水利工程中水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

胡懋

摘 要：水利工程中的水庫(kù)主要功能是攔洪蓄水、調(diào)節(jié)水流等，而水庫(kù)溢洪道則是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)防洪功能的重要設(shè)施，但當(dāng)前國(guó)內(nèi)水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中普遍存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在給水利工程埋下了安全隱患，該文針對(duì)溢洪道存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題展開(kāi)分析并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：水利工程 水庫(kù) 溢洪道設(shè)計(jì) 問(wèn)題 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

中圖分類號(hào)：P343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（c）-0048-02

“水利興，則倉(cāng)廩實(shí)”，近年來(lái)國(guó)家與地方加重了水利工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入，大力推進(jìn)傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變。作為水庫(kù)等水利建筑物防洪設(shè)施的溢洪道一般設(shè)置在水壩的一側(cè)，外形呈槽狀，主要作用是當(dāng)發(fā)生洪澇災(zāi)害時(shí)，水庫(kù)水位若超過(guò)安全限度，溢洪道則用于宣泄水庫(kù)庫(kù)容所不能容納的洪水，保證水庫(kù)壩體的安全。溢洪道一般由進(jìn)水渠段、控制段、泄槽段、消能防沖設(shè)施及出水渠等組成，其設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響著水庫(kù)的安全、控制著工程的造價(jià)，因此，它是水利工程設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

1 水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)

在水利工程中的水庫(kù)建設(shè)，需要設(shè)計(jì)溢洪道用于處理大于水庫(kù)庫(kù)容的多余洪水，將多余的洪水引入水渠進(jìn)入控制段的平底寬頂堰后，洪水經(jīng)泄槽段下泄，利用消能防沖設(shè)施降低洪水勢(shì)能后緩泄于出水渠，經(jīng)過(guò)全過(guò)程的處理實(shí)現(xiàn)洪水的安全宣泄。該文主要以開(kāi)放式的正槽溢洪道（圖1）為例，對(duì)其組成構(gòu)造進(jìn)行剖析，分析各組成部分的設(shè)計(jì)原理及過(guò)流特點(diǎn)。

正槽溢洪道由5部分組成，將水渠是將水庫(kù)的水平順的引入控制堰前的渠道，控制堰控制溢洪道的泄流能力，泄槽把過(guò)堰水流快速送往下游，消能設(shè)施將泄槽末端水流的能量盡量消除掉，使之平穩(wěn)地流入下游，出水渠將消能后的水流比較平順地泄入河道中。

2 當(dāng)前水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

2.1 受工程造價(jià)限制，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低

當(dāng)前水利工程等基礎(chǔ)設(shè)置的建設(shè)仍然采用招投標(biāo)的管理模式進(jìn)行，建設(shè)單位與施工單位往往過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)效益，盲目壓縮建設(shè)投資，對(duì)工程的總體造價(jià)控制過(guò)于嚴(yán)格。因此，在溢洪道的設(shè)計(jì)中往往降低了防洪標(biāo)準(zhǔn)，使得工程的整體設(shè)計(jì)等級(jí)偏低，溢洪道設(shè)計(jì)的尺寸整理偏小，泄洪能力受限。

2.2 溢洪道選址不當(dāng)

正槽式溢洪道的選址需要將施工現(xiàn)場(chǎng)的地形條件、開(kāi)挖量、兩岸山坡的穩(wěn)定性、引渠長(zhǎng)短等因素納入考慮，總的原則是原地高程與正常蓄水水位高程相近，選擇兩岸山坡相對(duì)穩(wěn)定的地段，盡量減少開(kāi)挖量，縮短引渠長(zhǎng)度以減小水頭損失，并方便洪水最終的歸流。

2.3 溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

溢洪道的選址主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和地形條件，選在布置在穩(wěn)定性較強(qiáng)的埡口或岸邊，以確保溢洪道地基的穩(wěn)定性。而它的各構(gòu)成部分的整理設(shè)計(jì)需要根據(jù)泄洪標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算泄洪量，再合理調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量將溢洪道的軸線保持為一條直線，如果現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)受到條件限制需要轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎處最好設(shè)置在進(jìn)水渠段或出水渠段。

3 優(yōu)化水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)方案

3.1 要形成清晰的整體布局思路

溢洪道的設(shè)計(jì)包括5個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)成部分，他們之間的合理布置需要綜合工程所在的地理位置，綜合考慮地形、地質(zhì)、工程特點(diǎn)、樞紐布置、壩型、施工及運(yùn)用條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素可能帶來(lái)的影響，形成清晰的整體布局思路。當(dāng)壩體附近具有良好的自然環(huán)境可以得到有效利用，如，山坳就可以作為溢洪道的選址位置?？紤]整體布局的過(guò)程中要堅(jiān)持基礎(chǔ)牢固、線路短、彎道少，出水口開(kāi)闊無(wú)建筑物等總體原則。

3.2 溢洪道各結(jié)構(gòu)段的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）進(jìn)水渠段：進(jìn)水渠段的設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用壩體周?chē)牡乩憝h(huán)境，據(jù)因地制宜原則實(shí)現(xiàn)水流的平順入渠，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，平面上盡量保持直線狀態(tài)，斷面上要降低坡度，當(dāng)受到地形的嚴(yán)格限定時(shí)，可采用多段的階梯式緩降形式。

（2）控制段：控制段的主要構(gòu)成是閘及兩側(cè)連接建筑物，特別需要強(qiáng)調(diào)的是閘軸線的選定應(yīng)滿足規(guī)范要求。此外，控制堰的型式可根據(jù)地形、地質(zhì)及水力條件等，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較選定?？刂贫螢閷?shí)現(xiàn)水流速度的均勻性，對(duì)進(jìn)水渠過(guò)來(lái)的水流要進(jìn)行垂直處理，按照控制斷面的寬度選定洪流值，巖基單寬流量<50 m3/s時(shí)，工基為30 m3/s?？刂蒲叩难呖趯?duì)上、下游起到的是變化鏈接作用，要使水流平穩(wěn)，收縮角應(yīng)控制在12°以內(nèi)，當(dāng)斷面較寬時(shí)，其布設(shè)間距可以控制在10～15 m之間。

（3）泄流段：泄槽軸線保持平直，縱坡、平面及橫斷面需綜合地形、地質(zhì)及水力條件等因素進(jìn)行合理布置，受地勢(shì)或其他因素限制不得不設(shè)置彎道時(shí)，應(yīng)設(shè)置在流速相對(duì)較小、水流相對(duì)平穩(wěn)且槽底較平緩的部分，對(duì)于泄量大、流速高的泄槽設(shè)置彎道時(shí)必須通過(guò)水工模型試驗(yàn)確定相關(guān)參數(shù)。該段的洪流速度較快，在設(shè)置巖基上需要加厚砌護(hù)的寬度，泄槽底板應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，縱、橫縫間距可采用l0～15 m。

（4）消能防沖設(shè)施段：泄流段是屬于溢洪道的急流段，為降低水流的沖擊能力需要在泄流段尾端設(shè)置消能防沖設(shè)施，其型式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)及泄流條件等來(lái)進(jìn)行確定。一般情況下對(duì)于非巖基上的消能設(shè)施采用底流消能方式，并在最末端設(shè)置消能池，若洪流期間流量也不大則可以使用消能檻方式。溢洪道消能防沖實(shí)施的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)可能發(fā)生的洪水標(biāo)準(zhǔn)合理選擇分級(jí)，l級(jí)、2級(jí)、3級(jí)分別應(yīng)對(duì)百年一遇、五十年一遇及三十年一遇的洪水。此外消能防沖設(shè)施的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上要可靠，且具有防空蝕、抗磨損和抗凍害的良好效果等。

（5）出水渠段：雖然消能防沖設(shè)施對(duì)水流的動(dòng)能與勢(shì)能已將達(dá)到了一定的削弱效果，但如果下泄水流無(wú)法直接泄入原設(shè)計(jì)河道則仍可能造成下游生命財(cái)產(chǎn)的損失，所以，還需要設(shè)置出水渠。出水渠的軸線設(shè)計(jì)要順應(yīng)下游河道的流勢(shì)，寬度相對(duì)較大以使水流不會(huì)顯得過(guò)分集中，而造成水流的折沖，對(duì)河道兩岸造成沖刷危害。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程中水庫(kù)的溢洪道是處理洪水期間的應(yīng)急性設(shè)置，選址的科學(xué)性及結(jié)構(gòu)的合理性是保障其泄洪能力的基礎(chǔ)，需要形成清晰的整體布局思路，對(duì)溢洪道的進(jìn)水渠段、控制段、泄流段、消能防沖設(shè)施段及出水渠分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以解決實(shí)際設(shè)計(jì)中存在的不合理性問(wèn)題，保證溢洪道的泄洪效能及水利工程的安全。

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