解析水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)

【摘要】溢洪道是水利工程建設(shè)中最為常見的建筑，是水庫等防洪建筑的重要設(shè)備。為了避免在溢洪道的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問題，就要仔細(xì)研究在設(shè)計(jì)中可能會出現(xiàn)的情況，從溢洪道設(shè)計(jì)中的規(guī)劃布局直到水利計(jì)算的整個(gè)過程中進(jìn)行全面控制，使設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)取得最佳的效果?；诖耍疚尼槍λ姽こ趟畮煲绾榈涝O(shè)計(jì)相關(guān)問題進(jìn)行分析探究。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；水庫溢洪道；設(shè)計(jì)

引言

當(dāng)前，我國對水利水電工程建設(shè)的投入力度在不斷地加大，水庫也得到了快速發(fā)展，而水庫溢洪道是整個(gè)水庫工程中的重要組成部分，是保證水庫安全的重要設(shè)施，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣、質(zhì)量的好壞都將對水庫整個(gè)工程造成巨大的影響。

1、水利水電工程中水庫溢洪道的重要性

溢洪道是水庫工程中的關(guān)鍵建筑物，在洪水期間，有助于保障水庫的安全運(yùn)行，水庫主要承擔(dān)的任務(wù)有兩件：第一，宣泄洪水；第二，防止洪水漫溢出堤頂。由此可知，溢洪道設(shè)計(jì)直接影響著水庫的安全，合理的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。具體而言，溢洪道的布局以及選型，關(guān)系著水庫的安全以及整個(gè)工程的總造價(jià)，同時(shí)對水庫建成投入使用狀況還起著重要的影響作用。由此可以看出，水庫溢洪道設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起著不可忽視的作用，要引起重視。

2、水庫溢洪道設(shè)計(jì)中存在的常見問題

2.1溢洪道進(jìn)出口段與壩身距離短

檢查中發(fā)現(xiàn)有較多的小型水利工程的溢洪道進(jìn)出口段與壩身的間隔距離存在一定的問題，主要是間隔過短，壩肩和溢洪道只有單薄的山脊互相隔離。當(dāng)進(jìn)口段沒有使用相應(yīng)的保護(hù)措施時(shí)尤其是護(hù)砌措施，泄洪后則會引起沖刷，給壩肩的安全造成巨大的傷害。

2.2溢洪道平面彎道半徑大小不穩(wěn)定

在進(jìn)行溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，其所設(shè)計(jì)的平面彎道半徑較大和收縮過劇，這對泄流造成了影響，非常不利于泄流工作的順利進(jìn)行。尤其是在布置溢洪道陡坡段時(shí)出現(xiàn)彎道，由于彎道的特性，就會造成兩岸出現(xiàn)水面差，又由于凹岸水面壅較高，易在下游銜接的平直段內(nèi)出現(xiàn)折沖水流，從而嚴(yán)重影響泄流能力和消能效果。

2.3溢洪道設(shè)計(jì)尺寸較小

在設(shè)計(jì)小型水庫時(shí)常常要考慮到工程的資金消耗，而又必須要使得設(shè)計(jì)達(dá)到建筑工程的標(biāo)準(zhǔn)，在資金和標(biāo)準(zhǔn)的雙重壓力下，很多設(shè)計(jì)師常常會將設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行改動，縮短尺寸大小，隨之引起參考的洪峰與洪量等洪水?dāng)?shù)據(jù)發(fā)生異常變化。這些造成溢洪道設(shè)計(jì)的尺寸也相應(yīng)減小，在建筑的巖體出現(xiàn)風(fēng)化坍落后，發(fā)生泄洪渠淤積的概率則大大增加，讓水庫泄流難以正常進(jìn)行。

2.4水庫水力設(shè)計(jì)方法不嚴(yán)謹(jǐn)

在溢洪道設(shè)計(jì)過程中，水庫水力設(shè)計(jì)方法不夠嚴(yán)謹(jǐn)。如將引洪平流段設(shè)置在溢洪道進(jìn)口時(shí)，在水力計(jì)算過程中極其容易忽視平流段進(jìn)口水位的計(jì)算。其次，某些設(shè)計(jì)者沒有綜合考慮溢洪道的消能設(shè)計(jì)，經(jīng)常存在型式選擇不科學(xué)等情況，導(dǎo)致消力池長度以及深度與實(shí)際需要不相符，水庫消能不完整，下游河段沖刷現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.5水庫溢洪道設(shè)計(jì)未結(jié)合泄洪特性

由于水庫溢洪道下泄的高速水流沖擊力強(qiáng)大，急流摻氣現(xiàn)象以及脈動現(xiàn)象嚴(yán)重，偶爾伴有劇烈震動。某些設(shè)計(jì)者在溢洪道設(shè)計(jì)中運(yùn)用低標(biāo)號漿砌石以及混凝土砌護(hù)，但其砌護(hù)的厚度以及邊坡砌護(hù)的高度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能要求相違背，因而不能抵御高速水流沖刷力。當(dāng)在非巖基上進(jìn)行溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，底部沒有設(shè)置濾排水等設(shè)備，崩陷危險(xiǎn)系數(shù)高。同時(shí)，在圬工混凝土襯砌中無伸縮沉降縫，溢洪道襯砌易產(chǎn)生裂縫，影響著整個(gè)水庫運(yùn)行的安全。

3、水利水電中水庫溢洪道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1整體布局

在溢洪道的設(shè)計(jì)中要充分考慮到工程所在地的具體情況，基于實(shí)際的地理環(huán)境進(jìn)行考慮，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行造價(jià)合理的設(shè)計(jì)，如果在壩體周圍有可以利用的自然環(huán)境，如山坳等可以有效的使用作為溢洪道的布置，如出口過小不能布置正堰，在此情況下，應(yīng)該采取側(cè)槽溢洪道，要絕對掌控好設(shè)計(jì)原則，包括基礎(chǔ)堅(jiān)牢，保證線路最短，彎路最少，出水口處無主要建筑物，避免于滑坡基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑，盡量選擇牢固基礎(chǔ)。

3.2堰流段

近口水流應(yīng)該與控制建筑物垂直，以保證泄洪的均勻，以實(shí)際的工程地勢為依據(jù)和出水要求一定要采取實(shí)用斷面堰的設(shè)計(jì)，其寬度可以依照單寬流量來確定，單寬流量的標(biāo)準(zhǔn)為巖基40～70m3/s，非巖基20～40m3/s，土基20m3/s。為實(shí)現(xiàn)水流的平順可以用漸變式的方式對堰口和上游引流段進(jìn)行設(shè)計(jì)，最佳角度為12度。

3.3引流段

為了確保引流的平順，其進(jìn)口形狀應(yīng)做成喇叭口，且為了盡量避免損失，還應(yīng)對其長度進(jìn)行適宜的控制。若是由于地形的限制就應(yīng)在引流段設(shè)置彎道，且在彎道內(nèi)應(yīng)讓彎曲段盡量平緩，還應(yīng)讓壩腳遠(yuǎn)離彎道和下游銜接段及出口段，從而盡量避免壩腳受到?jīng)_刷。在設(shè)計(jì)引流段截面時(shí)，通常會采用矩形或梯形，若是水流速度大約在2m/s時(shí)通常不用進(jìn)行砌護(hù)，但是在靠近壩端和緊接控制建筑物的范圍內(nèi)應(yīng)增加一定的砌護(hù)長度，同時(shí)對彎道兩側(cè)的凹岸進(jìn)行砌護(hù)。

3.4泄槽段

溢洪道在控制段后都有一段陡坡與消能段相接，由于泄槽段中水流速度較高，會產(chǎn)生沖擊波、摻氣和空蝕等問題，故泄槽段要求泄槽底面不允許有局部凹凸不平及突出部分，泄槽邊墻要適當(dāng)加高；此外，還要做好泄槽的止水和排水設(shè)備，以防泄槽底板承受較大的揚(yáng)壓力。

3.5控制段

控制段控制著溢洪道的過流能力，是溢洪道的咽喉，通常筑成擋水堰形式。堰的型式根據(jù)地形、地質(zhì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)條件來確定，通常多采用寬頂堰和實(shí)用堰型，有時(shí)也采用駝峰堰和溢流堰。寬頂堰的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，但流量系數(shù)較低；實(shí)用堰的特點(diǎn)是流量系數(shù)較寬頂堰大，但溢流面施工較復(fù)雜；駝峰堰介于以上兩種堰型之間。溢流孔口可以提高水庫的汛期限制水位，但在高水位時(shí)，超泄能力不如開敞式溢洪道的泄流量大。

4、水利水電水庫溢洪道設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)

4.1強(qiáng)化水庫各環(huán)節(jié)水利計(jì)算

①強(qiáng)化引流段水力計(jì)算。采取自下游控制斷面，反推上游，利用水面曲線進(jìn)行計(jì)算。在引流段進(jìn)口處計(jì)算水位差，進(jìn)而求解泄洪后水位。

②強(qiáng)化控制段水力計(jì)算。依據(jù)溢流堰水力計(jì)算原則，合理選擇流量系數(shù)，使其與設(shè)計(jì)堰型保持一致。

③強(qiáng)化泄流段陡槽水力計(jì)算。若陡槽底寬不變，可運(yùn)用BⅡ型降水曲線計(jì)算方法來計(jì)算。當(dāng)陡槽段底寬出現(xiàn)漸變時(shí)，可再用查氏方法進(jìn)行計(jì)算。

④強(qiáng)化消能設(shè)施水力計(jì)算。底流式消能可運(yùn)用巴什基洛娃圖表來計(jì)算，其步驟簡明、計(jì)算簡便、精度較高。

4.2溢洪道位置的選擇

4.2.1盡量利用天然的有利地形條件，如分水鞍，這樣可以節(jié)省開挖土石方量，減少工程投資，縮短工期。

4.2.2在地質(zhì)條件上要求溢洪道兩岸山坡比較穩(wěn)定，溢洪道位置最好選擇在巖石和紅膠土上，以耐沖刷；如果做在土基上，應(yīng)選擇堅(jiān)實(shí)的地基，將溢洪道全部做在挖方的地基上，還必須用漿砌石和混凝土襯砌，防止泄洪時(shí)對土基的沖刷。

4.2.3平面布置上，溢洪道盡量做到直線布置，力求泄洪時(shí)水流順暢。溢洪道進(jìn)口離壩端應(yīng)不小于l0m，出口應(yīng)遠(yuǎn)離下游壩腳至少20m以上。如果由于地形限制，可將進(jìn)口引水渠采用圓弧形曲線布置，并在彎道凹岸做好護(hù)砌工程。

4.2.4溢洪道布置盡可能不和泄水洞放在同一側(cè)，以免互相造成水流干擾和影響臥管安全。

結(jié)束語：

在水利水電工程建設(shè)中，水庫溢洪道設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到水庫投入使用后的安全狀況。因此，我們要提高水庫溢洪道設(shè)計(jì)水平，為溢洪道施工質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并確保整個(gè)工程的質(zhì)量，進(jìn)而推進(jìn)我國水利水電建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

參考文獻(xiàn)：

[1]王振業(yè).淺談中小型水庫的溢洪道設(shè)計(jì)[J].建筑科技與管理，2013，（12）.

[2]陳永強(qiáng).水庫工程中溢洪道加固設(shè)計(jì)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2011，（03）.