陡槽式溢洪道簡介

自20世紀(jì)80年代以來，階梯消能工(跌坎)引起水利工程界的重視，并得到較廣泛的研究和應(yīng)用，是近年來較成功應(yīng)用于溢洪道陡槽段的新型輔助消能工。階梯跌坎消殺了溢洪道陡槽段泄流的部分能量，大大減小了溢洪道陡槽末端的消力池尺寸，節(jié)省了工程量和投資。國內(nèi)已修建了多座階梯式溢洪道，階梯消能工主要應(yīng)用在坡度較陡的溢流壩上，且為內(nèi)凹的連續(xù)式階梯消能工。國內(nèi)中小型水庫的主、副壩多為土壩，壩坡較緩，其溢洪道陡槽段坡度較緩。結(jié)合中小型水庫工程實際，在水庫溢拱道修建或改造的基礎(chǔ)上，在溢洪道陡槽段設(shè)置階梯跌坎，以消殺溢洪道陡槽段泄流的部分能量，減小陡槽段末端消力池尺寸，或使陡槽上的多級消力池改造為只有陡槽末端的一個消力池 。

階梯消能工促進水流消能的機理主要是陡槽面的階梯增加了溢流槽面的“表面糙率”。當(dāng)泄流流過溢洪道陡槽段階梯時，一方面由于階梯產(chǎn)生落差跌流，在階梯跌坎下游內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定的低壓漩渦；另一方面階梯跌坎頂不斷產(chǎn)生小漩渦，并卷入大量空氣，由此加劇了泄流的紊動，加速了壩面紊流邊界層的發(fā)展，在一定的單寬流量條件下，沿程水氣與水流充分摻混形成穩(wěn)定的摻氣水流，槽面水深增大，流速相應(yīng)減小，故耗散了壩面泄流的大量能量，大大增加了泄流的消能率。

溢洪道陡槽段階梯消能工的基本尺寸見下圖《溢洪道陡槽段階梯消能工的基本尺寸》所示 。

陡槽段階梯上的水流一般可以分為跌落水流、過渡水流和滑行水流。各種流動形式具體表現(xiàn)為：

(1)跌落水流：當(dāng)來流量較小時，階梯的高度相對水流的水深較大，陡槽上游階梯上水流出現(xiàn)彎曲貼流現(xiàn)象或者為跌落出射狀；下游階梯水流出現(xiàn)跌落出射狀，跌落射流與階梯跌坎下游面之間存在空腔；

(2)過渡水流：過渡水流是跌落水流和滑行水流之間形成的一種水流現(xiàn)象，其水流波動較大，有些階梯跌坎下游面區(qū)域出現(xiàn)空腔，有些階梯下游面則出現(xiàn)漩渦流；

(3)滑行水流：水流流經(jīng)階梯時，每一個階梯下游面區(qū)域充滿水，并形成穩(wěn)定的漩渦，漩渦的旋轉(zhuǎn)方向與主流流動方向相同。

陡槽段的滑行水流視其摻氣情況可以分為即光滑水流、摻氣過渡區(qū)水流和完全摻氣水流。水流摻氣后，各級階梯跌坎沿程的流速較接近，水面明顯摻氣，沿程水深變化較小，說明陡槽段的泄流能量往下游是逐漸減小的。2100433B

當(dāng)樞紐附近的岸邊有高程適宜的馬鞍形埡口時，采用正槽式溢洪道可以節(jié)省土石方開挖量。正槽式溢洪道布置在巖基上可以節(jié)省混凝土襯砌工程量并有利于工程的安全。正槽式溢洪道的進出口與壩體間要有適當(dāng)距離、進出水流順暢，以免影響其他建筑物的正常運行。

正槽式溢洪道由于全部是開敞的，正向進流、泄洪能力大、結(jié)構(gòu)比較簡單、運行安全可靠，便于施工、管理和維修，因此在水利樞紐中采用得最多 。

正槽式溢洪道的進水渠是水庫與控制端之間的連接段，它具有引水和調(diào)整水流的作用。當(dāng)控制端緊靠水庫時，此段只是一個呈喇叭口形的導(dǎo)流墻延伸至水庫內(nèi)?？刂贫酥饕梢缌餮吆烷l門來控制溢洪道的泄流量，設(shè)計時要合理地選擇其形式和確定溢流堰高程及溢流前沿長度。溢洪道的下泄水流具有很大的動能，消能工的作用是消散泄流的能量，防止泄流對下游的有害沖刷，可按泄水建筑物消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。當(dāng)消能后的泄流不能直接進入原河道時，需設(shè)泄水渠使泄流與下游河道的正常水流銜接。