[发明专利]坝堰结构用的溢洪道

说明书

本发明涉及水坝用的溢洪道，它包括一个溢流槛，其槛顶设定在第一预定水位，该水位低于与设计水坝用的最大水库水位相当的第二预定水位，该第一和第二水位之差相当于设计洪水的的预定最大排水量以及设在溢流槛上的活动式水位升高装置。

目前实践中，溢流坝是根据某洪水频率（如千年洪水）来设计和建造的，该洪水溢流时，在溢流坎上产生很高的水头（坎上水深范围为1-5米）。

对于一个设定的泄洪量来说，自流式溢洪道在适应不稳定的水文条件方面（对水坝来讲是最重要的危险之一）比闸门泄水具有更大安全性。

但是，在坎上水头，即上述两个预定水位差同样的情况下，采用完全的自流式溢洪道对有效库容是不经济的，库容损失会占总有效库容相当大的百分比（等于、甚至大于50%），对小到中等规模的水坝尤其如此。

本发明打算解决的问题，可以概括为以下两个主要目标，它们可以单独地或综合地实现。

1）在近似永久性基础上，增大具有自流式溢洪道水坝蓄水量。

2）通过允许大洪水畅通无阻地流过，使自流溢洪道的固有特点的运行安全性和可靠性得到保持和（或）增加，同时容许小的或中等规模洪水溢出，无需外部作用或对现有结构作任何重大变更。

对于增大水库蓄水量已经提出并广泛采用了多种方法，最基本的由闸门系统组成，在闸门关闭时防止水流溢过堰坎。有各种闸门，如自动的或手动操作的，通用的或充气的闸门一般都得很高的投资费用并且需要例行保养和定期检查。它们还要求不断的人工监督或经常的花费以及由水库水位控制的复杂的自动系统，但这也决不会完全摆脱出故障的危险。最终，对于设定的泄流能力来说，闸门泄流工作的安全性和可靠性都不如自流式（无闸门）溢洪道。

临时增大水库蓄水量的手段有采用沙袋或泄水闸板，但它们的实用性有限而且由于在每次河流洪峰到达之前需要大量人力，因而会招致很大危险。

有些大型堤坝设置有“保险堤段”，这些保险堤段以低于主坝的坝顶高程为顶点，它是通过一股非常大的洪水使上游水位大涨，引起该堤段组成材料被冲掉而进行工作的。这种保险堤用来防止大洪水无控制的灾害性溢流超过主坝，通过把洪水的作用集中在专备用于侵蚀冲刷掉的堤段上，从而提供了额外的泄流能力。一旦保险堤段被冲毁，那末，在水坝恢复能正常使用前，必须作大量修复工作。

就本申请人所知，看来目前还没有令人满意的办法来实现上述使用简便并且花费适当的目标。

按照本发明，上述问题可以这样解决，水位升高装置包括至少一个座落在溢洪道槛上并且靠重力固定就位的刚性沉重构件，该构件具有预定高度，此高度低于第一和第二预定水位之差，在上游水位基本上等于所述的第二或最大水位时，此高度与预定泄流量小于最大预定泄流量的平均洪水相对应，该构件的大小和重量是这样的：由上游水施加在构件上的力的力矩达到等于保持使构件在堰坎上就位的重力的力矩，则在上游水达到高于构件顶部但低于第二预定水位预定水位时，必然使该构件失去稳定性。

在这种状态下，显然水坝的蓄水量增大了相当于水位升高构件高度的水量。该构件能以比闸门更低廉的成本进行制造而且如果将这些构件安装在现有水坝的堰坎上，不需要对其作任何大变动，下文将加以叙述。还很清楚的是在中等规模的洪汛期间，只要上游水没有达到所述第三预定水位，实践中，该水位可被设定成等于或略低于上述第二预定水位（即最大水位或最大水库水位），那么水就能溢出这些构件，以便不破坏构件而泄掉洪水，而且也不会减少水坝中已增大的蓄水量。在大洪水期间，上游水达到上述第三预定水位，这些构件仅受水荷载作用而无外部影响下失去稳定和被冲掉，因此使溢洪道恢复到其充分泄流量，该泄流量由水坝设计的坝槛上的水头决定。

尽管理论上讲并非必需，一种预定高度的墩座最好设置在溢流槛的下游侧底脚处而在水位升高构件的下游侧。用以防止溢流槛上的该构件向下游滑动，但当上游水位到达上述第三预定水位时则不能阻止该构件从墩座上倾覆。当然，墩座高度将在下面对确定构件大小和重量的说明中给与考虑。

在溢流槛和构件底部之间靠近该底部的上游边缘可以设置一种密封件，然而，若构件与溢流槛之间的泄漏很小而且该构件所座落的溢流槛区域相当干燥，这种密封就不是绝对需要，因此，如果不设置密封，在上述构件下方显然也不会产生浮托（压）力。如下文将说明的，当上游水位到达上述第三预定水位时，为了在需要排泄掉大洪水时加速上述构件的摇动和倾覆，可设置装置使其自动在上述构件下方产生浮托力。