1、1 概述概述溢流壩溢流壩是將溢流孔設于壩頂，泄洪時水流以自由堰流的方式過壩，其是將溢流孔設于壩頂，泄洪時水流以自由堰流的方式過壩，其泄流量與堰頂水頭的泄流量與堰頂水頭的3/2次方成正比，即隨著庫水位升高，泄量也迅速次方成正比，即隨著庫水位升高，泄量也迅速加大，所以當遭遇意外洪水時，超泄能力較大。加大，所以當遭遇意外洪水時，超泄能力較大。壩身泄水孔壩身泄水孔是將泄流進口布置在設計水位以下一定深度的部位。按孔是將泄流進口布置在設計水位以下一定深度的部位。按孔口設置的高程分為中孔和深孔口設置的高程分為中孔和深孔(底孔底孔)，前者進口位于壩體的中部，后者，前者進口位于壩體的中部，后者位于壩體的下部。按

2、孔內水流狀態又可分為有壓泄水孔和無壓泄水孔位于壩體的下部。按孔內水流狀態又可分為有壓泄水孔和無壓泄水孔兩種。有壓泄水孔指高水位閘門全開泄水時整個孔道都處于滿流承壓兩種。有壓泄水孔指高水位閘門全開泄水時整個孔道都處于滿流承壓狀態；無壓泄水孔指泄水時除進口附近一段有壓外其余各部分都處于狀態；無壓泄水孔指泄水時除進口附近一段有壓外其余各部分都處于明流無壓狀態。明流無壓狀態。CH.5 混凝土溢流壩和壩身泄水孔混凝土溢流壩和壩身泄水孔庫容有限，把水庫容納不下的洪水有控制地泄放到下游；庫容有限，把水庫容納不下的洪水有控制地泄放到下游；滿足灌滿足灌溉、航運、供水溉、航運、供水(城市及工業城市及工業)、放空水

3、庫、沖沙排沙等要求，必須根據、放空水庫、沖沙排沙等要求，必須根據實際需要進行放水。實際需要進行放水。壩頂溢流壩頂溢流壩型：壩型：實體重力壩、寬實體重力壩、寬縫重力壩、重力拱壩、縫重力壩、重力拱壩、雙曲拱壩、大頭壩、連雙曲拱壩、大頭壩、連拱壩拱壩等。等。特殊問題是高速水流，特殊問題是高速水流，如閘門振動、局部空蝕、如閘門振動、局部空蝕、水流摻氣、脈動、消能水流摻氣、脈動、消能等等壩身泄水孔壩身泄水孔混凝土壩中，壩身泄水混凝土壩中，壩身泄水孔是常用的泄水建筑物。孔是常用的泄水建筑物。特殊問題是高速水流，特殊問題是高速水流，如閘門振動、局部空蝕、如閘門振動、局部空蝕、水流摻氣、脈動、消能水流摻氣、脈

4、動、消能等等包括過水前緣總寬度、堰頂高程、孔口數目和尺寸。根據洪水流量和允包括過水前緣總寬度、堰頂高程、孔口數目和尺寸。根據洪水流量和允許單寬流量、閘門型式、運用要求等因素，經調洪演算、水力計算、方許單寬流量、閘門型式、運用要求等因素，經調洪演算、水力計算、方案比較確定。案比較確定。2 混凝土溢流壩混凝土溢流壩 一、孔口尺寸的擬定一、孔口尺寸的擬定1、溢流壩下泄流量、溢流壩下泄流量在設計和校核情況下，在設計和校核情況下，通過樞紐的下泄流量和水庫水位通過樞紐的下泄流量和水庫水位，須根據建筑，須根據建筑物等級所確定的洪水標準和洪水過程線，經水庫調洪演算確定。物等級所確定的洪水標準和洪水過程線，經水

5、庫調洪演算確定。通過溢流壩頂的下泄流量通過溢流壩頂的下泄流量，應考慮泄水孔和其他水工建筑物分擔部分，應考慮泄水孔和其他水工建筑物分擔部分泄洪任務：泄洪任務： Q=Qs-aQ0a安全系數，正常運用取安全系數，正常運用取0.750.90，校核情況取，校核情況取1.0。2、溢流孔口尺寸、溢流孔口尺寸前緣總寬度前緣總寬度： L=Q/qq單寬流量。單寬流量。Q由基巖性質決定，由基巖性質決定，20300m3/s/m。設每孔凈寬設每孔凈寬b，孔數，孔數n，閘墩厚，閘墩厚d，則溢流段總寬度為：，則溢流段總寬度為： L0=nb+(n-1)dB盡量取標準值。盡量取標準值。泄水能力泄水能力mm/sm/sm20203

6、0023速，堰頂水頭，包括行進流；重力加速度，之比有關；、堰頂水深與設計水頭流量系數，與堰頂形式狀、尺寸有關；側收縮系數，與閘墩形；溢流前沿長度，；流量，HgmLQHgmLQ實用剖面堰：實用剖面堰：mmm/sm20103001速，堰上水頭，包括行進流；孔口高度，水深之比確定；邊界形狀、孔高與堰上孔口流量系數，由孔口；溢流前沿長度，；流量，HeLQgHeLQ有胸墻時，過流為孔流：有胸墻時，過流為孔流：1、溢流面曲線、溢流面曲線頂部曲線段（溢流堰）的形頂部曲線段（溢流堰）的形狀對泄流能力和流態有很大狀對泄流能力和流態有很大的影響。的影響。根據在設計水頭下堰面是否根據在設計水頭下堰面是否允許出現真空

7、（負壓），分允許出現真空（負壓），分為為真空剖面堰真空剖面堰和和非真空剖面非真空剖面堰堰兩種類型。雖然真空剖面兩種類型。雖然真空剖面堰流量系數較大，但出現負堰流量系數較大，但出現負壓容易引起壩體振動和堰面壓容易引起壩體振動和堰面空蝕，因此應用不多。對于空蝕，因此應用不多。對于壩頂溢流式孔口工程，常采壩頂溢流式孔口工程，常采用的非真空剖面堰為用的非真空剖面堰為克一奧克一奧曲線和冪曲線（曲線和冪曲線（WES曲線）曲線）兩種。兩種。二、溢流壩的剖面二、溢流壩的剖面(1) 克克奧曲線奧曲線剖面較寬厚，常超過穩定和強度要求，施工放樣不變，較少采用。剖面較寬厚，常超過穩定和強度要求，施工放樣不變，較少采用

8、。(2) WES曲線曲線流量系數大，剖面較小，便于施工放樣（流量系數大，剖面較小，便于施工放樣（P172）。）。2、溢流重力壩剖面、溢流重力壩剖面 (a)直接以基本三角形的上、直接以基本三角形的上、下游坡與溢流面曲線相切而下游坡與溢流面曲線相切而成的實用剖面。成的實用剖面。 (b)地基較差，且孔口溢流地基較差，且孔口溢流水頭較大，堰頂高程較低，水頭較大，堰頂高程較低，堰頂以上去掉的體積較多，堰頂以上去掉的體積較多，影響壩體的穩定時，可考慮影響壩體的穩定時，可考慮將下游壩坡略為放緩將下游壩坡略為放緩(c)將三角形頂點略為抬高而將三角形頂點略為抬高而仍保持下游坡為基本三角形仍保持下游坡為基本三角形

9、的原坡度的原坡度溢流重力壩就采用這種結構溢流重力壩就采用這種結構形式。形式。(d)當由于溢流要求，按水力條件擬定的溢流壩剖面較為寬厚，超出基本三角形剖面當由于溢流要求，按水力條件擬定的溢流壩剖面較為寬厚，超出基本三角形剖面較多，為節省工程量并滿足泄水條件，可考慮下游溢流面與基本三角形下游坡斗致，較多，為節省工程量并滿足泄水條件，可考慮下游溢流面與基本三角形下游坡斗致，而將上游面頂部做成懸臂狀。而將上游面頂部做成懸臂狀。(e) 當挑流鼻坎超出基本剖面且當挑流鼻坎超出基本剖面且L/H0.5時，應該驗算時，應該驗算a-a截面的應力，即將鼻坎作截面的應力，即將鼻坎作為固定在為固定在a-a斷面上的懸臂梁

10、處理，承受自重、尾水壓力、反弧段上的動、靜水壓斷面上的懸臂梁處理，承受自重、尾水壓力、反弧段上的動、靜水壓力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受壓公式計算鼻坎段的應力分布，如拉應力力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受壓公式計算鼻坎段的應力分布，如拉應力超過材料的抗拉強度，可在壩體與鼻坎之間用縫分開。如我國石泉壩等。超過材料的抗拉強度，可在壩體與鼻坎之間用縫分開。如我國石泉壩等。3、溢流拱壩剖面、溢流拱壩剖面重力拱壩重力拱壩下游面坡度接近下游面坡度接近于壩面溢流的要求，于壩面溢流的要求，水流水流通過堰頂后可沿壩面下泄，通過堰頂后可沿壩面下泄，最后以挑流或底流與下游最后以挑流或底流與下游尾水銜接尾水

11、銜接。因此重力拱壩。因此重力拱壩的溢流面仍可由堰頂曲線的溢流面仍可由堰頂曲線段、中間直線段及下部反段、中間直線段及下部反弧段組成。如，西班牙的弧段組成。如，西班牙的阿爾德達維拉阿爾德達維拉溢流拱壩，溢流拱壩，壩高壩高140m，最大泄量為，最大泄量為11700m3/s，設，設8孔弧形閘孔弧形閘門。由于水流向心集中和門。由于水流向心集中和下游河谷狹窄，所以溢流下游河谷狹窄，所以溢流壩下部合并為壩下部合并為4孔，以窄孔，以窄縫式挑流與下游尾水相銜縫式挑流與下游尾水相銜接。接。溢流重力拱壩（中國）溢流重力拱壩（中國）a.我國鳳灘空腹重力拱壩，壩高我國鳳灘空腹重力拱壩，壩高112.5m，壩頂設，壩頂設1

12、3個溢流孔，由個溢流孔，由14m12m的弧的弧形門控制，最大泄量為形門控制，最大泄量為26600m3/s，孔口單寬流量為，孔口單寬流量為146(m3/s/m)，是目前拱壩壩，是目前拱壩壩頂溢流量最大的工程。其特點是在溢流壩面上采用高低挑流坎相間布置，使高頂溢流量最大的工程。其特點是在溢流壩面上采用高低挑流坎相間布置，使高速水流在空中相互撞擊消能。速水流在空中相互撞擊消能。b.吉林省白山重力拱壩溢流剖面，堰頂曲線采用吉林省白山重力拱壩溢流剖面，堰頂曲線采用WES曲線，中間直線溢流面的曲線，中間直線溢流面的坡度為坡度為1：0.5，下部反弧段的圓弧半徑，下部反弧段的圓弧半徑R=20m，堰頂設平面閘門

13、控制水流。，堰頂設平面閘門控制水流。溢流薄拱壩溢流薄拱壩壩頂跌流壩頂跌流a)水流經過壩頂自由跌入河床，水流經過壩頂自由跌入河床，其溢流壩頂通常采用非真空的其溢流壩頂通常采用非真空的標準堰型。這種溢流形式具有標準堰型。這種溢流形式具有結構簡單和施工方便的優點結構簡單和施工方便的優點，但但水舌落水點距壩腳較近，沖水舌落水點距壩腳較近，沖刷坑的位置靠近壩基，沖刷嚴刷坑的位置靠近壩基，沖刷嚴重時會威脅大壩安全。重時會威脅大壩安全。適用于適用于下游河床基巖良好，下游壩坡下游河床基巖良好，下游壩坡較陡或向下游倒懸的雙曲拱壩。較陡或向下游倒懸的雙曲拱壩。對于高拱壩的壩頂跌流，為了對于高拱壩的壩頂跌流，為了防

14、止發生嚴重的沖刷，常需采防止發生嚴重的沖刷，常需采用消能防沖設施，如采用跌流用消能防沖設施，如采用跌流消力池，或在下游設二道壩抬消力池，或在下游設二道壩抬高水位形成水墊消能。高水位形成水墊消能。b)目前泄洪流量最大的壩頂跌流工程是美國的莫西羅克拱壩，壩高目前泄洪流量最大的壩頂跌流工程是美國的莫西羅克拱壩，壩高185m，在壩頂中，在壩頂中部設置部設置4個由個由13m15.2m弧形閘門控制的溢流孔，總泄洪流量為弧形閘門控制的溢流孔，總泄洪流量為7800m3/s，單寬流，單寬流量為量為150(m3/s/m ) 。跌流落差最大的為英古里拱壩，壩高。跌流落差最大的為英古里拱壩，壩高272m，壩頂設，壩頂

15、設6個溢流孔，個溢流孔，總泄洪流量為總泄洪流量為2500m3/s。我國建造幾十座砌石雙曲拱壩，采用壩頂跌流的砌石雙曲拱壩中以群英拱壩為最高我國建造幾十座砌石雙曲拱壩，采用壩頂跌流的砌石雙曲拱壩中以群英拱壩為最高(95m)，在壩頂中部設置，在壩頂中部設置7個溢流孔。個溢流孔。溢流薄拱壩溢流薄拱壩壩頂挑流壩頂挑流為了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰頂曲線末端設置挑流鼻坎。這種型式挑為了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰頂曲線末端設置挑流鼻坎。這種型式挑距較遠，有利于壩身安全。挑流鼻坎多采用連續式結構，挑坎末端與堰頂之間距較遠，有利于壩身安全。挑流鼻坎多采用連續式結構，挑坎末端與堰頂之間的高差一般不大于的

16、高差一般不大于6-8m，大致為設計水頭的，大致為設計水頭的1.5倍，反弧半徑只與堰頂設計水頭倍，反弧半徑只與堰頂設計水頭Hd大致相近，應由水工試驗來確定。大致相近，應由水工試驗來確定。目前利用壩頂鼻坎挑流泄洪流量最大的拱壩是南非的亨德列目前利用壩頂鼻坎挑流泄洪流量最大的拱壩是南非的亨德列維爾沃特雙曲拱壩，維爾沃特雙曲拱壩，壩高壩高90m，由壩頂中間泄洪，總泄洪流量為，由壩頂中間泄洪，總泄洪流量為19000m3/s。我國流溪河雙曲拱壩、。我國流溪河雙曲拱壩、半江拱壩也采用這種型式，運用情況良好。下圖為幾座鼻坎挑流式拱壩的頭部半江拱壩也采用這種型式，運用情況良好。下圖為幾座鼻坎挑流式拱壩的頭部形狀

17、。形狀。 溢流薄拱壩溢流薄拱壩滑雪道泄流滑雪道泄流滑雪道式的溢流面由滑雪道式的溢流面由壩頂曲線段、泄槽段和挑流鼻坎段壩頂曲線段、泄槽段和挑流鼻坎段三部分組成。泄槽常為壩三部分組成。泄槽常為壩體輪廓以外的結構部分，可以是實體結構，也可做成架空或利用水電站廠房頂構體輪廓以外的結構部分，可以是實體結構，也可做成架空或利用水電站廠房頂構成。水流過壩后，流經滑雪道式泄槽，由槽末端的鼻坎挑出，使水流在空中擴散，成。水流過壩后，流經滑雪道式泄槽，由槽末端的鼻坎挑出，使水流在空中擴散，下落到距壩較遠的地點，以保證大壩的安全。但滑雪道各部分的形狀、尺寸都必下落到距壩較遠的地點，以保證大壩的安全。但滑雪道各部分的

18、形狀、尺寸都必須適應水流條件，否則容易產生空蝕破壞。因此，滑雪道溢流面曲線形狀，反弧須適應水流條件，否則容易產生空蝕破壞。因此，滑雪道溢流面曲線形狀，反弧半徑和鼻坎尺寸都需經過試驗研究確定。滑雪道可布置在河床中央或拱壩兩端，半徑和鼻坎尺寸都需經過試驗研究確定。滑雪道可布置在河床中央或拱壩兩端，兩側溢流可使兩股水舌互相撞擊消殺能量，減輕沖刷。這種形式兩側溢流可使兩股水舌互相撞擊消殺能量，減輕沖刷。這種形式適用于流量大，適用于流量大，河床較窄或河床基巖條件較差河床較窄或河床基巖條件較差需要水流挑至更遠處的情況。需要水流挑至更遠處的情況。4、溢流支墩壩、溢流支墩壩溢流大頭壩溢流大頭壩常采用封閉式支墩

19、，即將支墩下游部分擴大形成溢流面板，其溢流面常采用封閉式支墩，即將支墩下游部分擴大形成溢流面板，其溢流面形態與溢流重力壩相同。上圖為我國新豐江大頭壩溢流壩段剖面，壩高為形態與溢流重力壩相同。上圖為我國新豐江大頭壩溢流壩段剖面，壩高為105m，壩頂設壩頂設3個個15m11m的溢流孔，最大泄洪流量為的溢流孔，最大泄洪流量為3800m3/s，堰頂曲線下接，堰頂曲線下接1：0.5的斜坡溢流面及挑流鼻坎。的斜坡溢流面及挑流鼻坎。溢流支墩壩溢流支墩壩平板壩平板壩溢流平板壩的溢流面支承在支墩的加厚部位（牛腿）上，這樣能較好地適應地基溢流平板壩的溢流面支承在支墩的加厚部位（牛腿）上，這樣能較好地適應地基和溫度

20、變形且不產生附加應力。溢流平板壩既可建在巖基上，也可建在非巖基或和溫度變形且不產生附加應力。溢流平板壩既可建在巖基上，也可建在非巖基或軟弱巖基上。后者需要在壩底上設置連續的基礎底板，并設置排水孔以減小揚壓軟弱巖基上。后者需要在壩底上設置連續的基礎底板，并設置排水孔以減小揚壓力。上圖表示建在巖基上的溢流平板壩的剖面布置。力。上圖表示建在巖基上的溢流平板壩的剖面布置。三、溢流壩的結構布置三、溢流壩的結構布置為了滿足運用要求，溢流壩頂設有閘門、閘墩、啟閉機、工為了滿足運用要求，溢流壩頂設有閘門、閘墩、啟閉機、工作橋、交通橋等結構和設備。作橋、交通橋等結構和設備。四、溢流壩面的空蝕和減蝕措施四、溢流壩

21、面的空蝕和減蝕措施1、空化和空蝕、空化和空蝕溢流壩面在高速水流的作用下，由溢流壩面在高速水流的作用下，由于外形輪廓設計不當或施工質量不于外形輪廓設計不當或施工質量不好造成建筑物表面不平整，水流在好造成建筑物表面不平整，水流在貼近邊界處可能產生負壓，當水流貼近邊界處可能產生負壓，當水流中的壓強低于飽和蒸汽壓強時，便中的壓強低于飽和蒸汽壓強時，便產生產生空化空化。當空化水流運動到高壓。當空化水流運動到高壓區時空泡就會破裂，這種破裂的過區時空泡就會破裂，這種破裂的過程極為短暫。但是，空泡潰滅時所程極為短暫。但是，空泡潰滅時所產生的壓力卻很大，如果空泡潰滅產生的壓力卻很大，如果空泡潰滅靠近建筑物表面，

22、則邊壁會受到巨靠近建筑物表面，則邊壁會受到巨大的沖擊力。這種沖擊力超過結構大的沖擊力。這種沖擊力超過結構表面材料顆粒的內聚力時，便發生表面材料顆粒的內聚力時，便發生剝離狀的破壞，稱為剝離狀的破壞，稱為空蝕現象空蝕現象。2、減蝕措施、減蝕措施合理設計過流體型合理設計過流體型，以改善水流，以改善水流流態，避免水流的分離、突變，使流態，避免水流的分離、突變，使邊界上不出現負壓或者使負壓較小，邊界上不出現負壓或者使負壓較小，消除產生空穴的條件。消除產生空穴的條件。提高過流表面的平整度提高過流表面的平整度，要求嚴，要求嚴格控制施工質量，如果由于施工原格控制施工質量，如果由于施工原因造成表面的不平整凸體或

23、凹坑，因造成表面的不平整凸體或凹坑，要進行認真的磨平、填平處理。要進行認真的磨平、填平處理。采用工程措施，促使水流摻氣減采用工程措施，促使水流摻氣減蝕蝕，主要有，主要有挑坎摻氣、跌坎摻氣、挑坎摻氣、跌坎摻氣、摻氣槽及坎槽結合摻氣槽及坎槽結合等形式。等形式。提高過流表面材料的抗蝕性能提高過流表面材料的抗蝕性能，采用高標號混凝土、鋼纖維混凝土、采用高標號混凝土、鋼纖維混凝土、硅粉混凝土、環氧砂漿及各種聚合硅粉混凝土、環氧砂漿及各種聚合材料等。材料等。4 消能和防沖消能和防沖 從溢流壩下泄的水流挾有巨大的能量，必須要有合適的從溢流壩下泄的水流挾有巨大的能量，必須要有合適的消能設施來消耗這些能量，否則

24、會引起下游河床的巨大沖刷，消能設施來消耗這些能量，否則會引起下游河床的巨大沖刷，影響建筑物的正常運行，甚至危及建筑物。有四種方式：影響建筑物的正常運行，甚至危及建筑物。有四種方式：挑流消能挑流消能底流消能底流消能面流消能面流消能戽流消能戽流消能1）底流消能）底流消能 底流消能是在泄水重力壩的壩趾下游設置一定長度的護坦，使過壩水底流消能是在泄水重力壩的壩趾下游設置一定長度的護坦，使過壩水流在護坦上發生水躍，通過水流的旋滾、摩擦、撞擊和摻氣等作用消能，流在護坦上發生水躍，通過水流的旋滾、摩擦、撞擊和摻氣等作用消能，以減輕水流對下游河床和兩岸的沖刷。底流消能原則上以減輕水流對下游河床和兩岸的沖刷。底

25、流消能原則上可用于各種高度的可用于各種高度的泄水壩以及各種河床的地質情況，特別適用于地質條件差，河床抗沖能力泄水壩以及各種河床的地質情況，特別適用于地質條件差，河床抗沖能力低的情況，低的情況，如，印度的巴克拉壩（高如，印度的巴克拉壩（高226m）和美國的德沃夏克壩（高）和美國的德沃夏克壩（高213m）都由于地基較差而采用底流消能。）都由于地基較差而采用底流消能。 底流消能底流消能運行可靠，下游流態也比較平穩，對通航和發電尾水影響較運行可靠，下游流態也比較平穩，對通航和發電尾水影響較小小，但，但土石方開挖量和混凝土澆筑量一般都較大土石方開挖量和混凝土澆筑量一般都較大，故當技術上有可能采用，故當技

26、術上有可能采用挑流消能時，底流消能方案在經濟對比方面往往不利。挑流消能時，底流消能方案在經濟對比方面往往不利。 設計底流消能時，首先要進行水力計算用以判斷水流銜接狀態。通過設計底流消能時，首先要進行水力計算用以判斷水流銜接狀態。通過水力計算可以求出下泄流量水力計算可以求出下泄流量Q與躍后水深與躍后水深h2的關系曲線的關系曲線Qh2，再與下游，再與下游流量和河道水深流量和河道水深t的關系曲線的關系曲線Qt相比較，便可判斷需要采用何種消能措相比較，便可判斷需要采用何種消能措施。施。水流銜接分析水流銜接分析(a) 下游水位流量關系曲線下游水位流量關系曲線Qt與與Qh2曲線恰巧重合，即在各級泄量下均產

27、生臨曲線恰巧重合，即在各級泄量下均產生臨界水躍，因而不用修建消力池、消力坎等消能設施，只需在水躍范圍內設置護坦。界水躍，因而不用修建消力池、消力坎等消能設施，只需在水躍范圍內設置護坦。當然，這是一種理想的情況，在實際工程中是罕見的。當然，這是一種理想的情況，在實際工程中是罕見的。(b) Qt曲線位于曲線位于Q h2曲線之下，即在各級流量下，下游水深均小于共軛水深，曲線之下，即在各級流量下，下游水深均小于共軛水深，將產生遠驅水躍，為了節省下游過長的河床加固保護，即縮短下游護坦的長度，將產生遠驅水躍，為了節省下游過長的河床加固保護，即縮短下游護坦的長度，必須設置消力池，消力坎或兩者結合的綜合消力池

28、，以促使在池內的護坦上產生必須設置消力池，消力坎或兩者結合的綜合消力池，以促使在池內的護坦上產生底流水躍消能。底流水躍消能。(c) Qt曲線位于曲線位于Qh2曲線之上，即在各級泄量下，下游水深曲線之上，即在各級泄量下，下游水深均大于共軛水深均大于共軛水深h2，這時水躍將被尾水推向上游，而總是處于淹沒狀態。當，這時水躍將被尾水推向上游，而總是處于淹沒狀態。當t大于大于h2過多時，例如過多時，例如淹沒度超過淹沒度超過30%時，消能效果大為降低，甚至成為高速潛流而不發生水躍，對下時，消能效果大為降低，甚至成為高速潛流而不發生水躍，對下游河床將產生嚴重的沖刷，在這種情況下，工程上曾游河床將產生嚴重的沖

29、刷，在這種情況下，工程上曾采用傾斜護坦采用傾斜護坦以保證在各種以保證在各種水位和泄量時，都能在護坦上產生淹沒度不太大的水躍，傾斜護坦的起坡點取決水位和泄量時，都能在護坦上產生淹沒度不太大的水躍，傾斜護坦的起坡點取決于最大泄量時水躍前端的位置，傾斜護坦的一般長度約為最大泄量時水躍長度的于最大泄量時水躍前端的位置，傾斜護坦的一般長度約為最大泄量時水躍長度的60%。底流消能措施底流消能措施若在小泄量時下游水深不足若在小泄量時下游水深不足以產生水躍，而大泄量時水以產生水躍，而大泄量時水深又有余，則可采用深又有余，則可采用傾斜護傾斜護坦和消力池結合坦和消力池結合，使小流量，使小流量時在池中發生水躍，在大

30、流時在池中發生水躍，在大流量時水躍在傾斜護坦上發生。量時水躍在傾斜護坦上發生。反之，小流量時水深有余而反之，小流量時水深有余而大流量時水深不足，可按大大流量時水深不足，可按大流量的要求確定池深。流量的要求確定池深。 當單寬流量較大，水頭較當單寬流量較大，水頭較低，佛汝德數較小時，水躍低，佛汝德數較小時，水躍消能效果較差，躍后余能在消能效果較差，躍后余能在相當長的范圍內仍會沖刷河相當長的范圍內仍會沖刷河床和河岸。為提高消能效果，床和河岸。為提高消能效果，可以在護坦上可以在護坦上設置齒檻、消設置齒檻、消力墩及尾檻等輔助消能工力墩及尾檻等輔助消能工，以降低躍后水深，減小消力以降低躍后水深，減小消力池

31、的深度和長度。池的深度和長度。2）面流消能）面流消能 面流消能是利用溢流末端的鼻坎將主流挑至下游水面。在主流下面形成旋面流消能是利用溢流末端的鼻坎將主流挑至下游水面。在主流下面形成旋滾的水體。其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩趾，并使主流滾的水體。其流速低于表面，且旋滾水體的底部流動方向指向壩趾，并使主流沿下游水面逐步擴散，不直接沖刷河床，達到消能防沖的目的。沿下游水面逐步擴散，不直接沖刷河床，達到消能防沖的目的。 面流消能面流消能適用于下游水深較大，水位變幅較小，有漂木、排冰等要求的情適用于下游水深較大，水位變幅較小，有漂木、排冰等要求的情況。況。面流消能主要靠表層主流波浪和底部

32、旋滾的作用，面流消能主要靠表層主流波浪和底部旋滾的作用，消能效率不高，下游水消能效率不高，下游水面波動強烈面波動強烈。可綿延數百米，甚至數公里，影響電站穩定運行和下游通航條件，。可綿延數百米，甚至數公里，影響電站穩定運行和下游通航條件，甚至沖刷兩岸，我國七里壟水電站和西津水電站的溢流壩都曾發生這方面的問甚至沖刷兩岸，我國七里壟水電站和西津水電站的溢流壩都曾發生這方面的問題。題。3）挑流消能）挑流消能 挑流消能適用于水頭較高，下游有一定水墊深度，基巖條件良好的情況。挑流消能適用于水頭較高，下游有一定水墊深度，基巖條件良好的情況。鼻坎挑流消能包括兩個過程，鼻坎挑流消能包括兩個過程，一是空中消能，二

33、是水墊消能一是空中消能，二是水墊消能。前者通過水舌在。前者通過水舌在空中擴散、摻氣、與空氣摩擦消能，擴散越充分，摻氣越多，消能效果越好；空中擴散、摻氣、與空氣摩擦消能，擴散越充分，摻氣越多，消能效果越好；后者系水流跌入下游水中以后，形成強烈的旋滾區，并沖刷河床，但沖刷到一后者系水流跌入下游水中以后，形成強烈的旋滾區，并沖刷河床，但沖刷到一定深度，水流的余能便消耗于水滾的摩擦中，沖刷就不再繼續加深。因此，下定深度，水流的余能便消耗于水滾的摩擦中，沖刷就不再繼續加深。因此，下游水深愈大，對減輕河床沖刷愈是有利；水頭愈大射程愈遠，對壩的安全愈有游水深愈大，對減輕河床沖刷愈是有利；水頭愈大射程愈遠，對

34、壩的安全愈有保證。由于挑流消能具有保證。由于挑流消能具有結構簡單、工程投資省、檢修施工方便等優點結構簡單、工程投資省、檢修施工方便等優點，所以，所以大多數巖基上的高壩泄水都采用這種消能方式。大多數巖基上的高壩泄水都采用這種消能方式。 挑流消能設計內容包括選擇挑流鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高程和挑射角，挑流消能設計內容包括選擇挑流鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高程和挑射角，估算水舌挑射距離和沖刷坑深度等。估算水舌挑射距離和沖刷坑深度等。挑流鼻坎的型式挑流鼻坎的型式連續式鼻坎連續式鼻坎，主要優點是構造簡單、施工方便、水流乎順、射程較遠。所以得到，主要優點是構造簡單、施工方便、水流乎順、射程較遠。所以得到普

35、遍的采用。其缺點是水舌在空中擴散摻氣的消能作用較差動式鼻坎差，沖刷坑普遍的采用。其缺點是水舌在空中擴散摻氣的消能作用較差動式鼻坎差，沖刷坑較深，引起下游水位波動也較劇烈。較深，引起下游水位波動也較劇烈。差動式鼻坎差動式鼻坎，在鼻坎末端設置一排坎槽，水流分別從齒坎和齒槽射出，主要作用，在鼻坎末端設置一排坎槽，水流分別從齒坎和齒槽射出，主要作用在于分散水流，加劇挑流水舌在空中的摻氣和碰撞，提高消能效果，減小沖刷坑在于分散水流，加劇挑流水舌在空中的摻氣和碰撞，提高消能效果，減小沖刷坑深度，但沖坑最深點距壩腳較近，鼻坎上流態復雜，在高速水流作用下，容易引深度，但沖坑最深點距壩腳較近，鼻坎上流態復雜，在

36、高速水流作用下，容易引起空蝕破壞。按齒坎形狀分為起空蝕破壞。按齒坎形狀分為矩形差動式和梯形差動式矩形差動式和梯形差動式兩種，前者齒槽斷面為矩兩種，前者齒槽斷面為矩形，影響槽中水流的擴散，鉛直槽壁易造成較大的負壓，引起空蝕；后者齒槽斷形，影響槽中水流的擴散，鉛直槽壁易造成較大的負壓，引起空蝕；后者齒槽斷面為梯形，促使槽中水流更好地擴散，槽壁為斜面改善水流條件，減小了負壓，面為梯形，促使槽中水流更好地擴散，槽壁為斜面改善水流條件，減小了負壓，消能效果較好，但施工比較復雜。消能效果較好，但施工比較復雜。根據工程實踐和試驗研究，鼻坎根據工程實踐和試驗研究，鼻坎挑射角一般采用挑射角一般采用2035，反弧

37、，反弧半徑一般采用半徑一般采用(610)h，h為鼻坎為鼻坎上水深，鼻坎高程與工程布置有上水深，鼻坎高程與工程布置有關，一般應高出下游最高水位約關，一般應高出下游最高水位約12m。高低坎高低坎，是在壩面上設置高差較大的挑坎，使下泄水流由高坎和低坎挑射，在空，是在壩面上設置高差較大的挑坎，使下泄水流由高坎和低坎挑射，在空氣中互相沖擊擴散消能，從而減小了沖刷坑的深度。我國白山重力拱壩和風灘溢氣中互相沖擊擴散消能，從而減小了沖刷坑的深度。我國白山重力拱壩和風灘溢流拱壩都采用高低坎挑流消能。流拱壩都采用高低坎挑流消能。窄縫坎窄縫坎，一般使用在峽谷高壩泄洪建筑物末端，可布置成沿流程收縮，當兩側邊，一般使用

38、在峽谷高壩泄洪建筑物末端，可布置成沿流程收縮，當兩側邊墻縮窄到使過流寬度為原有寬度的墻縮窄到使過流寬度為原有寬度的1/2以下時，挑出的射流便形成窄而高的矩形，以下時，挑出的射流便形成窄而高的矩形，同時利用邊墻縮窄引起的沖擊波和水冠，使挑射水股在空氣中獲得充分的豎向擴同時利用邊墻縮窄引起的沖擊波和水冠，使挑射水股在空氣中獲得充分的豎向擴散和順水流方向的擴散，大大減輕了入射水流對河床的局部沖刷。我國龍羊峽重散和順水流方向的擴散，大大減輕了入射水流對河床的局部沖刷。我國龍羊峽重力拱壩，東江和東風雙曲拱壩等都采用窄縫坎挑流消能。力拱壩，東江和東風雙曲拱壩等都采用窄縫坎挑流消能。挑流鼻坎的改進挑流鼻坎的

39、改進高低坎、窄縫坎、分流墩高低坎、窄縫坎、分流墩分流墩分流墩，當多孔泄洪建筑物的總寬度較大、，當多孔泄洪建筑物的總寬度較大、不利于采用窄縫式挑坎時，可在連續挑坎不利于采用窄縫式挑坎時，可在連續挑坎上設置幾個分流墩，同樣可以利用沖擊波，上設置幾個分流墩，同樣可以利用沖擊波，使空氣中的射流水股在豎向和順水流方向使空氣中的射流水股在豎向和順水流方向都得到充分擴散，提高消能效果，但分流都得到充分擴散，提高消能效果，但分流墩若為急流所淹沒，易于發生繞流空化。墩若為急流所淹沒，易于發生繞流空化。4）戽流消能）戽流消能 戽流消能是在溢流壩趾設置一個半徑較大的反弧戽斗，促使下泄水流在戽戽流消能是在溢流壩趾設置

40、一個半徑較大的反弧戽斗，促使下泄水流在戽內形成旋滾，主流挑向下游水面，形成一種內形成旋滾，主流挑向下游水面，形成一種“三滾一浪三滾一浪”的典型流態，即戽內的典型流態，即戽內的旋滾，戽后的底部旋滾，主流涌浪及其后的表面旋滾，利用旋滾的摩擦，混的旋滾，戽后的底部旋滾，主流涌浪及其后的表面旋滾，利用旋滾的摩擦，混摻作用達到消能防沖的目的。戽流消能摻作用達到消能防沖的目的。戽流消能適用于下游尾水深的變幅較小，無排冰、適用于下游尾水深的變幅較小，無排冰、漂木要求，且下游河床和兩岸有一定抗沖能力的情況漂木要求，且下游河床和兩岸有一定抗沖能力的情況。戽流消能的。戽流消能的主要優點是主要優點是工程量比底流消能

41、小，沖刷坑比挑流消能淺，且不存在霧化問題。主要缺點是工程量比底流消能小，沖刷坑比挑流消能淺，且不存在霧化問題。主要缺點是下游水面波動較大，易沖刷河岸，也不利于下游通航，底部旋滾可能將河床砂下游水面波動較大，易沖刷河岸，也不利于下游通航，底部旋滾可能將河床砂石帶入戽內造成磨損，石帶入戽內造成磨損，這些問題均須在選擇方案時加以考慮或采取改善的措施，這些問題均須在選擇方案時加以考慮或采取改善的措施，我國我國1975年建成的石泉大壩采用戽流消能，除下游發生一些沖蝕外，運行正常。年建成的石泉大壩采用戽流消能，除下游發生一些沖蝕外，運行正常。消力戽型式消力戽型式 消力戽按其結構可分消力戽按其結構可分連續式

42、（實體式）連續式（實體式）和和差動式（齒槽式）差動式（齒槽式）兩種類型。前者兩種類型。前者結構簡單，應用較廣，但存在著水面波動劇烈和戽面易被砂石磨損的缺點；后者結構簡單，應用較廣，但存在著水面波動劇烈和戽面易被砂石磨損的缺點；后者有利于改善消力戽的流態，提高消能效果，減小下游水面波動，但施工復雜，且有利于改善消力戽的流態，提高消能效果，減小下游水面波動，但施工復雜，且易空蝕，采用時應慎重研究，目前國外僅有尼日利亞的卡因齊壩和美國的安哥斯易空蝕，采用時應慎重研究，目前國外僅有尼日利亞的卡因齊壩和美國的安哥斯杜拉壩采用差動式消力戽。杜拉壩采用差動式消力戽。 當下泄單寬流量過大當下泄單寬流量過大時，為增大戽內旋滾水體，時，為增大戽內旋滾水體，提高消能效果，可在戽底提高消能效果，可在戽底插入一段水平池底，稱為插入一段水平池底，稱為戽式消力池戽式消力池，我國紅水河，我國紅水河巖灘溢流壩就采用