壩身孔口泄流工作條件

壩身泄水孔內(nèi)流速較高，容易產(chǎn)生負壓、空蝕和振動；閘門在水下，檢修較難，閘門承受的水壓力大，啟門力也相應(yīng)大，門體結(jié)構(gòu)、止水和啟閉設(shè)備都較復雜，造價也相應(yīng)增高，因而一般不用壩身泄水孔作為主要的泄洪建筑物。一般作為輔助泄洪之用。

壩身泄水孔的進口全部淹沒在水下，隨時都可以放水。

其作用有：

（1）、預(yù)泄洪水，增大水庫的調(diào)蓄能力；

（2）、放空水庫以便檢修或應(yīng)付某些特殊情況；

（3）、排放泥沙，減少水庫淤積；

（4）、隨時向下游放水，滿足發(fā)電、航運和灌溉等要求；

（5）、施工導流。

壩身泄水孔又稱深式泄水孔，按泄水孔的相對位置分為中孔和底孔，按洞身流態(tài)分為有壓泄水孔和無壓泄水孔。深式泄水孔由進口段、管身段和出口段3部分組成。

有壓泄水孔的進口段包括喇叭口和閘門段。矩形斷面喇叭口的上唇和兩側(cè)墻一般做成1/4橢圓曲線，地面采用圓弧，以改善入流條件。閘門段內(nèi)設(shè)工作閘門和檢修閘門以及平壓管、通氣孔等設(shè)施。若工作閘門設(shè)在出口，則出口只設(shè)檢修閘門。管身斷面多為圓形，過水時處于滿流承壓狀態(tài)。出口段的過水斷面宜收縮，孔口高度逐步降低，以防止管身水流脫離孔壁，產(chǎn)生空蝕。有的將孔口寬度逐漸放大，有利于下泄水流的擴散和消能。在管身段與閘門段之間，需設(shè)漸變段。有壓泄水孔可設(shè)在壩身內(nèi)。

無壓泄水孔的進口段即為有壓短管段，全長約為1.5~2.5倍工作閘門高。入口段的上唇及側(cè)墻曲線與有壓泄水孔相似，但為改善壓力分布，上唇曲線小于1/4橢圓曲線，其后接一與之相切、坡度不緩于1：10的傾斜直線。無壓泄水孔不能設(shè)在溢流壩體內(nèi)。

當孔口高度e與孔口水頭H（上游水面至孔口中心的高度）之比時為小孔口；當時為大孔口（圖1）。當孔壁厚度不影響孔口出流時為薄壁孔口；反之為厚壁孔口。水利工程中常見的閘門下泄流稱為閘孔出流（圖2）。

為保證閘孔出流，e/H必須小于或等于0.65,否則閘門下緣脫離水面而成為堰流。當下游水位不影響泄流量時為自由出流(圖1a、圖2a);反之為淹沒出流（圖1b、圖2b）。胸墻擋水時的堰頂溢流和壩體短孔泄流等亦屬孔流?？卓谧杂沙隽鞯牧髁繛椋?

式中A為孔口面積；g為重力加速度;為孔口總水頭，其中H為孔口水頭，v0為孔口上游行近流速，α為動能校正系數(shù)(見水流能量方程);┢=εφ為孔口流量系數(shù),其中ε=Ao/A為孔口收縮系數(shù)(Ao為孔口收縮斷面C-C的面積)，φ為孔口流速系數(shù),與孔口對水流的阻力有關(guān)。對于薄壁圓形小孔口，ε=0.63～0.64，φ=0.97～0.98，μ=0.60～0.62。

當下游水位觸及孔口底緣時，流態(tài)即有改變，下游水位高于孔口上緣時為孔口淹沒出流(圖1b)?？卓谘蜎]出流的流量為：

式中z為孔口上下游水位差；μs為孔口淹沒出流流量系數(shù)。 　閘孔自由出流的流量為：

式中B為閘孔寬度；e為閘孔高度；為閘孔總水頭,H為閘孔水頭(上游水面至閘底板的高度);μ=ε′φ為閘孔流量系數(shù)；h0=ε′e為閘孔收縮斷面C-C的水深。其中為閘孔垂向收縮系數(shù),與有關(guān)；φ為閘孔流速系數(shù)，與閘孔形式有關(guān)。對于寬頂堰（見堰流）上平面閘門下的閘孔：當=0～0.65時，ε′=0.611～0.673，φ=0.85～1.0。

當閘孔下游水深 t大于收縮斷面水深ho的躍后水深hc2（見水躍）時為閘孔淹沒出流。其流量為：

Qs=σQ

式中Q為H及e值相同時的閘孔自由出流流量；σ為考下游水位影響的閘孔淹沒系數(shù)，與(t-hc2)/(H-hc2)有關(guān)。

水流從孔口直接流入大氣的，稱為自由出流。由于水流的慣性作用，在孔口斷面上各流線并不平行，使水流在出孔后繼續(xù)收縮，直至孔口約d/2處收縮完畢，形成最小的收縮斷面，流線在此趨于平行 ，然后擴散。

設(shè)孔口斷面的面積為ω，收縮斷面的面積為ωc,則ε=ωc/ω，ε為斷面收縮系數(shù)。

孔口出流的流速公式如下：

孔口的流量為：

缺口泄流流態(tài)復雜，泄流能力難以準確計算，一般以水力模型試驗值作參考。值得注意的是：進口主流與溢流前沿不正交，形成某一夾角，或溢流前沿形成回流、渦漩，是影響泄流能力的重要因素 。