面的形式和尺寸。6．3坝体、坝基防渗排水设施的布置拱坝坝体及坝基防渗排水设施的布置同重力坝。6．4拱坝的平面布置拱坝平面布置的任务是根据地形和地质条件，拟定拱冠梁剖面和拱圈的尺寸，通过平面布置，确定拱坝在坝址上的确切位置以及各高程拱圈的半径R、中心角Φ和厚度T。6．5应力分析6．5．1应力计算方法、原理和基本假定    拱坝是一个变厚度、变曲率，边界条件十分复杂的壳体结构，目前的理论计算，需作必要的假定和简化。论述各种应力计算方法的原理、基本假定及应用情况。6．5．2荷载及荷载组合应根据设计规范确定拱坝的荷载及荷载组合。6．5．2应力分析采用纯拱法进行手算求解一种设计工况下拱冠梁处和拱端应力。采用“拱坝的应力计算”的计算机程序完成拱坝设计规范要求的设计工况的应力计算。对应力计算结果应进行评价，是否满足应力控制标准，如不满足应力控制标准，应提出改进方法，适当调整拱坝的体形及拱圈的尺寸参数，直至满足要求。7. 土石坝基本剖面设计（土石坝枢纽设计参考）   　土石坝基本剖面设计过程是首先根据规范要求初步拟定出土石坝基本剖面，并进行构造设计,对初步拟定的基本剖面进行渗流稳定计算和坝坡稳定计算，根据计算结果，调整或优化土石坝基本剖面的设计参数及构造设计。（说明书的目录编写参考如下，说明书的内容编写与设计计算要求参见第二章挡水建筑物设计，4.土石坝基本剖面设计）7．1选择土石坝的类型碾压式土石坝是用机械将土料分层碾压密实，是应用最广泛的施工方法。论述各类碾压式土石坝的特点及适用条件，选择合适的碾压式土石坝类型。7．2土石坝的剖面设计7．2．1坝顶高程7．2．2坝顶宽度7．2．3坝坡7．3土石坝的构造设计7．3．1心墙或斜墙根据所设计的枢纽工程的实际情况选择心墙或斜墙的结构形式，并拟定其尺寸。 7．3．2排水设施根据所设计的枢纽工程的实际情况选择排水设施的形式，并拟定其尺寸。7．3．3坝顶构造及护坡7．4渗流稳定计算渗流稳定的计算工况应符合土石坝设计规范的要求。7．4．1渗流稳定计算方法讨论渗流稳定计算的各种方法的计算条件、精度和实际应用情况。7．4．2渗流稳定计算（水力学法）渗流稳定计算的内容是根据所设计的土石坝的剖面：（1）绘制出坝体的浸润线，为坝体的稳定计算提供依据。（2）计算出通过坝体和地基的渗流量，。（3）判别下游坝坡的渗透稳定性，要求。当渗流稳定计算不能满足设计规范的要求时，应适当调整土石坝的剖面尺寸和土石坝的构造设计，直至满足要求。7．5坝坡稳定计算采用瑞典圆弧法手算完成一种或两种工况的下游坝坡稳定计算。采用“土石坝坝坡稳定计算”计算机程序完成设计规范要求工况的下游坝坡稳定计算。对下游坝坡稳定计算结果应进行评价，是否满足规范的控制标准，如不满足规范的控制标准，应对所设计的土石坝剖面尺寸及构造设计进行修改和调整，直至满足设计规范的控制标准。8. 泄水建筑物设计(重力坝枢纽和拱坝枢纽设计参考)在重力坝枢纽和拱坝枢纽中，泄水建筑物的型式主要采用表孔溢流的型式，即溢流坝。溢流坝设计内容主要包括溢流坝剖面设计、溢流坝坝顶构造设计以及溢流坝下游的消能计算。(说明书的目录编写参考如下，说明书的内容编写与设计计算要求参见第三章,3. 表孔泄水建筑物（溢流坝剖面）设计要点)8．1溢流坝剖面设计 8．2溢流坝坝顶构造8．2．1闸门的选型及布置8．2．2闸墩8．2．3水面线的计算8．2．4边墩和导墙8．2．4工作桥及交通桥8．3溢流坝下游的消能计算9. 正槽式溢洪道设计(土石坝枢纽设计参考)   在土石坝枢纽中，泄水建筑物的型式主要采用岸边溢洪道的型式，正槽式溢洪道是常用的一种型式。正槽式溢洪道的设计包括正槽式溢洪道的位置选择、溢洪道的过水流量校核、正槽式溢洪道各组成部分的设计、溢洪道的细部构造设计及溢流堰的应力稳定计算。溢流堰的应力稳定计算可参见第二章，2.3 重力坝的应力及稳定计算。(设计说明书的目录编写参考如下，设计说明书的内容编写与设计计算要求参见第三章,5. 岸边正槽式溢洪道设计要点)9．1正槽式溢洪道的位置选择9．2溢洪道的过水流量校核对调洪演算拟定的溢洪道孔口进行分孔，确定了闸墩的形式和厚度后，应准确地确定流量系数和收缩系数，应校核其过水流量是否满足工程设计的要求。9．3正槽式溢洪道各组成部分的设计正槽式溢洪道由引水渠、溢流堰（控制堰）、泄水槽、消能设施、尾水渠组成。讨论确定各组成部分的结构形式和尺寸。9．4溢洪道的细部构造设计10. 放空建筑物（坝身放空孔或放空隧洞）设计   在坝身设置泄水孔作为枢纽工程的放空建筑物是重力坝和拱坝常采用的型式之一，土石坝枢纽需采用在山体中开凿隧洞的形式放空水库。坝身放空孔或放空隧洞的断面尺寸拟定在“4、4 放空底孔断面尺寸的拟定”一节中完成，在此主要进行坝身放空孔或放空隧洞的结构布置。 (设计说明书的目录编写参考如下，设计说明书的内容编写与设计计算要求参见第三章,4. 底孔泄水建筑物设计要点)10．1进口建筑物设计坝身放空孔进口段的设计包括进口渐变段（喇叭口段）、通气孔、平压管、压坡段等部位的结构布置。放空隧洞是地下结构，进口段的设计包括进口建筑物结构形式选择，进口渐变段（喇叭口段）、通气孔、平压管、压坡段等部位的结构布置。（进口建筑物结构形式主要有竖井式进口建筑物和塔式进口建筑物，可参见第四章电站引水系统设计，3、1 隧洞式引水系统设计）10．2工作闸门及检修闸门布置10．3孔身段及出口消能布置有压泄水孔孔身段可以采用圆形断面，这样需要在检修闸门之后和工作闸门之前设置渐变段。无压泄水孔明流段部分需要保证在泄水水面线以上有一定的净空余幅，所以其设计较复杂。11. 电站引水系统及电站厂房设计  电站引水系统及电站厂房设计包括电站引水系统类型选择、电站引水系统的结构布置及尺寸拟定、电站厂房的各特征层的高程确定、电站引水系统和电站厂房纵向剖面及横向剖面尺寸拟定。（说明书的目录编写参考如下，说明书的内容编写与设计计算要求参见第四章电站引水系统及电站厂房设计) 11．1电站引水系统的设计要点 在“4、2 枢纽建筑物选型”中，已初步选择确定了电站引水建筑物的类型，在此主要进行电站引水系统的结构布置及尺寸拟定。电站引水系统的结构布置及尺寸拟定包括电站引水系统的进口高程、进水口的型式和尺寸、进水口主要设备的设计等。11．1．1电站引水系统的进口高程11．1．2进水口的型式和尺寸（地下厂房引水系统的布置）11．1．3进水口主要设备的设计11．2电站厂房设计 电站厂房设计主要确定主厂房各特征层的高程，绘制主厂房、副厂房、安装间的平面布置图和立面布置图。   11、2、1主厂房各层高程的确定11、2、2主厂房平面各层尺寸的确定12. 地基处理  岩石地基处理（重力坝枢纽和拱坝枢纽设计说明书的目录编写参考如下）：12．1开挖、清理12．2固结灌浆12．3帷幕灌浆12．4坝基排水设计12．5局部缺陷的处理砂砾石地基处理（土石坝枢纽设计说明书的目录编写参考如下）：砂砾石地基处理的主要问题是透水性大，因此处理的重点是采取防渗排水措施进行渗流控制。12．1垂直防渗设施的构造设计12．2下游排水措施的构造设计参考文献   　[1]水利水电规划设计标准化技术委员会，《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）,北京：中国电力出版社，2003[2]长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），北京：中国水利电力出版社，2000.7[3]水利电力部华东勘测设计研究院，《混凝土重力坝设计规范》（SDJ21-1978），北京：水利电力出版社，1978[4]水利电力部华东勘测设计研究院，《混凝土重力坝设计规范（试行）SDJ21-1978补充规定》，北京：水利电力出版社，1984[5]国家电力公司华东勘测设计研究院，《混凝土重力坝设计规范》（DL5108-1999），北京：中国电力出版社，2000 [6]水利电力部华东勘测设计研究院，《混凝土拱坝设计规范》（SD145-1985），北京：水利水电出版社，1985[7]黄河水利委员会勘测设计研究院，《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001），北京:中国水利水电出版社，2002[8]江苏省水利勘测设计研究院，《水闸设计规范》（SL265-2001），北京：中国水利水电出版社，2001[9]水利部天津水利水电勘测设计研究院，《溢洪道设计规范》（SL253－2000）.北京:中国水利水电出版社，2000[10]陈胜宏等，水工建筑物，北京：中国水利水电出版社，2004[11]王宏硕主编翁情达副主编，水工建筑物（基本部分），北京：水利水电出版社，1990[12]张光斗等，水工建筑物（上下册），北京：水利水电出版社，1994[13]潘家铮主编，重力坝设计，北京：水利水电出版社，1987[14]黎展眉编 拱坝    北京：水利电力出版社[15]华东水利学院主编水工设计手册（5）混凝土坝 北京：水利电力出版社 1982[16]华东水利学院主编水工设计手册（6）泄水和过坝建筑物 北京：水利电力出版社1982[17]华东水利学院主编水工设计手册（7）水电站建筑物 北京：水利电力出版社1982'