任務1.3 溢流壩設計

單元任務目標：完成溢流壩剖面設計。

任務執行過程引導：確定泄水方式；孔口布置；確定定型設計水頭，建立下游堰面曲線；計算上切點坐標，確定反弧段，形成溢流壩初步剖面。

提交成果：溢流壩剖面圖，溢流壩頂布置，相關計算成果。

溢流重力壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，在水利樞紐中，它可承擔泄洪、向下游輸水、排沙、放空水庫和施工導流等任務。因此，壩體剖面設計除要滿足穩定和強度要求外，還要滿足泄水的要求，同時要考慮下游的消能問題。

溢流壩是樞紐中最重要的泄水建筑物之一，將規劃庫容所不能容納的大部分洪水經壩頂泄向下游，以便保證大壩安全。溢流壩應滿足泄洪的相關設計要求：

（1）有足夠的孔口尺寸、良好的孔口體形和泄水時具有較大的流量系數。

（2）使水流平順地通過壩體，不允許產生不利的負壓和振動，避免發生氣蝕現象。

（3）保證下游河床不產生危及壩體安全的沖坑和沖刷。

（4）溢流壩段在樞紐中的位置，應使下游流態平順，不產生折沖水流，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。

（5）有靈活控制水流下泄的設備，如閘門、啟閉機等。

1.3.1 孔口設計

溢流壩的孔口設計涉及很多因素，如洪水設計標準、下游防洪要求、庫水位壅高的限制、泄水方式、堰面曲線以及樞紐所在地段的地形、地質條件等。設計時，先選定泄水方式，擬定若干個泄水布置方案（除堰面溢流外，還可配合壩身泄水孔或泄洪隧洞泄流）。初步確定孔口尺寸，按規定的洪水設計標準進行調洪演算，求出各方案的防洪庫容、設計和校核洪水位及相應的下泄流量，然后估算淹沒損失和樞紐造價，進行綜合比較，選出最優方案。

1.3.1.1 孔口形式

溢流壩的泄水方式有開敞溢流式和有胸墻溢流式兩種，如圖1.22所示。

1.開敞溢流式

根據運用要求［圖1.22（a）］，堰頂可以設閘門，也可以不設閘門。

在洪水流量較小，淹沒損失不大的中、小型水庫，堰頂可不設閘門。它結構簡單，可自動泄洪，管理方便。

在大、中型水庫工程中，常在堰頂設置閘門。當閘門全開時，下泄流量與堰上水頭H₀的3/2次方成正比。隨著庫水位的升高，下泄流量增加較快，具有較大的超泄能力。

2.有胸墻溢流式

有胸墻溢流式在閘墩上部設置胸墻［圖1.22（b）］，堰頂高程較低。它可以根據洪水預報提前放水，騰出較大的防洪庫容，提高水庫的調洪能力。當庫水位低于胸墻下緣時，下泄水流流態與堰頂開敞溢流式相同；當庫水位高于孔口一定高度時，呈大孔口出流，超泄能力下降。胸墻多為鋼筋混凝土結構，一般固接在閘墩上，也有做成活動式的。遇特大洪水時可將胸墻吊起，以提高泄洪能力，同時利于排放漂浮物。

1.3.1.2 孔口尺寸

1.下泄流量的確定

孔口尺寸的大小主要取決于水庫樞紐宣泄的洪水流量。根據設計和校核情況下的洪水來量，經調洪演算確定下泄洪水流量Q_總，再減去泄水孔和其他建筑物下泄流量之和Q₀，即得

式中 Q₀——經由電站、船閘及其他泄水孔下泄的流量，m³/s；

α——系數，考慮電站部分運行，或由于閘門障礙等因素對下泄流量的影響，正常運用時取0.75～0.90；校核情況下取1.0。

2.單寬流量的確定

單寬流量q是決定孔口尺寸的重要指標，單寬流量一經選定，就可以初步確定溢流壩段的凈寬和堰頂高程。單寬流量越大，下泄水流的動能越集中，消能問題就越突出，下游局部沖刷會越嚴重，但溢流前緣短，對樞紐布置有利。因此，一個經濟而又安全的單寬流量，必須綜合地質條件、下游河道水深、樞紐布置和消能工設計多種因素，通過技術經濟比較后選定。

一般，當河谷狹窄，下游水深較大，基巖堅硬抗沖能力強時，可選用較大的單寬流量。當河床巖石軟弱，存在不利的地質構造等缺陷時，宜選用較小的單寬流量。工程實踐證明，對于軟弱巖石常取q=20～50m³/（s·m）；中等堅硬的巖石取q=20～100m³/（s·m）；特別堅硬的巖石取q=100～150m³/（s·m）；地質條件好可以選取更大的單寬流量。近年來，隨著消能技術的進步，選用的單寬流量也不斷增大。在我國已建成的大壩中，安康水電站單寬流量達282.7m³/（s·m）、三峽水利樞紐的單寬流量達312m³/（s·m）。而委內瑞拉的古里壩，其單寬流量達344m³/（s·m）。

3.孔口尺寸的確定

單寬流量q確定以后，溢流孔凈寬B（不包括閘墩厚度）為

裝有閘門的溢流壩，用閘墩將溢流段分隔為若干個等寬的孔。設孔口總數為n，孔口寬度b=B/n，d為閘墩厚度，則溢流前緣總寬度B₁為

經調洪演算求得洪水位及相應的下泄流量后，可利用下式計算包括流速水頭在內的堰頂水頭H_w，當采用開敞式溢流式時

式中 m——流量系數，按WES溢流曲線查表1.12；

C——上游面坡度影響修正系數，見表1.13，當上游面為鉛直面時，C取1.0；

ε——閘墩側收縮系數，與閘墩厚度及閘墩頭部形狀有關，初設時可取為0.90～0.95；

σ_s——淹沒系數，視淹沒程度而定，不淹沒時σ_s=1.0；

g——重力加速度，取9.81m/s²。

用設計洪水位減去堰頂水頭H_w（此時堰頂水頭應扣除流速水頭）即得堰項高程。

當采用孔口泄流時

式中 A_k——出口處的面積，m²；

μ——孔口或管道的流量系數，初設時對設有胸墻的堰頂孔口，當H_w/D=2.0～2.4時（D為孔口高，m），取μ=0.74～0.82；對深孔取μ=0.83～0.93；當為有壓流時，μ值必須通過計算沿程及局部水頭損失來確定；

H_w——自由出流時為孔口中心處的作用水頭，淹沒出流時為上下游水位差，m。

當已知n、b、堰上水頭，根據所選閘墩的形式計算ε，并查表1.12得m，然后根據式（1.60）計算Q_溢，若滿足，則設計的孔口符合要求。

1.3.2 溢流壩的剖面設計

溢流壩的基本剖面也呈三角形。上游壩面可以做成鉛直面，也可以做成折坡面。溢流面由頂部曲線段、中間直線段和底部反弧段三部分組成，如圖1.23所示。

1.3.2.1 溢流壩的堰面曲線

1.頂部曲線段

溢流壩頂部曲線是控制流量的關鍵部位，為增大下泄流量或防止堰面產生負壓，其形狀常采用非真空剖面曲線中的克-奧曲線和冪曲線（或稱WES曲線）。克-奧曲線不給出曲線方程，只給定曲線坐標值，插值計算和施工放樣均不方便。而冪曲線給定曲線方程，如式（1.61），其流量系數較大且剖面較瘦，工程量較少，同時壩面曲線用方程控制，便于計算和放樣，故近年來堰面曲線多采用冪曲線。

（1）開敞式溢流堰面曲線。如圖1.24所示，采用冪曲線時按下式

式中 H_d——定型設計水頭，按堰頂最大作用水頭H_zmax的75%～95%計算，m；

n、k——與上游壩面坡度有關的指數和系數，見表1.14；

x、y——溢流面曲線的坐標，其原點設在堰面曲線的最高點。

冪曲線形溢流堰頂部曲線以堰頂為界分上游段和下游段兩部分，上游段常用橢圓曲線、三圓弧曲線和雙圓弧曲線。

1）橢圓曲線，其方程式為：

式中 aH_d、bH_d——橢圓曲線的長軸和短軸（當P₁/H_d ≥2 時，a=0.28～0.30，a/b=0.87+3a。

當P₁/H_d＜2時，a=0.215～0.28，b=0.127～0.163；當P₁/H_d小時，a與b取小值）。

當采用倒懸堰頂時（圖1.24）應滿足：d&gt；H_zmax/2的條件，仍可采用式（1.61）計算。

2）三圓弧曲線，上游堰面鉛直，R₁、R₂及R₃等參數如圖1.25所示。

3）雙圓弧曲線，如圖1.26所示，圖中R₁、R₂、k、n、a、b等參數取值見表1.14。

（2）設有胸墻的堰面曲線。如圖1.27所示，當堰頂最大作用水頭H_zmax（孔口中心線以上）與孔口高度D的比值H_zmax/D＞1.5時，或閘門全開仍屬孔口泄流時，可按下式設計堰面曲線

式中 H_d——定型設計水頭，孔口中心線至校核洪水位的75%～95%；

φ——孔口收縮斷面上的流速系數，一般取φ=0.96；若孔前設有檢修閘門，取φ=0.95；

x、y——曲線坐標，其原點設在堰頂最高點；

其余符號意義同前。

坐標原點左側的上游段可采用單圓弧曲線、復合圓弧曲線或橢圓曲線與上游壩面連接，胸墻下緣也可采用圓弧或橢圓曲線外形，原點上游曲線與胸墻下緣曲線應綜合考慮，若1.2＜H_zmax/D&lt；1.5時，堰面曲線應通過試驗確定。

按定型設計水頭確定的溢流面頂部曲線，當通過校核洪水時將出現負壓，一般要求負壓值不超過3～6m水柱高。

2.中間直線段

中間直線段的上端與堰頂曲線相切，下端與反弧段相切，坡度一般與非溢流壩段的下游坡相同。

3.底部反弧段

溢流壩面反弧段是使沿溢流面下泄水流平順轉向的工程設施，要求沿程壓力分布均勻，不產生負壓和不致引起有害的脈動壓力。通常采用圓弧曲線，其反弧半徑R=（4～10）h，h為校核洪水閘門全開時反弧最低點的水深。反弧最低點的流速越大，要求反弧半徑越大，宜采用較大值。當流速大于16m/s時，宜取上式的上限值。當采用底流消能，反弧段與護坦相連時，宜采用上限值。

但若校核洪水位與反弧最低點的高差z較大，反弧最低處水深h很小，按R=（4～10）h計算取10h可能反而變得很小，此時有些不合理。建議該情況下R?。?.3～0.7）z。

合理選取反弧半徑R值，是一個尚待妥善解決的問題。實際許多高壩反弧半徑R的取值范圍遠遠超過R=（4～10）h的限度。有人根據國外60個工程資料，針對影響反弧半

徑的主要因素進行優化，提出反弧半徑的經驗公式，其中弗勞德數Fr=v/，此式可作為工程設計參考，大、中、小型工程均能運用。

1.3.2.2 溢流壩實用剖面擬定

溢流壩的實用剖面，是在三角形基本剖面基礎上結合堰面曲線按擬合修改而成的，并與非溢流壩剖面相適應。

（1）溢流壩堰面曲線超出基本三角形剖面。如圖1.28（a）所示，這種情況常出現在堅固完好的巖基上，設計時需對基本剖面進行修正。

根據溢流壩的定型設計水頭H_d和選定的堰面曲線形式，點繪出堰面曲線ABC，此時溢流重力壩剖面尺寸大于基本三角形剖面，為節約壩體工程量，又不影響堰頂泄流，可將基本三角形的下游邊與溢流壩面的切線重合，壩上游陰影部分可以省去。保留高度d的懸臂實體，且要求d≥0.5H_zmax（H_zmax為堰頂最大作用水頭）。

（2）溢流堰面曲線落在三角形基本剖面以內。如圖1.28（b）所示，當溢流重力壩剖面尺寸小于基本三角形剖面，可適當調整堰頂曲線。通常是在溢流壩頂加一斜直線AA′，使之與溢流曲線相切于A點，增加上游陰影部分壩體體積，且有利于壩體穩定。

（3）具有挑流鼻坎的溢流壩。鼻坎超出基本三角形剖面以外，如圖1.29所示。若l/h＞0.5，應核算B-B′截面處的應力；若拉應力較大，可考慮在B-B′截面處設置結構縫，把鼻坎與壩體分開；若拉應力不大，也可采用局部加強措施，不設結構縫。

1.3.3 溢流壩的消能防沖

由于溢流壩下泄的水流攜有很大的動能，常高達幾百萬甚至幾千萬千瓦，如此巨大的能量，若不采取措施進行處理，下游河床及兩岸將被嚴重沖刷，甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。所以，無論采用何種型式消能，均應做到消能效果好、結構可靠，保證大壩的安全。

消能工的設計原則是：①盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內部的紊動、漩渦中，以及水流與邊界和空氣的摩擦上；②不產生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；③下泄水流平穩，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行；④結構簡單，工作可靠；⑤盡量減小泄洪產生的霧化及其影響；⑥工程量小，造價低。

常用的消能方式有：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能等。挑流消能應用最廣，底流消能次之，面流消能和消力戽消能一般應用較少。

1.挑流消能

挑流消能是利用溢流壩下游反弧段的鼻坎，將下泄的高速水流挑射拋向空中，拋射水流在摻入大量空氣時消耗部分能量，而后落到距壩較遠的下游河床水墊中產生強烈的漩滾，并沖刷河床形成沖坑，隨著沖坑的逐漸加深，大量能量消耗在水流漩滾的摩擦之中，沖坑也逐漸趨于穩定。挑流消能一般適用于基巖比較堅固的中、高溢流重力壩。

挑流消能設計主要包括：選擇合適的鼻坎型式、鼻坎高程、挑射角度、反弧半徑、鼻坎構造和尺寸，計算挑射距離和最大沖坑深度，如圖1.30和圖1.31所示。本節主要介紹連續式挑流消能的設計。

（1）鼻坎型式。常用的挑流鼻坎型式有連續式和差動式兩種，如圖1.31所示。

連續式構造簡單、施工方便、射程較遠、水流霧化輕，適合于尾水較深、基巖較堅硬、單寬流量不大的泄水建筑物。

差動式與連續式不同之處在于鼻坎末端設有齒坎，挑流時射流分別經齒臺和凹槽挑出，形成兩股具有不同挑射角的水流，兩股水流在空中相互撞擊，使摻氣現象加劇，增加了空中的消能效果；同時也增加了水舌的入水范圍，減小了河床的沖刷深度，但施工復雜，易氣蝕。

（2）鼻坎挑射角度。一般情況下取θ=20°～25°。對于深于河槽以選用θ=15°～20°為宜。加大挑射角，雖然可以增加挑射距離，但由于水舌與下游水面的交角加大，使沖坑加深。

（3）鼻坎反弧半徑R。一般采用（4～10）h，h為反弧最低點處的水深。

（4）鼻坎高程。應高于鼻坎附近下游最高水位1～2m。

（5）挑射距離。由于沖坑最深點大致落在水舌外緣的延長線上，故挑射距離按以下公式估算

式中 L——水舌挑射距離，m，挑流鼻坎下垂直面至沖坑最深點的水平距離；

v₁——坎頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速v的1.1倍計，即v₁=1.1v，v₁=1.1φ（H₀為庫水位至坎頂的落差，φ為堰面流速系數）；

θ——鼻坎的挑角；

h₁——坎頂平均水深h在垂直方向的投影，h₁=hcosθ，m；

h₂——坎頂至下游河床面高差，m，如沖坑已經形成，在計算沖坑進一步發展時，可算至坑底。

（6）最大沖坑深度。最大沖坑水墊厚度t_k工程上常按下式估算

式中 t_k——水墊厚度，自水面算至坑底，m；

——沖坑深度，m；

q——單寬流量，m³/（s·m）；

H——上下游水位差，m；

α——沖坑系數，堅硬完整的基巖，α=0.9～1.2；堅硬但完整性較差的基巖，α=1.2～1.5；軟弱破碎，裂縫發育的基巖，α=1.5～2.0。

為了保證大壩的安全，挑距應有足夠的長度，當基巖傾角較陡時以及基巖傾角較緩時，認為安全。

2.底流消能

底流消能主要是利用水躍，將泄出的急流轉變為緩流，以消除水中多余的動能。通常在壩下設置消力池、消力坎或綜合式消力池和其他輔助消能設施，促使下泄水流在限定的范圍內產生淹沒水躍。主要通過水流內部的漩滾、摩擦、摻氣和撞擊達到消能的目的，以減輕對下游河床的沖刷。底流消能工作可靠，但工程量較大，多用于低水頭、大流量的溢流重力壩，如圖1.32所示。

3.面流消能

面流消能利用鼻坎將高速水流挑至尾水表面，在主流下面形成漩滾，使高速水流與河床隔開，避免了對臨近壩趾處河床的沖刷，如圖1.33所示。由于表面主流沿水面逐漸擴散以及反向漩滾的作用產生消能效果。河床一般不需要加固，但需防止漩滾裹挾石塊磨蝕壩腳地基。

面流消能適用于下游尾水較深（大于躍后水深），水位變幅不大，下泄流量變化范圍不大，以及河床和兩岸有較高的抗沖能力的情況。它的缺點是對下游水位和下泄流量變幅有嚴格的限制，下游水流波動較大，在較長距離內（有時可延綿1～2km）不夠平穩，影響電站的發電和下游的航運。

4.消力戽消能

消力戽的構造類似于挑流消能設施，但其鼻坎潛沒在水下，下泄水流在被鼻坎挑到水面（形成涌浪）的同時，還在消力戽內、消力戽下游的水流底部以及消力戽下游的水流表面形成三個漩滾，即所謂“一浪三滾”，如圖1.34所示。消力戽的作用主要在于使戽內的漩滾消耗大量能量，并將高速水流挑至水面，以減輕對河床的沖刷。消力戽下游的兩個漩滾也有一定的消能作用。由于高速主流在水流表面，故不需做護坦。

消力戽消能工程量比底流消能小，沖坑比挑流消能潛，不存在霧化問題。其缺點與面流消能相似，且底部漩滾可能將砂石帶入戽內造成磨損。消力戽適合于尾水較深（大于躍后水深）且變幅小，無航運要求且下游河床和兩岸抗沖刷能力較強的情況。

任務案例1-2 溢流壩設計

1-2-1 項目任務

設計資料如重力壩設計基本資料所示。根據項目資料確定溢流壩泄水方式、孔口尺寸，并進行溢流壩剖面擬定。

1-2-2 溢流壩孔口尺寸設計

（1）泄水方式的選擇。為使水庫具有較大的超泄能力，采用開敞式孔口。

（2）單寬流量的確定。因河床部位為半風化花崗巖，具有足夠的抗壓強度，屬于較好的巖石，故取q=50～80m³/（s·m），初步擬定時取單寬流量q的下限值50m³/（s·m）。

（3）溢流孔凈寬的確定。由案例描述知，校核洪水位時泄流量為3124m³/s，設計洪水位時泄流量為2243m³/s，則校核洪水位時

B=Q_溢/q=3124/50=62.48（m）

設計洪水位時

B=Q_溢/q=2243/50=44.86（m）

綜上所述，取B=60m。

（4）孔口尺寸的確定。根據目前大、中型壩的閘門寬度常用8～16m，為保證泄洪時閘門對稱開啟，設5孔閘門，每孔12m。

（5）溢流前緣總寬度B₁的確定。根據工程經驗，擬定閘墩的厚度d=2m，則

B₁=nb+（n-1）d=5×12+4×2=68（m）

（6）堰頂高程的確定。初步擬定閘墩側收縮系數ε取值0.95，因過堰水流為自由出流，故淹沒系數σ_s取1.0，上游面為鉛直面，C取1.0，假定P₁/H_d&gt；1.33，則流量系數m取0.501，則由式（1.59）得不同洪水位下堰頂水頭H_w。

設計洪水位

同理，校核洪水位

由案例描述知，校核洪水位和設計洪水位分別為184.73m和183.00，則堰頂高程：

設計洪水位 183.00-6.76=176.24（m）

校核洪水位 184.73-8.48=176.25（m）

取堰頂高程為176.00m。

（7）定型設計水頭確定。堰頂最大作用水頭

H_max=▽_校核-▽_堰頂 =184.73-176.00=8.73（m）

由水力學有關知識知工程中常用的定型設計水頭為

H_d=（75%～95%）H_max=（0.75～0.95）×8.73=6.55～8.3（m）

取H_d=8.3m。

（8）泄流能力校核。

1）設計洪水位時：因過堰水流為自由出流，故淹沒系數σ_s取1.0，堰頂水頭H_w=183.00-176.00=7m，且P₁/H_d&gt；1.33，則H_w/H_d=7/8.3=0.84，查表1.12得m=0.48。

閘墩側收縮系數ε，由水力學教材查得公式

ε=1-0.2［ξ_k+（n-1）ξ₀］H_w/（nb）

本工程使用半圓形墩頭，則ξ_k=0.7，ξ₀=0.39，代入上式得ε=0.947。

將上述計算結果代入式（1.59）得Q_溢=2237.4m³/s。

2）校核洪水位時：堰頂水頭H_w=184.73-176.00=8.73m，且P₁/H_d&gt；1.33，則

H_w/H_d=8.73/8.3=1.05，查表1.12得m=0.504。

閘墩側收邊墩形狀系數ξ_k=0.7，ξ₀=0.398，則ε=0.933，則Q_溢=3223m³/s，其誤差，故滿足泄洪能力。

綜上所述，孔口尺寸選擇合理，能滿足泄洪能力要求。

1-2-3 溢流壩剖面擬定

（1）堰頂上游側采用橢圓曲線，由式（1.62）得

根據閘門布置的要求，取a=0.3，則

a/b=0.87+3a=0.87+3×0.3=1.77，故b=0.17

由H_d=8.3m，得

aH_d=0.3×8.3=2.49，bH_d=0.17×8.3=1.41

所以，橢圓曲線方程為

上游壩面高程174.59～167.00m垂直，以下坡度1：0.15至壩基高程143.00m。

（2）溢流剖面堰型采用冪曲線。因本工程溢流壩上游面垂直，由表1.14知，k=2.000，n=1.850，由式（1.61）得冪曲線方程

（3）直線段和堰曲線切點x_C，y_C的確定。

x_C、y_C可通過下式確定：

x_C=AH_d（tanθ₁）^a，y_C=BH_d（tanθ₁）^b

其中 A=1.096，B=0.592，a=1/0.85，b=2.176，tanθ₁=1/m=1/0.65

則 θ₁=56.98°

（4）反弧段圓心坐標O（x_O，y_O）與直線段和反弧段切點D（x_D，y_D）的確定。校核洪水位時，下游水位為153.10m，根據鼻坎應高于下游水位1m左右的要求，確定鼻坎高程▽_坎=154.00m，由工程類比經驗和試驗成果取挑射角θ₂=26°，下游河床高程144.00m，以P=2%洪水位控制情況，上游水位為182.55m，下游水位為150.90m，下泄流量為Q=2030m³/s。

由上述例題知，溢流前緣總寬度B₁=68m，則鼻坎處單寬流量

q=Q/B₁=2030/68=29.85m³/（s·m）

1）反弧半徑確定。初擬反弧半徑R=8.5m，此時反弧段最低點高程為

堰面流量系數

S=上游水位-反弧最低點高程=182.55-153.14=29.41（m）

反弧段最低點處流速

反弧段平均水深

h=q/v=29.85/24.85=1.23（m）

則由反弧半徑R=（4～10）h，得R=4.92～12.3m，初選R=8.5m在此范圍內，故符合要求。

2）反弧段圓心坐標O（x_O，y_O）與直線段和反弧段切點D（x_D，y_D）的確定。

反弧段圓心點高程▽_O=▽_坎+Rcosθ=154.10+8.5×cos26°-8.5=161.64（m）

圓心O的y坐標 y_O=176.0-161.64=14.36（m）

直線段和反弧段切點D的坐標

則圓心O的x坐標

x_O=x_D+Rsinθ₁=19.51+8.5×sin56.98°=26.64（m）

堰流壩剖面如圖1.35所示。

（5）溢流壩壩基寬度確定。鼻坎到溢流堰頂的水平距離為

x_頂-x_坎=x_O+Rsinθ₁=26.64+8.5×sin26°=30.37（m）

附加上鼻坎處削角厚度0.4m，堰頂上游側橢圓段水平距離2.49m，上游坡度水平投影距離3.6m，則整個壩基寬度為

B=3.6+2.49+30.37+0.4=36.86（m）

（6）穩定和應力分析。溢流壩穩定和應力分析方法同非溢流壩，這里不再重復。

1-2-4 消能工計算

本工程采用挑流消能。依據重力壩設計規范補充規定，Ⅱ等工程消能防沖按50年一遇洪水設計。由溢流壩剖面擬定可知：挑角選用26°，反弧半徑8.5m。通過2%洪水時下泄流量2030m³/s，q=29.85m³/（s·m）；上游水位182.55m，下游水位150.9 m，上下游水位差H=182.55-150.9=31.65m；鼻坎高程154.0m，上游水位和鼻坎高差H₀=182.55-154.0=28.55m；下游河床面高程144.0m，鼻坎和下游河床高差h₂=154.0-144.0=10.0m；下游水位和下游河床高差H₂=150.9-144.0=6.9m。

則有流能比

流速系數

坎頂水面流速

坎頂平均水深 h=q/v₁=29.85/23.97=1.25（m）

則有 h₁=hcosθ=1.25×cos26°=1.12（m）

根據式（1.64）～式（1.66）可得

因巖基完整性較差，故選α=1.3，沖刷坑深度為

故沖刷坑不會危及壩身的安全。

通過設計洪水流量及校核洪水流量時，有關數據及挑流計算成果見表1.15和表1.16。