蔣春霞，王春燕

(黑龍江省八五六農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江虎林158418)

1 側(cè)槽溢洪道

1.1 側(cè)槽溢洪道的布置

當(dāng)壩址兩岸山勢(shì)陡峻，采用正槽溢洪道將導(dǎo)致開(kāi)挖量巨大，甚至很難布置時(shí)，宜采用側(cè)槽溢洪道。側(cè)槽溢洪道是溢流堰曲線大壩順著河岸等高線布置，水流過(guò)堰后即進(jìn)入一條與堰軸線平行的側(cè)槽內(nèi)，然后再通過(guò)槽末所接的泄水道泄往下游。其泄水道可以是開(kāi)敞明渠(圖1)，也可以是泄水遂洞。

側(cè)槽溢洪道由溢流堰、側(cè)槽、泄水槽、消能段和尾水渠等5部分組成。當(dāng)無(wú)閘門(mén)控制時(shí)，提高了興利庫(kù)容的最高蓄水位，這對(duì)于處在高山峽谷地區(qū)的中小型水庫(kù)很有價(jià)值。

圖1 隧洞泄水的側(cè)槽溢洪道

1.2 側(cè)槽設(shè)計(jì)

側(cè)槽內(nèi)的水流特點(diǎn)，見(jiàn)圖2。泄洪時(shí)沿溢流堰全長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)水，過(guò)壩水流須轉(zhuǎn)90°彎流向下游，因兩股水流摻混，槽內(nèi)水流互相撞擊、紊動(dòng)劇烈;側(cè)槽不同部位的橫斷面所通過(guò)的流量不同，從上游端起向下游不斷加大，直至末端流量達(dá)到最大，此后該流量不再變化而沿泄水道下泄，這個(gè)流量亦即溢流堰全長(zhǎng)范圍內(nèi)的總溢流量。因此，側(cè)槽范圍內(nèi)的水流是沿程變化的非均勻流。

試驗(yàn)觀測(cè)表明，水流自側(cè)堰跌入側(cè)槽之后，水股沖向?qū)γ娌郾?，并向上翻騰，然后在重力作用下轉(zhuǎn)向下游。這樣在槽中就形成一個(gè)橫軸螺旋流，如圖2中(a)、(c)所示。螺旋流軸線平行于槽身斷面幾何軸，且較穩(wěn)定，但在橫斷面上水面不是水平的，堰對(duì)岸的水面要高些?？傊?，側(cè)槽為側(cè)向進(jìn)水，縱向泄流，流量遞增，水流紊亂。正是由于側(cè)槽內(nèi)水流的紊亂、側(cè)槽溢洪道才應(yīng)修建在完整堅(jiān)實(shí)的巖基上，如在士基上興建，必須要求泄流量小。

側(cè)槽斷面型式有兩種:即橫斷面沿程不變的棱柱體側(cè)槽和橫斷面沿程擴(kuò)大的非棱柱體側(cè)槽:棱柱體側(cè)槽的上游端常有一段停滯區(qū)，并間隙地出現(xiàn)旋渦;而非棱柱體側(cè)槽可做到不出現(xiàn)停滯區(qū)，槽中水流較穩(wěn)定，故工程實(shí)踐中常用。側(cè)槽泄水能力除決定于橫斷面尺寸及其沿程變化規(guī)律外，還與槽底縱坡有很大關(guān)系。如槽底縱坡較平坦，則槽中水面線坡降將較陡，而槽末為控制斷面，其水深對(duì)一定流量為一定值，于是側(cè)槽前段水面必然壅得較高，將影響過(guò)堰流量。而且水面坡降過(guò)陡時(shí)還會(huì)使槽內(nèi)流速變化趨于劇烈，增加流態(tài)復(fù)雜性。但如使槽底縱坡過(guò)陡，又會(huì)增加槽后段的深挖方。事實(shí)上是可以選到—個(gè)適當(dāng)?shù)牟鄣卓v坡，使水面線近于與槽底平行，這樣將能充分利用開(kāi)挖斷面，可省工料，而且槽內(nèi)流速變化也不劇烈。

圖2 側(cè)槽內(nèi)流態(tài)示意圖

1.3 側(cè)槽橫斷面

1.3.1 形狀

側(cè)槽橫斷面的形狀宜做成窄深式，這樣，槽中有較大的水深，可以使側(cè)向流進(jìn)的水流充分摻混，轉(zhuǎn)向后形成較平穩(wěn)的流態(tài);窄深斷面比寬淺斷面開(kāi)控方量少。

1.3.2 邊坡

側(cè)槽橫斷面的側(cè)向邊坡越陡越節(jié)省開(kāi)挖量，故在滿足水流和邊坡穩(wěn)定的條件下，宜采用較陡邊坡。根據(jù)模型試驗(yàn)，在溢流堰一側(cè)的邊坡可采用1∶05～1∶0.9;另一側(cè)則可根據(jù)巖石的穩(wěn)定邊坡選定，一般取1∶03～1∶0.5。

1.3.3 斷面尺寸

側(cè)槽橫斷面的大小應(yīng)根據(jù)流量經(jīng)計(jì)算確定。由于側(cè)槽內(nèi)的流量是沿流向不斷增加的，所以側(cè)槽底寬亦應(yīng)沿水流方向逐漸加大。

1.4 側(cè)措的縱剖面

1.4.1 槽底縱坡

配合窄深的梯形斷面，側(cè)槽應(yīng)有適它的槽底縱坡以滿足泄水能力的要求。由于水流經(jīng)過(guò)溢流堰泄入側(cè)槽時(shí)，水股沖向?qū)γ娌郾?，水流能量大部分消耗于水體間的摻混撞擊，對(duì)沿側(cè)槽方向的流動(dòng)并無(wú)幫助，完全依靠重力作用向下游流動(dòng)，所以槽底必須合—定的坡度。為使槽內(nèi)水流平穩(wěn)均勻，槽中水流應(yīng)為緩流狀態(tài)，槽底縱坡應(yīng)取統(tǒng)一坡度。應(yīng)使槽底近似平行于水面線，初步擬定時(shí)，可采用底坡為0.01～0.05。

1.4.2 槽底高程

確定槽底高程的原則應(yīng)該是在不影響溢流堰過(guò)水能力的條件下，盡量采用較高的槽底以減少開(kāi)挖方量。試驗(yàn)研究表明，若槽內(nèi)水面線在側(cè)槽始端最高點(diǎn)超出溢流堰頂?shù)母叨萮s(圖3)不超過(guò)堰頂水頭H的0.5倍時(shí)，可認(rèn)為對(duì)整個(gè)溢流堰來(lái)說(shuō)是非淹沒(méi)的。為減少挖方量，常以hs=0.5 h來(lái)確定側(cè)槽始端水位，該水位減去水深，可得槽首底部高程。槽內(nèi)各斷面的水深則根據(jù)側(cè)槽末端水深hL向上游逐段推算而得。規(guī)范建議采用hL(1.20～1.35)hk(hk為泄槽首端斷面的臨界水深)。當(dāng)bL/b0=1時(shí)，可取hL=(1.20～1.30)hk;當(dāng)bL/b0=2時(shí)，可取hL=(1.25～1.35)hk;當(dāng)bL/b0=1～2時(shí)，可按比例選用。

圖3 側(cè)槽與泄水槽的連接型式圖

為了控制側(cè)槽末端的水深確為hL以及使水流能平順地進(jìn)入泄水槽，常在側(cè)槽與泄水陡槽之間設(shè)水平調(diào)整段。調(diào)整段末端的水深為臨界水深，為已知值，故稱該斷面為控制斷面。調(diào)整段長(zhǎng)度L0可采用(2～3)hk，底坡宜水平，見(jiàn)圖3(a)?？刂茢嗝婵捎每s窄槽寬或用堰坎來(lái)控制側(cè)槽末端的水深 hL，見(jiàn)圖 3(b)。

2 非常泄洪設(shè)施

溢洪道是水庫(kù)安全的保證，但它只在遇洪水時(shí)才啟用。一般常遇洪水只需啟用部分溢洪道，只在遭遇較大或特大洪水時(shí)，才需啟用全部泄洪設(shè)施。為了保證安全，又考慮減少投資，根據(jù)不同洪水幾率來(lái)安排具有不同建筑標(biāo)準(zhǔn)的泄洪設(shè)施。例如正規(guī)的永久性溢洪道，只考慮泄放設(shè)計(jì)洪水，對(duì)于洪水出現(xiàn)幾率較低的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，則可考慮由簡(jiǎn)易的、臨時(shí)性的泄洪設(shè)施解決，這種臨時(shí)設(shè)施稱為非常泄洪設(shè)施或非常泄洪道。

2.1 漫頂自潰式非常溢洪道

漫頂自潰式非常溢洪道由自潰式土石壩、溢流堰和泄槽組成。自潰壩平時(shí)可以攔蓄洪水，當(dāng)水位超過(guò)一定高程時(shí)，水流漫頂自動(dòng)沖開(kāi)土石壩泄洪。在土壩沖開(kāi)泄洪時(shí)。下游流量有突增現(xiàn)象，給下游防護(hù)造成一定困難，所以壩的高度應(yīng)有一定的限制、國(guó)內(nèi)外己建成的漫頂自饋壩壩高一般為6 m以下。為了減小潰決后的驟然下泄量，在溢流前緣較長(zhǎng)時(shí)，可將漫壩自潰壩按不同高程分隔為數(shù)段，中間以隔墩分開(kāi)。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工方便，但需要有合適的地形地質(zhì)條件;缺點(diǎn)是運(yùn)行的靈活性較差，潰壩泄洪后，調(diào)蓄內(nèi)容減小，可能影響來(lái)年的綜合效益。

2.2 自潰式非常溫洪道

引沖自潰式非常隘洪道是在白潰壩頂部設(shè)置低于壩頂?shù)囊龥_槽，當(dāng)水位上升時(shí)，水流經(jīng)過(guò)引沖槽沖開(kāi)缺口，而后向兩側(cè)擴(kuò)展，使土石壩在較短的時(shí)間內(nèi)自行潰決。這種自潰壩潰決過(guò)程中泄量逐漸增加.對(duì)下游防護(hù)較有利，故自潰壩的高度范圍較大，在工程上應(yīng)用較為廣泛。

2.3 爆破引潰式非常溢洪道

當(dāng)水庫(kù)有天然馬鞍形山口做副壩時(shí)，可以采取在特大洪水時(shí)挖開(kāi)或炸開(kāi)副壩來(lái)泄洪的非常措施。在需要泄洪時(shí)可通過(guò)預(yù)先設(shè)置的廊道裝入炸藥，然后破捻過(guò)洪。

以上非常泄洪設(shè)施，其設(shè)計(jì)和運(yùn)用存在不少問(wèn)題，如能按時(shí)把壩沖開(kāi)或炸開(kāi)，一旦過(guò)水則無(wú)法控制流量，在庫(kù)水放至堰頂高程前，難以重新斷流;啟用時(shí)間不易確定，若使用不當(dāng)，將造成人為洪峰，反而加重下游災(zāi)情。

由于非常泄洪設(shè)施運(yùn)用幾率較少，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用和洪水考驗(yàn)的較少，設(shè)計(jì)理論不完善，又缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用時(shí)要具體研究、慎重對(duì)待，以使其既經(jīng)濟(jì)合理，又確保安全可靠。

［1］張作云，張利國(guó).水庫(kù)消險(xiǎn)工程側(cè)槽溢洪道控制水深計(jì)算方法示例［J］.黑龍江水利科技，2009，37(3):27－28.

［2］舒以安王仕筠.側(cè)槽水力設(shè)計(jì)方法［J］.水利科技，1981(10).

［3］吳時(shí)強(qiáng)，姜樹(shù)海.非常泄洪設(shè)施對(duì)大壩防洪安全影響的研究［J］. 中國(guó)工程科學(xué)，2000(12).

［4］李德瑞.對(duì)兩種非常泄洪設(shè)施的評(píng)述［J］.水利學(xué)報(bào)，1985(08).