1、1 概述概述溢流坝溢流坝是将溢流孔设于坝顶，泄洪时水流以自由堰流的方式过坝，其是将溢流孔设于坝顶，泄洪时水流以自由堰流的方式过坝，其泄流量与堰顶水头的泄流量与堰顶水头的3/2次方成正比，即随着库水位升高，泄量也迅速次方成正比，即随着库水位升高，泄量也迅速加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大。加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大。坝身泄水孔坝身泄水孔是将泄流进口布置在设计水位以下一定深度的部位。按孔是将泄流进口布置在设计水位以下一定深度的部位。按孔口设置的高程分为中孔和深孔口设置的高程分为中孔和深孔(底孔底孔)，前者进口位于坝体的中部，后者，前者进口位于坝体的中部，后者位于坝体的下部。按
2、孔内水流状态又可分为有压泄水孔和无压泄水孔位于坝体的下部。按孔内水流状态又可分为有压泄水孔和无压泄水孔两种。有压泄水孔指高水位闸门全开泄水时整个孔道都处于满流承压两种。有压泄水孔指高水位闸门全开泄水时整个孔道都处于满流承压状态；无压泄水孔指泄水时除进口附近一段有压外其余各部分都处于状态；无压泄水孔指泄水时除进口附近一段有压外其余各部分都处于明流无压状态。明流无压状态。CH.5 混凝土溢流坝和坝身泄水孔混凝土溢流坝和坝身泄水孔库容有限，把水库容纳不下的洪水有控制地泄放到下游；库容有限，把水库容纳不下的洪水有控制地泄放到下游；满足灌满足灌溉、航运、供水溉、航运、供水(城市及工业城市及工业)、放空水
3、库、冲沙排沙等要求，必须根据、放空水库、冲沙排沙等要求，必须根据实际需要进行放水。实际需要进行放水。坝顶溢流坝顶溢流坝型：坝型：实体重力坝、宽实体重力坝、宽缝重力坝、重力拱坝、缝重力坝、重力拱坝、双曲拱坝、大头坝、连双曲拱坝、大头坝、连拱坝拱坝等。等。特殊问题是高速水流，特殊问题是高速水流，如闸门振动、局部空蚀、如闸门振动、局部空蚀、水流掺气、脉动、消能水流掺气、脉动、消能等等坝身泄水孔坝身泄水孔混凝土坝中，坝身泄水混凝土坝中，坝身泄水孔是常用的泄水建筑物。孔是常用的泄水建筑物。特殊问题是高速水流，特殊问题是高速水流，如闸门振动、局部空蚀、如闸门振动、局部空蚀、水流掺气、脉动、消能水流掺气、脉
4、动、消能等等包括过水前缘总宽度、堰顶高程、孔口数目和尺寸。根据洪水流量和允包括过水前缘总宽度、堰顶高程、孔口数目和尺寸。根据洪水流量和允许单宽流量、闸门型式、运用要求等因素，经调洪演算、水力计算、方许单宽流量、闸门型式、运用要求等因素，经调洪演算、水力计算、方案比较确定。案比较确定。2 混凝土溢流坝混凝土溢流坝 一、孔口尺寸的拟定一、孔口尺寸的拟定1、溢流坝下泄流量、溢流坝下泄流量在设计和校核情况下，在设计和校核情况下，通过枢纽的下泄流量和水库水位通过枢纽的下泄流量和水库水位，须根据建筑，须根据建筑物等级所确定的洪水标准和洪水过程线，经水库调洪演算确定。物等级所确定的洪水标准和洪水过程线，经水
5、库调洪演算确定。通过溢流坝顶的下泄流量通过溢流坝顶的下泄流量，应考虑泄水孔和其他水工建筑物分担部分，应考虑泄水孔和其他水工建筑物分担部分泄洪任务：泄洪任务：Q=Qs-aQ0a安全系数，正常运用取安全系数，正常运用取0.750.90，校核情况取，校核情况取1.0。2、溢流孔口尺寸、溢流孔口尺寸前缘总宽度前缘总宽度：L=Q/qq单宽流量。单宽流量。Q由基岩性质决定，由基岩性质决定，20300m3/s/m。设每孔净宽设每孔净宽b，孔数，孔数n，闸墩厚，闸墩厚d，则溢流段总宽度为：，则溢流段总宽度为：L0=nb+(n-1)dB尽量取标准值。尽量取标准值。泄水能力泄水能力mm/sm/sm20203002
6、3速，堰顶水头，包括行进流；重力加速度，之比有关；、堰顶水深与设计水头流量系数，与堰顶形式状、尺寸有关；侧收缩系数，与闸墩形；溢流前沿长度，；流量，HgmLQHgmLQ实用剖面堰：实用剖面堰：mmm/sm20103001速，堰上水头，包括行进流；孔口高度，水深之比确定；边界形状、孔高与堰上孔口流量系数，由孔口；溢流前沿长度，；流量，HeLQgHeLQ有胸墙时，过流为孔流：有胸墙时，过流为孔流：1、溢流面曲线、溢流面曲线顶部曲线段（溢流堰）的形顶部曲线段（溢流堰）的形状对泄流能力和流态有很大状对泄流能力和流态有很大的影响。的影响。根据在设计水头下堰面是否根据在设计水头下堰面是否允许出现真空（负压
7、），分允许出现真空（负压），分为为真空剖面堰真空剖面堰和和非真空剖面非真空剖面堰堰两种类型。虽然真空剖面两种类型。虽然真空剖面堰流量系数较大，但出现负堰流量系数较大，但出现负压容易引起坝体振动和堰面压容易引起坝体振动和堰面空蚀，因此应用不多。对于空蚀，因此应用不多。对于坝顶溢流式孔口工程，常采坝顶溢流式孔口工程，常采用的非真空剖面堰为用的非真空剖面堰为克一奥克一奥曲线和幂曲线（曲线和幂曲线（WES曲线）曲线）两种。两种。二、溢流坝的剖面二、溢流坝的剖面(1)克克奥曲线奥曲线剖面较宽厚，常超过稳定和强度要求，施工放样不变，较少采用。剖面较宽厚，常超过稳定和强度要求，施工放样不变，较少采用。(2)
8、WES曲线曲线流量系数大，剖面较小，便于施工放样（流量系数大，剖面较小，便于施工放样（P172）。）。2、溢流重力坝剖面、溢流重力坝剖面(a)直接以基本三角形的上、直接以基本三角形的上、下游坡与溢流面曲线相切而下游坡与溢流面曲线相切而成的实用剖面。成的实用剖面。(b)地基较差，且孔口溢流地基较差，且孔口溢流水头较大，堰顶高程较低，水头较大，堰顶高程较低，堰顶以上去掉的体积较多，堰顶以上去掉的体积较多，影响坝体的稳定时，可考虑影响坝体的稳定时，可考虑将下游坝坡略为放缓将下游坝坡略为放缓(c)将三角形顶点略为抬高而将三角形顶点略为抬高而仍保持下游坡为基本三角形仍保持下游坡为基本三角形的原坡度的原坡
9、度溢流重力坝就采用这种结构溢流重力坝就采用这种结构形式。形式。(d)当由于溢流要求，按水力条件拟定的溢流坝剖面较为宽厚，超出基本三角形剖面当由于溢流要求，按水力条件拟定的溢流坝剖面较为宽厚，超出基本三角形剖面较多，为节省工程量并满足泄水条件，可考虑下游溢流面与基本三角形下游坡斗致，较多，为节省工程量并满足泄水条件，可考虑下游溢流面与基本三角形下游坡斗致，而将上游面顶部做成悬臂状。而将上游面顶部做成悬臂状。(e)当挑流鼻坎超出基本剖面且当挑流鼻坎超出基本剖面且L/H0.5时，应该验算时，应该验算a-a截面的应力，即将鼻坎作截面的应力，即将鼻坎作为固定在为固定在a-a断面上的悬臂梁处理，承受自重、
10、尾水压力、反弧段上的动、静水压断面上的悬臂梁处理，承受自重、尾水压力、反弧段上的动、静水压力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受压公式计算鼻坎段的应力分布，如拉应力力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受压公式计算鼻坎段的应力分布，如拉应力超过材料的抗拉强度，可在坝体与鼻坎之间用缝分开。如我国石泉坝等。超过材料的抗拉强度，可在坝体与鼻坎之间用缝分开。如我国石泉坝等。3、溢流拱坝剖面、溢流拱坝剖面重力拱坝重力拱坝下游面坡度接近下游面坡度接近于坝面溢流的要求，于坝面溢流的要求，水流水流通过堰顶后可沿坝面下泄，通过堰顶后可沿坝面下泄，最后以挑流或底流与下游最后以挑流或底流与下游尾水衔接尾水衔接。因此重力拱
11、坝。因此重力拱坝的溢流面仍可由堰顶曲线的溢流面仍可由堰顶曲线段、中间直线段及下部反段、中间直线段及下部反弧段组成。如，西班牙的弧段组成。如，西班牙的阿尔德达维拉阿尔德达维拉溢流拱坝，溢流拱坝，坝高坝高140m，最大泄量为，最大泄量为11700m3/s，设，设8孔弧形闸孔弧形闸门。由于水流向心集中和门。由于水流向心集中和下游河谷狭窄，所以溢流下游河谷狭窄，所以溢流坝下部合并为坝下部合并为4孔，以窄孔，以窄缝式挑流与下游尾水相衔缝式挑流与下游尾水相衔接。接。溢流重力拱坝（中国）溢流重力拱坝（中国）a.我国凤滩空腹重力拱坝，坝高我国凤滩空腹重力拱坝，坝高112.5m，坝顶设，坝顶设13个溢流孔，由个
12、溢流孔，由14m12m的弧的弧形门控制，最大泄量为形门控制，最大泄量为26600m3/s，孔口单宽流量为，孔口单宽流量为146(m3/s/m)，是目前拱坝坝，是目前拱坝坝顶溢流量最大的工程。其特点是在溢流坝面上采用高低挑流坎相间布置，使高顶溢流量最大的工程。其特点是在溢流坝面上采用高低挑流坎相间布置，使高速水流在空中相互撞击消能。速水流在空中相互撞击消能。b.吉林省白山重力拱坝溢流剖面，堰顶曲线采用吉林省白山重力拱坝溢流剖面，堰顶曲线采用WES曲线，中间直线溢流面的曲线，中间直线溢流面的坡度为坡度为1：0.5，下部反弧段的圆弧半径，下部反弧段的圆弧半径R=20m，堰顶设平面闸门控制水流。，堰顶
13、设平面闸门控制水流。溢流薄拱坝溢流薄拱坝坝顶跌流坝顶跌流a)水流经过坝顶自由跌入河床，水流经过坝顶自由跌入河床，其溢流坝顶通常采用非真空的其溢流坝顶通常采用非真空的标准堰型。这种溢流形式具有标准堰型。这种溢流形式具有结构简单和施工方便的优点结构简单和施工方便的优点，但但水舌落水点距坝脚较近，冲水舌落水点距坝脚较近，冲刷坑的位置靠近坝基，冲刷严刷坑的位置靠近坝基，冲刷严重时会威胁大坝安全。重时会威胁大坝安全。适用于适用于下游河床基岩良好，下游坝坡下游河床基岩良好，下游坝坡较陡或向下游倒悬的双曲拱坝。较陡或向下游倒悬的双曲拱坝。对于高拱坝的坝顶跌流，为了对于高拱坝的坝顶跌流，为了防止发生严重的冲刷
14、，常需采防止发生严重的冲刷，常需采用消能防冲设施，如采用跌流用消能防冲设施，如采用跌流消力池，或在下游设二道坝抬消力池，或在下游设二道坝抬高水位形成水垫消能。高水位形成水垫消能。b)目前泄洪流量最大的坝顶跌流工程是美国的莫西罗克拱坝，坝高目前泄洪流量最大的坝顶跌流工程是美国的莫西罗克拱坝，坝高185m，在坝顶中，在坝顶中部设置部设置4个由个由13m15.2m弧形闸门控制的溢流孔，总泄洪流量为弧形闸门控制的溢流孔，总泄洪流量为7800m3/s，单宽流量，单宽流量为为150(m3/s/m)。跌流落差最大的为英古里拱坝，坝高。跌流落差最大的为英古里拱坝，坝高272m，坝顶设，坝顶设6个溢流孔，总个溢
15、流孔，总泄洪流量为泄洪流量为2500m3/s。我国建造几十座砌石双曲拱坝，采用坝顶跌流的砌石双曲拱坝中以群英拱坝为最高我国建造几十座砌石双曲拱坝，采用坝顶跌流的砌石双曲拱坝中以群英拱坝为最高(95m)，在坝顶中部设置，在坝顶中部设置7个溢流孔。个溢流孔。溢流薄拱坝溢流薄拱坝坝顶挑流坝顶挑流为了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰顶曲线末端设置挑流鼻坎。这种型式挑为了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰顶曲线末端设置挑流鼻坎。这种型式挑距较远，有利于坝身安全。挑流鼻坎多采用连续式结构，挑坎末端与堰顶之间距较远，有利于坝身安全。挑流鼻坎多采用连续式结构，挑坎末端与堰顶之间的高差一般不大于的高差一般不大于6-8
16、m，大致为设计水头的，大致为设计水头的1.5倍，反弧半径只与堰顶设计水头倍，反弧半径只与堰顶设计水头Hd大致相近，应由水工试验来确定。大致相近，应由水工试验来确定。目前利用坝顶鼻坎挑流泄洪流量最大的拱坝是南非的亨德列目前利用坝顶鼻坎挑流泄洪流量最大的拱坝是南非的亨德列维尔沃特双曲拱坝，维尔沃特双曲拱坝，坝高坝高90m，由坝顶中间泄洪，总泄洪流量为，由坝顶中间泄洪，总泄洪流量为19000m3/s。我国流溪河双曲拱坝、。我国流溪河双曲拱坝、半江拱坝也采用这种型式，运用情况良好。下图为几座鼻坎挑流式拱坝的头部半江拱坝也采用这种型式，运用情况良好。下图为几座鼻坎挑流式拱坝的头部形状。形状。溢流薄拱坝溢
17、流薄拱坝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坝顶曲线段、泄槽段和挑流鼻坎段坝顶曲线段、泄槽段和挑流鼻坎段三部分组成。泄槽常为坝三部分组成。泄槽常为坝体轮廓以外的结构部分，可以是实体结构，也可做成架空或利用水电站厂房顶构体轮廓以外的结构部分，可以是实体结构，也可做成架空或利用水电站厂房顶构成。水流过坝后，流经滑雪道式泄槽，由槽末端的鼻坎挑出，使水流在空中扩散，成。水流过坝后，流经滑雪道式泄槽，由槽末端的鼻坎挑出，使水流在空中扩散，下落到距坝较远的地点，以保证大坝的安全。但滑雪道各部分的形状、尺寸都必下落到距坝较远的地点，以保证大坝的安全。但滑雪道各部分的形状、尺寸都必须适应水
18、流条件，否则容易产生空蚀破坏。因此，滑雪道溢流面曲线形状，反弧须适应水流条件，否则容易产生空蚀破坏。因此，滑雪道溢流面曲线形状，反弧半径和鼻坎尺寸都需经过试验研究确定。滑雪道可布置在河床中央或拱坝两端，半径和鼻坎尺寸都需经过试验研究确定。滑雪道可布置在河床中央或拱坝两端，两侧溢流可使两股水舌互相撞击消杀能量，减轻冲刷。这种形式两侧溢流可使两股水舌互相撞击消杀能量，减轻冲刷。这种形式适用于流量大，适用于流量大，河床较窄或河床基岩条件较差河床较窄或河床基岩条件较差需要水流挑至更远处的情况。需要水流挑至更远处的情况。4、溢流支墩坝、溢流支墩坝溢流大头坝溢流大头坝常采用封闭式支墩，即将支墩下游部分扩大
19、形成溢流面板，其溢流面常采用封闭式支墩，即将支墩下游部分扩大形成溢流面板，其溢流面形态与溢流重力坝相同。上图为我国新丰江大头坝溢流坝段剖面，坝高为形态与溢流重力坝相同。上图为我国新丰江大头坝溢流坝段剖面，坝高为105m，坝顶设坝顶设3个个15m11m的溢流孔，最大泄洪流量为的溢流孔，最大泄洪流量为3800m3/s，堰顶曲线下接，堰顶曲线下接1：0.5的的斜坡溢流面及挑流鼻坎。斜坡溢流面及挑流鼻坎。溢流支墩坝溢流支墩坝平板坝平板坝溢流平板坝的溢流面支承在支墩的加厚部位（牛腿）上，这样能较好地适应地基溢流平板坝的溢流面支承在支墩的加厚部位（牛腿）上，这样能较好地适应地基和温度变形且不产生附加应力。
20、溢流平板坝既可建在岩基上，也可建在非岩基或和温度变形且不产生附加应力。溢流平板坝既可建在岩基上，也可建在非岩基或软弱岩基上。后者需要在坝底上设置连续的基础底板，并设置排水孔以减小扬压软弱岩基上。后者需要在坝底上设置连续的基础底板，并设置排水孔以减小扬压力。上图表示建在岩基上的溢流平板坝的剖面布置。力。上图表示建在岩基上的溢流平板坝的剖面布置。三、溢流坝的结构布置三、溢流坝的结构布置为了满足运用要求，溢流坝顶设有闸门、闸墩、启闭机、工为了满足运用要求，溢流坝顶设有闸门、闸墩、启闭机、工作桥、交通桥等结构和设备。作桥、交通桥等结构和设备。四、溢流坝面的空蚀和减蚀措施四、溢流坝面的空蚀和减蚀措施1、
21、空化和空蚀、空化和空蚀溢流坝面在高速水流的作用下，由溢流坝面在高速水流的作用下，由于外形轮廓设计不当或施工质量不于外形轮廓设计不当或施工质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，水流在贴近边界处可能产生负压，当水流贴近边界处可能产生负压，当水流中的压强低于饱和蒸汽压强时，便中的压强低于饱和蒸汽压强时，便产生产生空化空化。当空化水流运动到高压。当空化水流运动到高压区时空泡就会破裂，这种破裂的过区时空泡就会破裂，这种破裂的过程极为短暂。但是，空泡溃灭时所程极为短暂。但是，空泡溃灭时所产生的压力却很大，如果空泡溃灭产生的压力却很大，如果空泡溃灭靠近建筑物表面，则边壁会受到巨靠近建筑
22、物表面，则边壁会受到巨大的冲击力。这种冲击力超过结构大的冲击力。这种冲击力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便发生表面材料颗粒的内聚力时，便发生剥离状的破坏，称为剥离状的破坏，称为空蚀现象空蚀现象。2、减蚀措施、减蚀措施合理设计过流体型合理设计过流体型，以改善水流，以改善水流流态，避免水流的分离、突变，使流态，避免水流的分离、突变，使边界上不出现负压或者使负压较小，边界上不出现负压或者使负压较小，消除产生空穴的条件。消除产生空穴的条件。提高过流表面的平整度提高过流表面的平整度，要求严，要求严格控制施工质量，如果由于施工原格控制施工质量，如果由于施工原因造成表面的不平整凸体或凹坑，因造成表面的不平
23、整凸体或凹坑，要进行认真的磨平、填平处理。要进行认真的磨平、填平处理。采用工程措施，促使水流掺气减采用工程措施，促使水流掺气减蚀蚀，主要有，主要有挑坎掺气、跌坎掺气、挑坎掺气、跌坎掺气、掺气槽及坎槽结合掺气槽及坎槽结合等形式。等形式。提高过流表面材料的抗蚀性能提高过流表面材料的抗蚀性能，采用高标号混凝土、钢纤维混凝土、采用高标号混凝土、钢纤维混凝土、硅粉混凝土、环氧砂浆及各种聚合硅粉混凝土、环氧砂浆及各种聚合材料等。材料等。4 消能和防冲消能和防冲 从溢流坝下泄的水流挟有巨大的能量，必须要有合适的从溢流坝下泄的水流挟有巨大的能量，必须要有合适的消能设施来消耗这些能量，否则会引起下游河床的巨大冲
24、刷，消能设施来消耗这些能量，否则会引起下游河床的巨大冲刷，影响建筑物的正常运行，甚至危及建筑物。有四种方式：影响建筑物的正常运行，甚至危及建筑物。有四种方式：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坝的坝趾下游设置一定长度的护坦，使过坝水底流消能是在泄水重力坝的坝趾下游设置一定长度的护坦，使过坝水流在护坦上发生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消能，流在护坦上发生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消能，以减轻水流对下游河床和两岸的冲刷。底流消能原则上以减轻水流对下游河床和两岸的冲刷。底流消能原则上可用于各种
25、高度的可用于各种高度的泄水坝以及各种河床的地质情况，特别适用于地质条件差，河床抗冲能力泄水坝以及各种河床的地质情况，特别适用于地质条件差，河床抗冲能力低的情况，低的情况，如，印度的巴克拉坝（高如，印度的巴克拉坝（高226m）和美国的德沃夏克坝（高）和美国的德沃夏克坝（高213m）都由于地基较差而采用底流消能。）都由于地基较差而采用底流消能。底流消能底流消能运行可靠，下游流态也比较平稳，对通航和发电尾水影响较运行可靠，下游流态也比较平稳，对通航和发电尾水影响较小小，但，但土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大，故当技术上有可能采用，故当技术上有可能采用挑流消能时
26、，底流消能方案在经济对比方面往往不利挑流消能时，底流消能方案在经济对比方面往往不利。设计底流消能时，首先要进行水力计算用以判断水流衔接状态。通过设计底流消能时，首先要进行水力计算用以判断水流衔接状态。通过水力计算可以求出下泄流量水力计算可以求出下泄流量Q与跃后水深与跃后水深h2的关系曲线的关系曲线Qh2，再与下游，再与下游流量和河道水深流量和河道水深t的关系曲线的关系曲线Qt相比较，便可判断需要采用何种消能措相比较，便可判断需要采用何种消能措施。施。水流衔接分析水流衔接分析(a)下游水位流量关系曲线下游水位流量关系曲线Qt与与Qh2曲线恰巧重合，即在各级泄量下均产生临曲线恰巧重合，即在各级泄量
27、下均产生临界水跃，因而不用修建消力池、消力坎等消能设施，只需在水跃范围内设置护坦。界水跃，因而不用修建消力池、消力坎等消能设施，只需在水跃范围内设置护坦。当然，这是一种理想的情况，在实际工程中是罕见的。当然，这是一种理想的情况，在实际工程中是罕见的。(b)Qt曲线位于曲线位于Q h2曲线之下，即在各级流量下，下游水深均小于共轭水深，曲线之下，即在各级流量下，下游水深均小于共轭水深，将产生远驱水跃，为了节省下游过长的河床加固保护，即缩短下游护坦的长度，将产生远驱水跃，为了节省下游过长的河床加固保护，即缩短下游护坦的长度，必须设置消力池，消力坎或两者结合的综合消力池，以促使在池内的护坦上产生必须设
28、置消力池，消力坎或两者结合的综合消力池，以促使在池内的护坦上产生底流水跃消能。底流水跃消能。(c)Qt曲线位于曲线位于Qh2曲线之上，即在各级泄量下，下游水深曲线之上，即在各级泄量下，下游水深均大于共轭水深均大于共轭水深h2，这时水跃将被尾水推向上游，而总是处于淹没状态。当，这时水跃将被尾水推向上游，而总是处于淹没状态。当t大于大于h2过多时，例如过多时，例如淹没度超过淹没度超过30%时，消能效果大为降低，甚至成为高速潜流而不发生水跃，对下时，消能效果大为降低，甚至成为高速潜流而不发生水跃，对下游河床将产生严重的冲刷，在这种情况下，工程上曾游河床将产生严重的冲刷，在这种情况下，工程上曾采用倾斜
29、护坦采用倾斜护坦以保证在各种以保证在各种水位和泄量时，都能在护坦上产生淹没度不太大的水跃，倾斜护坦的起坡点取决水位和泄量时，都能在护坦上产生淹没度不太大的水跃，倾斜护坦的起坡点取决于最大泄量时水跃前端的位置，倾斜护坦的一般长度约为最大泄量时水跃长度的于最大泄量时水跃前端的位置，倾斜护坦的一般长度约为最大泄量时水跃长度的60%。底流消能措施底流消能措施若在小泄量时下游水深不足若在小泄量时下游水深不足以产生水跃，而大泄量时水以产生水跃，而大泄量时水深又有余，则可采用深又有余，则可采用倾斜护倾斜护坦和消力池结合坦和消力池结合，使小流量，使小流量时在池中发生水跃，在大流时在池中发生水跃，在大流量时水跃
30、在倾斜护坦上发生。量时水跃在倾斜护坦上发生。反之，小流量时水深有余而反之，小流量时水深有余而大流量时水深不足，可按大大流量时水深不足，可按大流量的要求确定池深。流量的要求确定池深。当单宽流量较大，水头较当单宽流量较大，水头较低，佛汝德数较小时，水跃低，佛汝德数较小时，水跃消能效果较差，跃后余能在消能效果较差，跃后余能在相当长的范围内仍会冲刷河相当长的范围内仍会冲刷河床和河岸。为提高消能效果，床和河岸。为提高消能效果，可以在护坦上可以在护坦上设置齿槛、消设置齿槛、消力墩及尾槛等辅助消能工力墩及尾槛等辅助消能工，以降低跃后水深，减小消力以降低跃后水深，减小消力池的深度和长度。池的深度和长度。2）面
31、流消能）面流消能 面流消能是利用溢流末端的鼻坎将主流挑至下游水面。在主流下面形成旋面流消能是利用溢流末端的鼻坎将主流挑至下游水面。在主流下面形成旋滚的水体。其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指向坝趾，并使主流滚的水体。其流速低于表面，且旋滚水体的底部流动方向指向坝趾，并使主流沿下游水面逐步扩散，不直接冲刷河床，达到消能防冲的目的。沿下游水面逐步扩散，不直接冲刷河床，达到消能防冲的目的。面流消能面流消能适用于下游水深较大，水位变幅较小，有漂木、排冰等要求的情适用于下游水深较大，水位变幅较小，有漂木、排冰等要求的情况。况。面流消能主要靠表层主流波浪和底部旋滚的作用，面流消能主要靠表层主流波浪
32、和底部旋滚的作用，消能效率不高，下游水消能效率不高，下游水面波动强烈面波动强烈。可绵延数百米，甚至数公里，影响电站稳定运行和下游通航条件，。可绵延数百米，甚至数公里，影响电站稳定运行和下游通航条件，甚至冲刷两岸，我国七里垄水电站和西津水电站的溢流坝都曾发生这方面的问甚至冲刷两岸，我国七里垄水电站和西津水电站的溢流坝都曾发生这方面的问题。题。3）挑流消能）挑流消能 挑流消能适用于水头较高，下游有一定水垫深度，基岩条件良好的情况。挑流消能适用于水头较高，下游有一定水垫深度，基岩条件良好的情况。鼻坎挑流消能包括两个过程，鼻坎挑流消能包括两个过程，一是空中消能，二是水垫消能一是空中消能，二是水垫消能。
33、前者通过水舌在。前者通过水舌在空中扩散、掺气、与空气摩擦消能，扩散越充分，掺气越多，消能效果越好；空中扩散、掺气、与空气摩擦消能，扩散越充分，掺气越多，消能效果越好；后者系水流跌入下游水中以后，形成强烈的旋滚区，并冲刷河床，但冲刷到一后者系水流跌入下游水中以后，形成强烈的旋滚区，并冲刷河床，但冲刷到一定深度，水流的余能便消耗于水滚的摩擦中，冲刷就不再继续加深。因此，下定深度，水流的余能便消耗于水滚的摩擦中，冲刷就不再继续加深。因此，下游水深愈大，对减轻河床冲刷愈是有利；水头愈大射程愈远，对坝的安全愈有游水深愈大，对减轻河床冲刷愈是有利；水头愈大射程愈远，对坝的安全愈有保证。由于挑流消能具有保证
34、。由于挑流消能具有结构简单、工程投资省、检修施工方便等优点结构简单、工程投资省、检修施工方便等优点，所以，所以大多数岩基上的高坝泄水都采用这种消能方式。大多数岩基上的高坝泄水都采用这种消能方式。挑流消能设计内容包括选择挑流鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角，挑流消能设计内容包括选择挑流鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角，估算水舌挑射距离和冲刷坑深度等。估算水舌挑射距离和冲刷坑深度等。挑流鼻坎的型式挑流鼻坎的型式连续式鼻坎连续式鼻坎，主要优点是构造简单、施工方便、水流乎顺、射程较远。所以得到，主要优点是构造简单、施工方便、水流乎顺、射程较远。所以得到普遍的采用。其缺点是水舌在空中扩散掺气的消
35、能作用较差动式鼻坎差，冲刷坑普遍的采用。其缺点是水舌在空中扩散掺气的消能作用较差动式鼻坎差，冲刷坑较深，引起下游水位波动也较剧烈。较深，引起下游水位波动也较剧烈。差动式鼻坎差动式鼻坎，在鼻坎末端设置一排坎槽，水流分别从齿坎和齿槽射出，主要作用，在鼻坎末端设置一排坎槽，水流分别从齿坎和齿槽射出，主要作用在于分散水流，加剧挑流水舌在空中的掺气和碰撞，提高消能效果，减小冲刷坑在于分散水流，加剧挑流水舌在空中的掺气和碰撞，提高消能效果，减小冲刷坑深度，但冲坑最深点距坝脚较近，鼻坎上流态复杂，在高速水流作用下，容易引深度，但冲坑最深点距坝脚较近，鼻坎上流态复杂，在高速水流作用下，容易引起空蚀破坏。按齿坎
36、形状分为起空蚀破坏。按齿坎形状分为矩形差动式和梯形差动式矩形差动式和梯形差动式两种，前者齿槽断面为矩两种，前者齿槽断面为矩形，影响槽中水流的扩散，铅直槽壁易造成较大的负压，引起空蚀；后者齿槽断形，影响槽中水流的扩散，铅直槽壁易造成较大的负压，引起空蚀；后者齿槽断面为梯形，促使槽中水流更好地扩散，槽壁为斜面改善水流条件，减小了负压，面为梯形，促使槽中水流更好地扩散，槽壁为斜面改善水流条件，减小了负压，消能效果较好，但施工比较复杂。消能效果较好，但施工比较复杂。根据工程实践和试验研究，鼻坎根据工程实践和试验研究，鼻坎挑射角一般采用挑射角一般采用2035，反弧，反弧半径一般采用半径一般采用(610)
37、h，h为鼻坎为鼻坎上水深，鼻坎高程与工程布置有上水深，鼻坎高程与工程布置有关，一般应高出下游最高水位约关，一般应高出下游最高水位约12m。高低坎高低坎，是在坝面上设置高差较大的挑坎，使下泄水流由高坎和低坎挑射，在空，是在坝面上设置高差较大的挑坎，使下泄水流由高坎和低坎挑射，在空气中互相冲击扩散消能，从而减小了冲刷坑的深度。我国白山重力拱坝和风滩溢气中互相冲击扩散消能，从而减小了冲刷坑的深度。我国白山重力拱坝和风滩溢流拱坝都采用高低坎挑流消能。流拱坝都采用高低坎挑流消能。窄缝坎窄缝坎，一般使用在峡谷高坝泄洪建筑物末端，可布置成沿流程收缩，当两侧边，一般使用在峡谷高坝泄洪建筑物末端，可布置成沿流程
38、收缩，当两侧边墙缩窄到使过流宽度为原有宽度的墙缩窄到使过流宽度为原有宽度的1/2以下时，挑出的射流便形成窄而高的矩形，以下时，挑出的射流便形成窄而高的矩形，同时利用边墙缩窄引起的冲击波和水冠，使挑射水股在空气中获得充分的竖向扩同时利用边墙缩窄引起的冲击波和水冠，使挑射水股在空气中获得充分的竖向扩散和顺水流方向的扩散，大大减轻了入射水流对河床的局部冲刷。我国龙羊峡重散和顺水流方向的扩散，大大减轻了入射水流对河床的局部冲刷。我国龙羊峡重力拱坝，东江和东风双曲拱坝等都采用窄缝坎挑流消能。力拱坝，东江和东风双曲拱坝等都采用窄缝坎挑流消能。挑流鼻坎的改进挑流鼻坎的改进高低坎、窄缝坎、分流墩高低坎、窄缝坎
39、、分流墩分流墩分流墩，当多孔泄洪建筑物的总宽度较大、，当多孔泄洪建筑物的总宽度较大、不利于采用窄缝式挑坎时，可在连续挑坎不利于采用窄缝式挑坎时，可在连续挑坎上设置几个分流墩，同样可以利用冲击波，上设置几个分流墩，同样可以利用冲击波，使空气中的射流水股在竖向和顺水流方向使空气中的射流水股在竖向和顺水流方向都得到充分扩散，提高消能效果，但分流都得到充分扩散，提高消能效果，但分流墩若为急流所淹没，易于发生绕流空化。墩若为急流所淹没，易于发生绕流空化。4）戽流消能）戽流消能 戽流消能是在溢流坝趾设置一个半径较大的反弧戽斗，促使下泄水流在戽戽流消能是在溢流坝趾设置一个半径较大的反弧戽斗，促使下泄水流在戽
40、内形成旋滚，主流挑向下游水面，形成一种内形成旋滚，主流挑向下游水面，形成一种“三滚一浪三滚一浪”的典型流态，即戽内的典型流态，即戽内的旋滚，戽后的底部旋滚，主流涌浪及其后的表面旋滚，利用旋滚的摩擦，混的旋滚，戽后的底部旋滚，主流涌浪及其后的表面旋滚，利用旋滚的摩擦，混掺作用达到消能防冲的目的。戽流消能掺作用达到消能防冲的目的。戽流消能适用于下游尾水深的变幅较小，无排冰、适用于下游尾水深的变幅较小，无排冰、漂木要求，且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况漂木要求，且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。戽流消能的。戽流消能的主要优点是主要优点是工程量比底流消能小，冲刷坑比挑流消能浅，且不存在雾化问题
41、。主要缺点是工程量比底流消能小，冲刷坑比挑流消能浅，且不存在雾化问题。主要缺点是下游水面波动较大，易冲刷河岸，也不利于下游通航，底部旋滚可能将河床砂下游水面波动较大，易冲刷河岸，也不利于下游通航，底部旋滚可能将河床砂石带入戽内造成磨损，石带入戽内造成磨损，这些问题均须在选择方案时加以考虑或采取改善的措施，这些问题均须在选择方案时加以考虑或采取改善的措施，我国我国1975年建成的石泉大坝采用戽流消能，除下游发生一些冲蚀外，运行正常。年建成的石泉大坝采用戽流消能，除下游发生一些冲蚀外，运行正常。消力戽型式消力戽型式 消力戽按其结构可分消力戽按其结构可分连续式（实体式）连续式（实体式）和和差动式（齿
42、槽式）差动式（齿槽式）两种类型。前者两种类型。前者结构简单，应用较广，但存在着水面波动剧烈和戽面易被砂石磨损的缺点；后者结构简单，应用较广，但存在着水面波动剧烈和戽面易被砂石磨损的缺点；后者有利于改善消力戽的流态，提高消能效果，减小下游水面波动，但施工复杂，且有利于改善消力戽的流态，提高消能效果，减小下游水面波动，但施工复杂，且易空蚀，采用时应慎重研究，目前国外仅有尼日利亚的卡因齐坝和美国的安哥斯易空蚀，采用时应慎重研究，目前国外仅有尼日利亚的卡因齐坝和美国的安哥斯杜拉坝采用差动式消力戽。杜拉坝采用差动式消力戽。当下泄单宽流量过大当下泄单宽流量过大时，为增大戽内旋滚水体，时，为增大戽内旋滚水体
43、，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，称为插入一段水平池底，称为戽式消力池戽式消力池，我国红水河，我国红水河岩滩溢流坝就采用这种消岩滩溢流坝就采用这种消能型式。能型式。5）宽尾墩联合消能）宽尾墩联合消能 宽尾墩收缩式消能工，即利用宽尾墩收缩式消能工，即利用闸墩尾部加宽闸墩尾部加宽来缩窄过流宽度，急流受到收缩来缩窄过流宽度，急流受到收缩的墩壁作用，产生冲击波，使出口处水深急剧增加，形成窄而高的一道水体，墩的墩壁作用，产生冲击波，使出口处水深急剧增加，形成窄而高的一道水体，墩的正背面则为无水区，同时，水流产生扰动并大量掺气。其结果是，射出的水舌的正背面则为无水区，同时，水
44、流产生扰动并大量掺气。其结果是，射出的水舌在纵向充分扩散，越接近表面，流线的仰角也愈大，射流上下缘间的距离显著增在纵向充分扩散，越接近表面，流线的仰角也愈大，射流上下缘间的距离显著增加，水流在平面上也向两侧扩散，增加了入水处的面积，水流剧烈扰动和充分掺加，水流在平面上也向两侧扩散，增加了入水处的面积，水流剧烈扰动和充分掺气加强了消能作用。气加强了消能作用。收缩后的射流到达反弧段的流态与下游消能建筑物型式有关。当收缩后的射流到达反弧段的流态与下游消能建筑物型式有关。当宽尾墩与挑宽尾墩与挑流鼻坎联合使用流鼻坎联合使用时，掺气水流到达反弧段后，将向两侧迅速扩散，相邻两孔间的时，掺气水流到达反弧段后，
45、将向两侧迅速扩散，相邻两孔间的横向扩散水流互相碰撞。激起很高的水冠，在坎末形成高低相间的水股射出，降横向扩散水流互相碰撞。激起很高的水冠，在坎末形成高低相间的水股射出，降低了射流入水处的单位面积能量和对河床的冲刷力。当低了射流入水处的单位面积能量和对河床的冲刷力。当宽尾墩与消力戽联合使用宽尾墩与消力戽联合使用时，收缩射流落入戽内，加速了表面旋滚的掺混作用，两侧还产生纵轴旋涡或涡时，收缩射流落入戽内，加速了表面旋滚的掺混作用，两侧还产生纵轴旋涡或涡流，大大地增加了消能作用。流，大大地增加了消能作用。6）对冲消能）对冲消能对于拱坝，由于拱坝在平面上呈弧形，特别是泄流过坝后向心集中，当使用滑对于拱坝
46、，由于拱坝在平面上呈弧形，特别是泄流过坝后向心集中，当使用滑雪道、挑流鼻坎和中孔泄流等方式时，可雪道、挑流鼻坎和中孔泄流等方式时，可采用对称布置，使两侧挑射水流在空采用对称布置，使两侧挑射水流在空中对撞，并沿河槽纵向扩散，以消耗大量能量中对撞，并沿河槽纵向扩散，以消耗大量能量，减轻对下游河床的冲刷。我国，减轻对下游河床的冲刷。我国广东泉水双曲拱坝、莫桑比克的卡博拉巴萨拱坝等都采用这种消能布置方式，广东泉水双曲拱坝、莫桑比克的卡博拉巴萨拱坝等都采用这种消能布置方式，消能效果良好。但对水流所造成的消能效果良好。但对水流所造成的“雾化雾化”问题应予足够重视。问题应予足够重视。新安江宽缝重力坝溢流坝段堰面新安江宽缝重力坝溢流坝段堰面新安江宽缝重力坝溢流坝挑坎新安江宽缝重力坝溢流坝挑坎新安江宽缝重力坝溢流坝泄洪新安江宽缝重力坝溢流坝泄洪二滩双曲拱坝泄水孔二滩双曲拱坝泄水孔二滩双曲拱坝泄水孔二滩双曲拱坝泄水孔表孔和中孔表孔和中孔二滩双曲拱坝隧洞泄洪二滩双曲拱坝隧洞泄洪拱坝滑雪道式溢流（西班牙）拱坝滑雪道式溢流（西班牙）拱坝坝顶溢流（西班牙）拱坝坝顶溢流（西班牙）拱坝坝顶跌流（西班牙）拱坝坝顶跌流（西班牙）重力拱坝宽尾墩消能（隔河岩）重力拱坝宽尾墩消能（隔河岩）宽尾墩消能宽尾墩消能消力池中的消力墩消力池中的消力墩浆砌石重力坝溢流（大白岸）浆砌石重力坝溢流（大白岸）
