CN1052914A - 坝堰结构用的溢洪道 - Google Patents

Abstract

为实现正常蓄水水库的水位似永久性的升高并 能在大洪水通过之后增大水库的蓄水量，本发明由安 装在溢洪道(5)的溢流槛(6)上的水位升高装置(10) 组成，装置(10)包括至少一个沉重构件(11)，该装置 (10)或水位升高构件(11)靠其自重在溢出中等水头 时能够承受住水荷载，(用以排泄重复发生间隔的洪 水)，但在相当于水位(N1，N2)又低于预定最大水位 (RM)的预定水位时便翻倒而决口以便排泄大洪 水。

Description

本发明涉及一种坝和类似结构用的溢洪道，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蓄水水位相对应的第二预定水位，该第一和第二水位之差相当于设计用的洪水位和溢流槛上的活动式水位升高装置的最大预定排水量。

当前，实践中外溢水坝是这样设计和建造的，它们能在洪水状态下（如百年不遇的洪水）使用，即在洪水漫涌时在坝槛上产生非常高的水头（溢流槛处水深范围是1m至5m）。

对于一个已知的泄洪量来说，自流式溢洪道对水文不定性方面（对水坝来讲是最重要的危险之一）比闸门泄水提供更大安全性。

与此优点相比，一个完整的自流式溢洪道采用与溢流槛最大水头水量相当的有效蓄水量是不经济的，即，水位差介于上述两个预定水位之间。蓄水量的损失因而会占总有效蓄水量的相当大的百分比（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的蓄水量。

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，在闸门关闭时为防止水流超过坝槛。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的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，对于已知的泄流能力来说，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，当一股非常大的洪水使上游水位造成较大危险时，通过冲刷掉堤段的组成材料使其投入使用。这种保险堤用来防止大洪水无控制的灾害性外溢超过主坝，通过把洪水的作用集中在专备用在由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地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间的差，而且对一个基本与第二或最大水位相等的上游水位来说此高度相当于小于最大预定泄流量的平均洪水，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坝槛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的第三预定水位时，必然使该构件摇动。

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坝槛上，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，这些构件被摇动和拍打仅单独受到水负荷的作用而无外部影响，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且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，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。

本发明可应用于现有的以及正在建造的水坝溢洪道的溢流槛上。第一种情况下，最好把现有溢流槛顶部截低到低于上述第一预定水位并把水位升高构件就位在已截低的溢流槛上。在此情况下，水坝的蓄水量可以保持与坝槛截低之前的容积相同，或者被增大，这取决于构件的高度是否为这样的，它们的顶部齐平或者高于上述第一预定水位但低于上述第三预定水位。尽管构件的高度在上述限定内容以内，但比用不截低的溢流槛更安全，因为溢流槛被截低时这些构件翻倒后获得的自由通道变深，于是该溢洪道能排泄比原设计泄洪量还大的洪水。

在设计一座新水坝中，第一和第二预定水位之间的水位差可以增加些（这也增加了安全性）而不降低蓄水量，因为通过设置一个或多个上述的水位升高构件可以不减小安全性使蓄水量不变或者增大。

如果设置二个以上的构件，那么一个或一组构件可以被设计成能在比另一个或另一组件低的预定上游水位倾覆，而该另一个或另一组构件本身也设计成能在比第三个或第三组构件低的上游水位翻倒，依此类推。按此方式，如果需要，则可以进一步增加泄流量以便适合河流洪水的规模。

如果大洪水已将一个或多个构件冲翻倒和冲走，那末在洪水退落以后可方便而花费低廉地换上新构件无需作任何大修。

本发明的其他特征和优点可从下面仅作为举例并结合附图对发明的各实施例的说明过程中看出，附图中：

图1是一个具有自流式溢洪道的水坝结构的透视图，该溢洪道可应用于本发明;

图2a和2b是图1中所示水坝的自流溢洪道槛顶部的大尺寸垂直断面图，用以表示了两种不同上游水位;

图3是图1所示溢洪道从下游侧看过去的立视图，并且设置了本发明的水位升高装置;

图4是图3所示溢洪道的平面视图。

图5a至5e是垂直剖面图，图示出发明的水位升高装置在排泄河流洪水之前，之中和之后的作用方式;

图6是本发明使用时作用在水位升高构件上的力的图解表示;

图7是表示在溢流槛上的推力和阻力与水头的关系曲线，以及溢洪道流量与溢出的水舌厚度的关系曲线;

图8a至8c是本发明用于不同高度的水位升高构件（图8a和8b）和已知的自流式溢流（图8c）情况下最大水舌厚度相对比的横断面图。

图9是一横断面图，表示加有推倒构件的起动装置的本发明的水位升高构件。

图10a至10c是装在图9中所示的起动装置顶端的各种保护装置的放大视图。

图11a至11g是本发明的水位升高构件的各种可能实施例的透视图。

图12至14是本发明的水位升高构件其他可能变形的垂直断面图。

图15是图14中所示构件一个细部透视图。

图1中所示的结构1可以是土坝或石坝，混凝土坝或混凝土块砌坝。应该强调，发明不限制在图1所示类型的坝，而是相反，可应用于任何形式的具有自流溢洪道的已知坝中。

图1中，标号2表示坝顶，标号3为下游坝面，4为上游坝面，5是指溢洪道，6是溢洪道5的溢流槛，7为排水渠。溢洪道5可以定位在水坝1的中段或在该坝的一端或开在河的堤岸上均不影响本发明的应用。

在一座具有自流溢洪道的水坝上，当其投入使用时（同样见图2a）被称作充满水位的水位RN由溢流槛6的槛顶8决定。水位RN的高度决定了最大库存蓄水量，也就是可由该坝所蓄栏的最大水容积。溢洪道顶8与坝顶2之间的垂直距离R，称作出水高度（超高），是两项高度之和，即升高量h₁，它是当溢洪道排泄为此设计的最大泄流量时（图2b），由于河流洪水的到达使上游水位上升到最高洪水水位RN或最大水位PHE所上升的高度;另一项高度h₂是克服在RM处水面的振动（波浪、波动等）以便保护坝顶2的高度。

在一座具有类似图1所示结构的自流式溢洪道的通常水坝中，充满水位RN与最大水位RM之间的并未蓄有水量而是被消耗。因此，本发明的一个用途是在（接）近永久性基础上升高水库的充满水位，从而增大水库蓄水量，必须排泄大洪水时除外。

为此目的，本发明包含一种就位在溢流槛6上的水位升高装置10，它包括至少一个构件11，例如图3和4中所示出的五个构件11a-11e。水位升高装置10或其构件11能够靠重力作用承受住不会由中等的外溢（排放更频繁的洪水）产生的水头而使其破裂，但在相应于比最大水位RM低的水位N的预定水头下就翻倒而决口并能使最大洪水泄流。

水位升高装置中构件11的数目不限于图3和4中所示的五个，而是适合溢洪道5的长度（沿水坝纵长方向计算）可多可少。构件数目最好这样选定，使其具有便于该构件的安装和更换的小的单位重量。

每个水位升高构件11设定在溢洪道槛6上并靠重力固定就位。每个构件11在其下游底脚处最好用一个墩座12挡住而不致滑向下游。墩座12可按图5a中举例所示进入溢流槛6中并且可按图3和图4中所示间隔开的。但如果需要，墩座12可以是连续的。如下文将说明的，墩座12的高度为预定，但也可根据与其有关的负荷和需要使每一构件11开始翻倒的上游水位而变化。

正如图4中所示，在每个水位升高装置10的各端，该装置与溢洪道5的导流堤14之间，设置了一种橡胶密封件13。当水位升高装置10是用多于一个的构件11组成时，如图4所示，相邻的构件11的竖直侧面之间也设有密封件13。溢洪道槛6和水位升高构件11的下部接近上游的边缘16之间也设有另一密封件15，如图4和图5a所示例。虽然图5c显示的密封件15固定在水位升高构件11上，但该密封件同样也可装在溢流槛6中的槽内。如图4中所示，当设有密封件15时，密封件13和15安排在相同的垂直平面内。为了在正常条件下，使水位升高装置10下面的区域保持干燥并防止作用在构件11上的浮托力，可以在溢洪道槛6中以已知方式另外装入一个排水系统或者以该排水系统取代密封件15。

如图5a中所示，本发明的水位升高装置10把水库的充满水位RN提高到相应于溢流槛6上方水位升高装置10的高度的水位RN′，RN是没有水位升高装置10时溢洪道槛顶的标高。正如下面将要说明的，每个水位升高构件11被设计成在水负荷未超过由预定水位N产生的水头的条件下是自身稳定的，该预定水位低于最大水位RM。如果该预定水位N等于RM，那末在小到中等规模的洪水期间只要水位保持在RM之下，而且RN′与RM之间多余的水漫溢过水位升高装置10，如图5b所示，该装置不会被冲走。洪水退潮之后，上游水位回落到RN′或者一个较低的水位，如果从水库抽水的话。

然而，在上述环境下上游水位达到了等于或略低于RM的预定水位N，万一一股大洪水或异常的洪水到达，至少一个构成水位升高装置10的构件11受到水压力而摇动并如图5c所示绕墩座12转动，已翻倒的构件11被洪水推出并至少也被携带到溢洪道5底部，从而能排泄最大的洪水。一次将水位升高装置10冲翻的大洪水退水之后，在溢流槛6处的状态如图5d中所示，上游水位已经返回到RN或更低。必要时可以装入少量总在现场存放的备用构件11使得水位升高装10保持完好，并因此而恢复到高的充满水位RN′如图5e所示。应强调，若未能更换任何构件，大洪水将至少一个构件11冲翻后，一点也不会影响结构的使用安全。通过采用通常的上游保护技术适合各种情况可以很容易克服由漂浮物造成的堵塞危险或其他形式的系统工作故障。这样的保护，比如可由离溢洪道上游一定距离横跨水库的浮护木组成或者由水坝上游面的围栏组成。

下面说明本发明的水位升高装置的设计定量化实例。在正常实践中，水坝和溢洪道的尺寸是这样设定的，上游水位（水库水位）达到的最大水位，在一预定洪水通过时称为设计洪水水位。比如这可能仅是千年不遇的大洪水。

假定，设计洪水水位时的河水流量是200米³/秒自流式溢流槛6长40米。那么，溢流槛6上的水头高度H（外溢水舌的深度或厚度）需要排泄的设计洪水流量必须是每溢流槛延米5米³/秒。此高度H可用下式计算：

Q＝1.8H  …（1）

由此可看出，按上述假定H近似等于2米。另外，根据这些假定，如果没有闸门系统或其他防止流过溢流槛的装置，则溢洪道5的溢流槛6的标高须定为2米，低于最大水位RM，以便排泄掉该千年大洪水而且相应于2米高度的水量是用于生产性用水的消耗量。

在设计水位升高构件11的正确高度时，发明以这样的事实为基础，根据平均以20年为周期的观察河流的最大泄流量比设计洪水流量少得多，在这里给出的图例中约为50米³/秒。由公式（1）。可被排泄的此流量具有近似0.8米的溢流槛上水头。如果容许水位升高构件11平均每二十年被冲毁一次，那么该构件可做成1.2米高（2米-0.80米＝1.2米）使得50米³/秒的泄水随构件之上0.8米深的水头溢出构件11。在这些环境下，充满水位RN′比没有水位升高装置的自流溢洪道槛6时的充满水位RN升高了1.20米。如水位升高构件做得高于1.2米，则溢出水水深就得低于0.8米并且还须容许所述构件例如每十年被冲毁一次，而另一方面充满水位甚至也得再升高。相反，如果水位升高构件被做得低于1.2米，则溢出水深度就得高于0.8米并且所述构件仅50年或100年才会被冲毁一次，而充满水位就会低于前述的情况。因此水位升高构件的选择主要基于经济上的考虑。大概最好将任意两次连续的水位升高装置的完全毁坏之间的间隔时间定为20年，这意味着在所考虑的实例中用于构件的理论高度为1.2米。

如果并非所有水位升高构件11对同一水头水位翻倾是有好处的。例如，单独一个构件如图3和4中的构件11c可安排成当水达到近似低于最大水位RM10厘米的第一水位N1时便翻倒，至少一个其他构件11，如构件11b和11d可安排成当水达到近似低于最大水位RM5厘米的第二水位N2时便翻倒，其他构件11，如构件11a和11e可安排成当水达到上述最大水位RM时便翻倒。

此方式中，由中等规模的洪水使第一构件11c消除可以充分泄掉该洪水，而上游水位中无任何升高，这就防止了构件11a，1

11b，11d和11c的毁坏。但是，允许有10厘米余量加到溢出构件的水舌深度上，于是所示例中构件的高度和额外存水（RN′-RN）的高度变成1.1米（2米-0.8米-0.1米）。

水位升高构件11的翻倾和随后被推出是受到两种控制：（1）驱动力矩Mm，趋于使有关构件翻倾的力的力矩，（ⅱ）阻力矩Mr，趋于使构件保持稳定的力的力矩。如果不设置直接受水位控制的起动装置以便在精确的预定水位引起构件翻倾，那么相对的力平衡所处的水位只能确定在不定程度范围内，可以是0.2米。在这些条件下，出于安全原因可能需要减少构件11的高度量与此不定余量相同，比如说0.2米。然而，通过设置一个起动装置（结合图9将在下文说明）也可以不必减少构件的高度。

对于本例中考虑的50米³/秒流量来说，可以减小该0.8米的溢流水深度，它是水位升高构件翻倾前水位升高装置上的最大水头，通过单独或综合考虑直线的并平行于溢洪道槛6的顶部关系将构件11的顶部改变成非直线的形状，例如，折线形，“之”字形或曲线形，以便增加可用于排泄上述水流量的长度。如果以此方法使该长度加倍，则50米³/秒的流量将扩展在整个80米长度上，而不是40米了，而且水位升高装置顶上的最大水头从0.8米减小到0.5米。如果其他条件均保持不变，则能使水位升高构件11作得加高0.3米，从而也增加了水库中的蓄水量。下面参阅图11e至11g说明用于增加溢流长度的各种构件形式。

图6表示可能施加在使用中的本发明水位升高构件11上的力。以下说明中，假定构件11是平行六面体形状，具有宽度L（上游至下游方向的尺寸）和高度H₁。图6中，RM指定为最大水库水位，B标示为溢流槛6之上的墩座12的高度，H₂指定为构件11顶部上的最大水头（构件翻倒前的最大溢流水深度），Z表示溢流槛6以上的水位。能使构件11翻倒的驱动力是作用在构件11上游面上的水压力P和在某些条件下作用在所述构件11下侧的浮托力U，如果水通过密封件而泄漏或者有起动装置存在（其作用在下文说明），能使构件11保持稳定不动的阻力是构件11的重力与在某些条件下存于构件11顶上的水重量之和W。

在计算P，U和W值以及相对于墩座12对应的驱动力矩与阻力矩值时，必须考虑几个溢流槛6上方水深Z升高的条件。对于这些不同状态下的P，U，W值与相应的驱动力矩与阻力矩值概括如下，这些值以构件11的每单位长度表示。

a）  if：O＜Z＜3B：

P＝ 1/2 ·γ_W·Z²（2）

U＝ 1/2 ·γ_W·Z·L （3）

W＝γ_b·H₁·L （4）

Mm＝0  （5）

MmU＝ 1/3 ·γ_W·Z·L²（6）

Mr＝ 1/2 ·γ_b·H₁·L²+ 1/2 ·γ_W·Z²·（B- 2/3 ） （7）

b）如果：3B＜Z＜H₁：

P＝ 1/2 ·γ_W·Z²（8）

U＝ 1/2 ·γ_W·Z·L （9）

W＝γ_b·H₁·L （10）

Mm＝ 1/2 ·γ_W·Z²·（ 2/3 -B） （11）

MmU＝Mm+ 1/3 ·γ_W·Z·L²（12）

Mr＝ 1/2 ·γ_b·H₁·L²（13）

c） if：H₁＜Z：

P＝ 1/2 ·γ_W·H² ₁+γ_W·H₁·（Z-H₁） （14）

U＝ 1/2 ·γ_W·Z·L （15）

W＝γ_b·H₁·L+γ_W·（Z-H₁）·L （16）

Mn＝ 1/2 γ_W·H₁ ²·( (H₁)/3 -B)+γ_W·H₁·(z-H₁)( (H₁)/2 -B)（17）

MmU＝Mm+ 1/3 γ_W·Z·L²（18）

Mr＝ 1/2 γ_b·H₁·L²+ 1/2 γ_W·（Z-H₁）·L²（19）

上面表示的公式中，把P，U，W，L，H，B和Z定为上文限定内容的参数。Mm是无浮托力U时的驱动力矩，MmU为有浮托力U存在时的驱动力矩，γw是水的单位重量，γb是水位升高构件的平均单位重量，Mr是阻力矩。

图7中的曲线图上，曲线A，C和D分别代表作为溢流槛6上方水深度Z的函数的Mr，Mm和MmU值，曲线E代表作为溢流水舌深度H的函数的泄流量Q值（Q＝1.8H^3/2，构件11翻倒前H等于Z-H₁，该构件11翻倒后H等于Z）。曲线A，C，D，E是由上述公式以H₁＝1.2米，L＝1.1米，B＝0.15米，γw＝1，γb＝2.4标绘而成。

由曲线A和C，可以看出，当Z值近似为2.4时驱动力矩Mm（不具有浮托力U）达到与阻力矩Mr相同值。换句话说，在没有浮托力U的情况下，当水位达到溢流槛6之上2.4米的高度时水位升高构件11将会翻倒。由曲线A和D可以看出，如果有浮托力U存在，当Z值近似为2米（在所示例子的数字中为最大水位RM）时驱动力矩MmU达到与阻力矩相同数值。换句话说，有浮托力U存在时，当水位达到最大水位RM时，构件11将翻倒。由公式（17）和（19），可以看出，若要求构件11翻倒，在没有浮托力U情况下而且不改变构件11的高度H₁的值，Z值为2米，即用于最大水位RM时，就必须从上面所取的数值中减小γb的值和（或）L值和（或）B值。

由此可以看出，通过适当选择水位升高构件11的大小和重量以及墩座12的尺寸，可以使构件11在一预定的上游水位翻倒。还可以看出如果构件11已被设计成在一预定水位时翻倒，没有任何浮托力作用在该构件下侧，而且如果构件11与溢流槛6间的密封件并非完全有效，那么浮托（压）力就会作用在构件11的底部使其在低于上述预定水位的水位时就翻倒。因此，失效的水密性并没有危险，而是促使构件翻倾的一个安全因素。

此特点可投入有效的利用，使得构件11相对于预定水位更可靠和更精确地翻倾。可能有利的是，当上游水位在一预定水位以下时使得只有一点或没有浮托（压）力U作用在构件11上，然后，当水位达到所述预定水位时则有一个相当高的浮托力突然准确作用在构件11上，如此设计的构件在此准确的时刻其驱动力矩Mm突然从比阻力矩Mr值略低的值变成比该阻力矩Mr值充分高的值MmU。为此用途，可以设置一个如图9中所示例的起动装置。图9中所示的起动装置基本由一根排水管21构成，该管在正常状态下使水位升高构件11下面的区域保持在大气压力，排水管21的顶端或上端21a处在水位N，在该水位要求使构件11翻倒。管21可以是直线的并穿过构件11如图9中用实线表示的，或是弯曲的，如图9中用虚线标出的21′，这样其顶端位于比构件11更靠上游处，或者该排水管还可穿过溢流槛6，如图9中虚线标出的21″。如果设置一个以上的水位升高构件11并预定在不同水位如N1、N2和RM（图3）使构件翻倒，至少每个构件11配备一根排水管21并且各管的水上升到与水位N1或N2或RM相等的水位N，在这些水位，相关的构件翻倒。当然在这种情况下，在不同水位预定翻倒的水位升高构件下面的溢流槛6区域必须用适当形状的密封件互相隔离开。

每根排管21的顶端可以装上一种抗漂浮物的保护装置以防被这些漂浮物堵塞，或装上一种防波浪保护装置以防一次或多次连续波浪在错误时刻触发水位升高构件11翻倒。图10a至10c图示出了这些保护装置。图10a中所示的保护装置基本上由一个漏斗22构成，其顶缘23高于水位N并且在比水位N低的水位处至少有一个小孔24。图10b中，保护装置是由顶段被弯成虹吸管形25的排管21本体构成。最后，图10c中的保护装置是由盖在排水管21顶端21a上的帽或罩26构成，其顶面27略高于水位N。

可能有利的是对一座现有的水坝改进安全，该坝的溢流槛6最初已设定在相当于原来估算过的设计洪水的水位并且确定了充满水位RN（图8c），降低溢流槛6几分米使其在原始水位（设定的初始水位RN）之下并在已降低的溢流槛6上设置本发明的水位升高装置10，该装置由至少一个构件11构成，构件尺寸和重量已经按上文所述的方式选定，当上游水位达到一个低于相当于设计洪水的最大水位RM的预定水位时便绕墩座12转动而翻倒。在这些环境下，即使异常洪水到达，水位升高装置10的决口概率保持不变，水位升高装置10完全毁坏后利用自由排水（坝）段实质上将水库水位增加到与上游水位相同，使得比水坝最初设计的泄流量更大的洪水无危险地排泄掉。如果水位升高构件11的高度等于溢流槛6被降低的量（图8a），其结果只是对结构的安全性有所增加，该结构具有与溢流槛6降低前相同的充满水位RN（图8c）。然而，通过使水位升高构件的高度这样变化，即构件顶部位于一个比RN高但低于RM的水位，可以既增加结构的安全又把充满水位提高到较高的水位RN′（图8b）。

在上述说明中，假定每个水位升高构件11是由大体为平行六面体形的块体组成。块体11可以是一种普通固体块或具有平顶面（图11a）或拱曲顶面（图11b）的钢筋混凝土块。另一种结构形状，每个构件11可以由如图11c所示的空心块组成，空心块有一个或多个隔间，里面装满一种重物或镇载物32如砂子，石子或其他有分量的散料。隔间装满填料后可配置一个盖（未示出）把隔间31封闭。图11c中所示的结构形式特别适用于当水位升高装置10包括若干个均为相同高度的构件11而这些构件在不同的上游水位时翻倒的场合。在此情况下，各构件11的重量可通过充以适当量的填料来控制，以便保证在预定上游水位使各构件11翻倒。

在发明的另一实施例中，每个水位升高构件11可由混凝土，钢或任何其他适当刚性沉重材料制成的板组件组成。如图11d中所示，该组件可包括一块水平的或近似水平的矩形底板33和一块从板33后缘或下游边缘竖起的近似垂直的矩形板34。可以看出，在此情况下，只要上游水位还没有到达使构件翻倒的预定水位，底板33下面水的重量便施加一种阻抗荷载W并促使构件稳定。

如图11e至11g中所示，板组件可以包括若干块大体矩形的垂直或近似垂直板34，它们的下部边缘固定在底板33上而且它们相邻的竖边连接在一起形成一个重新组成的摺状屏障。所有板34的高度相同，但宽度可以一致（图11e）或不同（图11f和图11g）。在此情况下，各构件具有非直线顶线，比如锯齿线（图11e）或截头锯齿线（图11f）或方波线（图11g）。不同于图11d中从下游侧观察水位升高构件11，在图11e至11g中，构件11是从上游侧观察的。图11e至11g所示实施例引人注意的在于，它们延长了已定出的溢流长度，对于一个已知的上游水位，这将减小溢流槛上的水头从而排泄掉小洪水和更频繁的洪水，同时不会破坏水位升高装置或对安全的不利影响。另外，还能使水位升高构件的高度适当地提高并与上游水位相匹配。例如，图11g中所示的锯齿状方案使溢流长度增加三倍并因此将溢流槛上的水头减半成低泄流量，容许水库蓄水量相应增大而不影响对大洪水的泄流能力。

为了增加溢流长度，可用弓形或波纹状的板取代平面板34。

图12是通过类似于图11d至11g所示构件中的一个水位升高构件11取的垂直断面图，该构件还有一根与图9中相同用途的排水管21。图12中，水平板33是这样固定在立板34上的，将其配置在溢流槛6上方一定距离而在其上游侧有一个下转凸缘33a，密封件15设置在凸缘33a和溢流槛6之间。此方案在板33下面形成一个腔室，排水管21的下端通入该室。在板34底部开设有一个孔洞36，该洞36的直径小于排水管21的口径。

利用如图12所示的水位升高构件，当上游水位接近但又低于水位N时，水面上的波浪可能会使水进入排水管21，进入的水部分地充入腔室35，同时又通过孔洞36使腔空排空。只要上游水位还没有到达应使水位升高构件11翻倒的水位N，这就能防止由于波浪作用而在板33下面产生浮托力。因此腔室35和孔洞36增加了构件翻倾调整的准确性和精确性。当然，也可以在图9所示的构件下面设置一个与室35相同的腔室，同时该腔室有一个与孔洞36相同的排水孔。

图13是通过由一叠标准模块11g～11j构成水位升高构件11的垂直断面图。模块的形状最好能互锁以防使用时水负荷作用在模块上时互相相对滑动。模块可都有相同的或不同的垂直尺寸;比如，顶部模块11j的垂直尺寸比其他所示模块的小。水位变得简便，还能根据年度季节变换该装置的高度，更无需任何专门的人工监督。

图14示出一个水位升高构件11，它是一种如图13中模块那样的模制件，但是由板33，34和37构成的组件。板33和34被刚性地接到一起，如图11d的构件11，而板37可以按需要以临时方式装到板34上，用以增高该板34。利用两个或多对鱼尾板38可将板34和37固定到一起，该鱼尾板38被刚性地连接在板34或37之一上（图14和15中可看到一对鱼尾板）。代替这些鱼尾板38，可以采用贯连板34和37长度与宽度的条带。板34和37之间设置有一个密封件39。当然，可以用多块立板代替图14中仅表示出的两块板34和37。

总之，水位升高装置10及其构件11的高度基于以下多种因素而定：经济上的，对不同水位升高构件的翻倒要求的进程，相对于预定水位翻倒的准确性和精确性（通过在水位升高构件下面设置如上文所述的输送水的起动装置可以改善该准确性和精确性）以及水位升高构件顶部线的形状，比如，可以是直线的，锯齿形的，“之”字形的，曲线的，波浪形的。在上述例子的数字中，水位升高构件的高度可计算为0.9米到1.5米的范围，通过此将有45%和75%之间的水（根据最后设计）可被节省，否则，在没有水位升高装置的情况下这些水将被浪费掉。

根据上述，很清楚，本发明的水位升高装置利用自流式溢流泄水工作提供给水坝或其他结构实质性和准永久性的增大蓄水量，同时保持和改进了自流溢水固有的安全特性，通过自动开口（至少一个水位升高装置翻倒）使大洪水或异常洪水被可靠地排泄，不用人工监视或动手，也不用控制机构或仪器。还清楚的是，这种水位升高构件以比向来使用的溢流闸门低得多的成本而且不用对溢流槛作任何大变动在水坝或其他结构的溢流槛上建造和安装。

令人清楚理解，上文所述本发明的实施例纯粹为了解释，决不排除其他变更形式，而且任何本领域的普通专业人员可以很容易地精心做出许多变更，但不偏离本发明的基本原理。例如，不用在水位升高构件底部靠近该底部上游边缘固定的密封件15，可使该密封件设置在底部任何其他需要的位置上。

Claims (16)

1、水坝和类似结构用的溢洪道，它包括一个溢流槛(6)，其槛顶(8)设定在第一预定水位(RN)，该水位低于与设计水坝(1)用的最大蓄水水位(PHE)相对应的第二预定水位(RM)，该第一和第二预定水位(RN和RM)之差相当于一个设计洪水的最大预定泄流量，以及一个溢洪道(5)的溢流槛(6)上的活动式水位升高装置(10)，其特征在于，水位升高装置(10)包括至少一个座落在溢流槛(6)的槛顶(8)上并靠重力固定就位的刚性沉重构件(11)，所述构件(11)具有预定高度H₁，它低于第一和第二预定水位(RN和RM)之差，对于一个大体等于上述最大水位(RM)的上游水位该高度H₁相当于比最大预定泄流最小的预定泄流量的平均洪水，所述构件(11)具有这样的尺寸和重量，上游水施加在构件(11)上的力的力矩等于使构件在溢流槛(6)上保持就位的重力力矩，于是当水达到高于构件(11)顶部但又低于第二预定水位(RM)的一个第三预定水位时，必然使该构件(11)摇动。

2、如权利要求1所述的溢洪道，其特征在于，一个预定高度（B）的墩座（12）设置在水位升高构件（11）的下游底脚处的溢流槛（6）上，以防止该构件（11）从溢流槛（6）上滑向下游。

3、如权利要求1或2所述的溢洪道，其特征在于，在现有溢洪道（5）的情况下，溢流槛（6）的槛顶（8）被降低到低于所述第一预定水位（RN）的一个水位，水位升高构件（11）安装在已降低的溢流槛上并这样设定高度，其顶部处于水位RN′，该水位至少等于所述第一预定水位（RN）但又低于所述第三预定水位（N）。

4、如权利要求1至3中任一项所述的溢洪道，其特征在于，在溢流槛（6）和水位升高构件（11）的底部的靠近上游边缘（16）之间设置一个密封件（15）。

5、如权利要求1至4中任一项所述的溢洪道，其特征在于，所述水位升高构件（11）具有大体为平行六面体固体块的材料形状。

6、如权利要求1至4中任一项所述的溢洪道，其特征在于，所述水位升高构件（11）具有大体为平行六面体空心块，其内装有镇载材料（32）的材料形状。

7、如权利要求1至4中任一项所述的溢洪道，其特征在于，所述水位升高（11）是由一套板组件（33，34）组成，它包括至少一块大体水平的底板（33）和至少一块大体垂直的并立在底板（33）的矩形板（34）。

8、如权利要求7所述的溢洪道，其特征在于，垂直板（34）立在底板（33）的上游边缘。

9、如权利要求7所述的溢洪道，其特征在于，所述板组件包含许多块大体为矩形并大体垂直的板（34），以其下部边缘连接到底板（33），而其邻接的立缘接到一起从而构成一种摺状屏障。

10、如权利要求1至9所述的溢洪道，其特征在于，所述水位升高构件（11）呈现非直线的顶部线。

11、如权利要求1至10所述的溢洪道，其特征在于，它包括至少一根排水管（21），在正常使用条件下该管使水位升高构件（11）的下面的区域保持大气压力，排水管（21）具有一个上端，它处于与所述第三预定水位（N）相等的水位并垂直向上或处于水位升高构件（11）的上游侧。

12、如权利要求1至11所述的溢洪道，其特征在于，沿溢流槛（6）的槛顶一个挨一个地设置多个水位升高构件（11），这些构件（11）的相邻侧面之间设有密封件（13）。

13、如权利要求12所述的溢洪道，其特征在于，水位升高构件（11）的尺寸和重量是这样的，当上游水到达所述第三预定水位（N1）时至少水位升高构件（11）中的第一个（11c）被摇动;该第三水位低于所述第二预定水位（RM），当上游水到达第二和第三预定水位（RM和N1）之间的第四预定水位（N2）时至少水位升高构件（11）中的第二个（11b或11d）被摇动;当上游水达到高于第四水位（N2）但低于第二预定水位（RM）的第五预定水位时，至少水位升高构件（11）中的第三个（11a，11e）被摇动。

14、如权利要求1至13所述的溢洪道，其特征在于，在水位升高构件（11）底部，该构件与溢流槛（6）之间设置一个腔室（35），并在该构件（11）的下游侧开设一个孔洞（36）以便为所述室（35）排水。

15、如权利要求11和14所述的溢洪道，其特征在于，排水管（21）的下端通入所述腔室（35）。

16、如权利要求1至15所述的溢洪道，其特征在于，水位升高构件（11）还包括若干叠垛起的部件（11g-11j，34，37）。

Images