42东北水利水电份8年溢洪道堰顶的设计钾...............1‘译文‘前言溢洪道最主要的用途是渲泄通过工程的大量洪水、确保大坝安全和避免洪水给上下游造成危害。设计时应尽力满足下述要求业使投资节省:(1)渲泄设计流量的足够长的堰顶;(2)容许的最小压力;(3)容许的最大堰上水头;(4)水力的稳定性和限定的水力特性;(5)结构的稳定性;(6)在容许出流条件下减轻下游冲刷;(了)要考虑地质、地形、环境和美化等因素。溢洪道泄流能力是由溢洪道的长度、形状、水深、闸门尺寸、进口条件和闸墩或边墩的几何形状确定的。在初步研究中,一般认为大单宽流量窄溢洪道比中等单宽流量宽的溢洪道经济。因此,美国陆军工程兵团(COE)已允许设计水头由12.2m增加到18.3m,·单宽流量增加到91.8一招3.6m夕。·m。较高的设计水头可能导致边墩或闸墩结梅过大,引起能量损失和堰顶水舌脉动加剧的可能性。由于溢洪道设计要不断提高其容量,所以要有可靠的设计资料和简单方便的设计方法,这种方法既能独立使用,也可以做为模型研究的基础。去较长时间认为,如果溢洪道堰顶形状与水流流过锐缘堰顶充分通气所形成的水舌下缘形状非常接近时,这些约束条件是能够很好满足的。由于这种水舌的形状受相应的堰上水头、行近流速和堰上游面坡度的影响。因此,假若能搜集到这些变量适用范围内的试验资料,那么即可提出溢洪道堰顶的设计方法。早期建立的与水舌下缘表面吻合的方程是利用巴津〔Bazin,)数据,也利用其它资料对此重新进行过计算。大概最好的资料是美国垦务局提出的,它已做为美国陆军工程兵团的设计方法的基础。图1示意图早期的设计方法堰顶设计水舌底缘吻合法为了满足前面限定的条件业使堰顶长度最小,最好是将溢流堰顶做成流量系数大、压力不超过容许值且分布比较均匀的形状。人们过水舌下缘表面的完整形状.早期是把它分成两个扇形体来描述.的,一个位于水舌底缘最高点(顶点)的上游,另一个在下游。应用条件见图1。He=堰上总水头:ha=行近流速水头。溢洪道根据设计水头H。按比例设计。Hd可能大于、等于或小于H。。随着溢洪道相对高度减小,行近流速的影响则增大。在P/Hd‘1.0时,按照美国陆军〔程兵团给出的方法,行近流速的影响是不能忽略的。与劳斯(R口use)数据一致的美国垦务局的数据表明.当h。/H。增加或堰上游面坡度减小时,水舌收缩(Y。,变平,堰项轴线稍和问L游移动。墨非处Murphy,解释说.讨较低的P/HJ值和垂直面,水流趋第2期(总4期)溢洪道堰顶的设计43于向垂直面下方流动,因而产生如无旋水流理论所指出的那种出现在垂直面F部而不是出现在水面的旋涡。倾斜的上游面可以防止出现这种情况。另外,为了简定起见·一般情况下高.溢流堰不需要斜面。有时为了节省混凝土,可使堰头何上游伸出,形成悬臂式的堰头美国陆军工程兵团的水力设计规范给出了详图为了计算这些影响,美国陆军工程兵团将设资劳法汾成四种类型,即上游面为垂直或倾斜漪高于孤溢洪道.所有溢洪道堰J。下游扇形体的方履都可以表示成:x。=KHd’一IY式中父二自左至右算起的水平坐标;Y=自上中的n二].浙并据行近水深变化K值则可使下游扇形休{分近似一般的椭圆方程可表示成:x2yZ几乒+毛万=1‘21式中A二浦圆的水乎半轴;B二椭圆的垂直半抽;x二以椭圆中心为原点的横坐标:y=以椭目中心为原点的纵坐标这三个参数‘A、B和K)完全确定丁堰顶的形状。图2给出了它们随相应行近水深的变化对于高溢洪道,这种方法已被墨菲证明是适用的对于其它型式上游面和堰顶形状.墨推还建议进行模型研究。而下算起的竖直坐标;K二常数.变化范围为1.肠~2.08;n二常数,变化范围为}.75~!.85。用一个单一方程吻合上游的扇形体是很困难的。劳斯和雷德fRejd)、麦尔希莫‘Me一肠hdmer)和墨菲指出,紧靠堰顶轴线的上游部分的堰顶曲率在很大程度七决定着溢洪道的效率‘曲率突变或不连续,不仅破坏了边界层,而且还可能导致水流分离和产生空穴、}据墨非报导,如能消除上游面与上游扇形体之间很小一的不连续性,流量系数可增大3%。对于姚头在0.25且‘到1、5Hd之间的情况,麦尔希莫和墨菲将堰顶抽线上游扇形体曲线分成四种情况进行比较。在这四个试验中,以复合三圆法和椭圆法得出的泄流能力及压力的结果最佳:从那时起,美国陆军工...
