任务1.7 重力坝的泄水孔

在水利枢纽中为了满足泄洪、灌溉、发电、排沙、放空水库及施工导流等要求，需在重力坝身设置多种泄、放水的孔口，位于重力坝中部或底部的泄水孔称为重力坝的深式泄水孔，又称深孔，底部的又叫底孔。由于深水压力的影响，对孔口尺寸、边界条件、结构受力、操作运行等要求十分严格，以便保证泄流顺畅，运用安全。

1.7.1 深式泄水孔的分类和作用

深式泄水孔按其作用分为泄洪孔、冲沙孔、发电孔、放水孔、灌溉孔、导流孔等。泄洪孔用于泄洪和根据洪水预报资料预泄洪水，可加大水库的调洪库容；冲沙孔用于排放库内泥沙，减少水库淤积；发电孔用于发电、供水；放水孔用于放空水库，以便检修大坝；灌溉孔要满足农业灌溉要求的水量和水温，取水库表层或取深层水、长距离输送以达到灌溉所需的水温；导流孔主要用于施工期导流的需要。在不影响正常运用的条件下，应考虑一孔多用。例如，发电与灌溉结合；放空水库与排沙结合；导流孔的后期改造成泄洪、排沙、放空水库等。城市供水可以单独设孔，以便满足供水水质、高程等要求，也可利用发电、灌溉孔的尾水供水。

深式泄水孔按其流态可分为有压泄水孔和无压泄水孔。发电压力输水孔是有压孔，而泄洪、冲沙、放水、灌溉、导流等可以是有压流也可以是无压流（图1.36和图1.37）。

深式泄水孔按所处的高程不同，可分为中孔和底孔；按布置的层数，可分为单层泄水孔和多层泄水孔。

1.7.2 泄水孔的布置

坝身泄水孔应根据其用途、枢纽布置要求、地形地质条件和施工条件等因素进行布置。泄洪孔宜布置在河槽部位，以便下泄水流与下游河道衔接。当河谷狭窄时，宜设在溢流坝段；当河谷较宽时，则可考虑布置于非溢流坝段。其进口高程在满足泄洪任务的前提下，应尽量高些，以减小进口闸门上的水压力；灌溉孔布置在灌区一岸的坝段上，以便与灌溉渠道连接，其进口高程则应根据后渠首高程来确定，必要时也可根据泥沙和水温分层设置进水口；排沙底孔应尽量靠近电站、灌溉孔的进水口及船闸闸首等需要排沙的部位；发电进水口的高程，应根据水力动能设计要求和泥沙条件确定。一般设于水库最低工作水位以下一倍孔口高度处，并应高出淤沙高程1m以上；为放空水库而设置的放水孔、施工导流孔，一般均布置得较低。

1.7.3 泄水孔的构造

1.有压泄水孔

(1)进水口。为使水流平顺，减少水头损失，避免孔壁空蚀，进口形状应尽可能符合流线变化规律，工程中宜采用四侧或顶侧面椭圆曲线进水口，其典型布置如图1.38所示。

（2）出水口。有压泄水孔的出口控制着整个泄水孔内的内水压力状况。为消除负压，避免出现空蚀破坏，宜将出口断面缩小，收缩量大致为孔身面积的10%～15%，并将孔顶降低，孔顶坡比可取1∶10～1∶5。

(3)孔身断面及渐变段。有压泄水孔的断面一般为圆形，但进出口部分为适应闸门要求应为矩形断面，故圆形、矩形断面间应设渐变段过渡连接。

(4)闸门槽。有压泄水口的工作闸门，一般采用不设门槽的弧形闸门，而进口检修闸门常采用平面闸门。若闸门体型设计不当，很容易产生空蚀。对高水头的情况，闸门应用图1.39所示的形状。

(5)通气孔。通气孔的作用是关闭检修闸门后，开工作闸门放水，向孔内充气；检修完毕后，关闭工作闸门，向闸门之间充水时排气。通气孔的断面积由计算确定，但宜大于充水管或排水管的过水断面积。为防止发生事故，通气孔的进口必须与闸门启闭室分开，以免影响工作人员的安全。

2.无压泄水孔

无压泄水平面上宜作直线布置，其过水断面多为矩形或城门洞形。一般由压力短管和明流段两部分组成。

（1）进水口。无压泄水孔的有压段与有压泄水孔的相应段体型、构造基本相同，如图1.40所示。压坡段的坡度一般为1∶4～1∶6，压坡段的长度一般为3～6m。

(2)明流段。为使水流平顺无负压，明流段的竖曲线通常设计为抛物线。明流段的孔顶在水面以上应有足够的余幅，当孔身为矩形时，顶部高出水面的高度取最大流量时不掺气水深的30%～50%；当孔顶为圆拱形时，拱脚距水面的高度可取不掺气水深的20%～30%。明流段的反弧段一般采用圆弧式，末端鼻坎高程应高于该处下游水位以保证发生自由挑流。

（3）通气孔。检修闸门后的通气孔布置要求与有压泄水孔完全相同。此外，为使明流段流态稳定，还应在工作闸门后设通气孔（图1.37），向明流段不断补气。