小型水庫加固設計中的溢洪道優(yōu)化設計分析

黃惠玲

摘 要：為了加固小型水庫，本文對溢洪道進行優(yōu)化設計。首先，對溢洪道進行簡要概述，其次，以B工程為例，分析該工程存在的問題，提出優(yōu)化設計需求。最后，制定兩套優(yōu)化設計方案，并從中選取一種合適方案進行詳細設計。實踐應用結果表明，本文提出的優(yōu)化設計方案可以解決水庫容量小問題、上游水庫報廢以后洪量大的問題，但是在資金控制方面有待進一步探究。

關鍵詞：小型水庫 溢洪道 優(yōu)化設計

水庫的核心部分為溢洪道，其設計方案是否滿足合理要求、科學要求，決定了洪水期水庫是否安全。近年來，由于工程造價原因，投資資金無法滿足預算，加大了工程實施難度。通常情況下，為了節(jié)省投資，大部分施工隊伍以較低的洪水指標來設計溢洪道，導致水庫安全無法得到保證。如何在控制成本的前提下，對溢洪道進行優(yōu)化設計，成為了當前首要解決問題，本文將對此展開研究。

1.溢洪道簡介

溢洪道指的是一種防洪設備，以水庫等水利建筑物呈現(xiàn)。通常情況下，建筑在水壩的一側，從整體來看，其外觀像一個大槽。根據(jù)該區(qū)域?qū)嶋H情況，設置一個安全限度，如果水庫中的水位超出安全限度，此時溢洪道將發(fā)揮其作用，水將向下游流出，使得水壩免遭破壞。溢洪道主要由4部分構成，分別是出水渠、泄槽、控制端、進水渠。

2.工程概況分析

本次研究以B工程為例，通過分析該工程當前存在的問題，結合項目特點，對工程優(yōu)化需求展開詳細分析，將其作為溢洪道優(yōu)化設計的主要依據(jù)。

2.1工程簡介

B工程位于2個自然村交界處，該區(qū)域構建的小型水庫數(shù)量為4個，竣工時間為1980年，于1981年正式投入使用。其構建目的為調(diào)節(jié)縣城北部的干渠流量，防止洪水對該區(qū)域造成破壞、威脅到居民安全與養(yǎng)殖，使得免遭經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，4個水庫流量控制面積總量為25.3平方千米。目前，雖然這4個水庫的能力無法滿足當前功能需求，但是仍然具有一定泄洪能力與蓄洪能力。

2.2工程存在的問題分析

由于B水庫建立的時間比較早，受到當時的技術條件限制，測量設備準確率與測量儀器的準確率無法得到有效保障，導致最終的測量結果精確度較低。經(jīng)過36年的使用，該工程周邊發(fā)生的變化較大，比較常見的現(xiàn)象為土石塌方。不僅如此，B水庫在設計中，沒有專門的溢洪道，而是用排水管來構建泄洪建筑，并且30多年的使用沒有專人負責看護，導致水庫淤泥嚴重，雜草較多。因此，B水庫的設計方案無法滿足當前泄洪需求，急需對其采取改造處理，制定泄洪道優(yōu)化設計方案。

2.3優(yōu)化需求分析

首先，此次設計需要通過數(shù)值計算，對當前B工程情況進行復核，為水庫基本信息的準確性提供保障。其次，根據(jù)工程情況，選取溢流堰形。最后，針對溢洪道自身，制定優(yōu)化設計方案。

3.小型水庫加固設計中的溢洪道優(yōu)化設計

考慮到B工程使用了36年，其周圍環(huán)境與自身發(fā)生了一些變化，所以，通過計算參數(shù)，確定其發(fā)生變化大小，得到當前水庫參數(shù)，將其作為此次優(yōu)化設計的研究依據(jù)，可以在一定程度上提高優(yōu)化方案的可行性。

3.1數(shù)值計算

本次研究采用經(jīng)驗公式法和推理公式法，對B1水庫洪峰流量進行計算，得到結果見表1。

除此之外，還需計算3個水庫的泄洪情況。本次研究對這3個水庫的庫容進行綜合分析，通過聯(lián)合調(diào)用這兩個結果來實現(xiàn)泄洪。如表2所示為匯總結果。

以上數(shù)據(jù)將作為優(yōu)化設計方案制定的主要依據(jù)。

3.2優(yōu)化設計

本次研究針對B水庫當前的實際情況，分別對溢流堰、溢洪道進行優(yōu)化設計。

3.2.1溢流堰優(yōu)化設計方案的制定

溢洪道設計的重要內(nèi)容之一為溢流堰的選取，要求堰形滿足設計需求。目前，應用較多的堰形有兩種，分別是寬頂堰、實用堰。其中，寬頂堰在施工期間，不會產(chǎn)生過大的挖掘量，對溢流前緣長度要求較多，必須達到規(guī)定長度，并且陡槽和隱渠都比較寬；實用堰在深度方面具有一定要求，需要根據(jù)實際情況制定設計方案，使其滿足上游堰高度要求。通常情況下，寬頂堰的上游堰高度更低一些。對于此次研究，由于采用的適用堰對應的工程量比較小，在其基礎上，需要根據(jù)B水庫周圍地形特點，完成實用堰設計方案的制定。

3.2.2溢洪道優(yōu)化設計方案的制定

根據(jù)上述分析，本文對溢洪道進行優(yōu)化設計，設定的優(yōu)化方案有兩種。

（1）采取敞開設計思路，選取防汛道路作為研究突破口，利用架設橋梁方式構建防汛道路，該道路位于溢洪道頂端，其下游用于構建明渠溢洪道，從而形成完整溢洪道。

（2）根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，第二個方案的制定是B水庫改造的首要選擇方案。該方案將溢洪道的位置設置在防汛道路中間，并在該道路穿過的部分需要修建涵洞，不僅如此，道路的后側也需要采取同樣措施處理。

以上兩種處理方案均滿足設計要求，但是兩個方案相比，方案1的工作量更大一些，需要在方案2構建的建筑基礎上，再添加一個橋梁架設工作。本次研究提出的設計目的是在控制成本的前提下，對溢洪道進行優(yōu)化設計。所以，本次研究選取第二個優(yōu)化設計方案去實施。

另外，溢洪道的建設位置設計在防水洞的上方，兩者交叉后通過，但是與河面的末端還留有一定距離。關于溢洪洞的設計，分為挑流段、下游陡坡段、上游陡坡段、堰后收縮段，總長度218.421m，其具體設計為：

挑流段：挑流鼻坎斷面寬度3.5m，挑流段長度15m，側墻高度4.2m，護坡段水平距離14m，地面高差8.6m，消力池長度14m。

下游陡坡段：側墻高度2.7m，拱高1.5m（0+0～89+97），底寬度3.5m，總長147.79m。

上游陡坡段：側墻高度2.9m，拱高1 . 5 m，底寬度3 . 5 m，總長40.45m。

堰后收縮段：底寬從6.6m縮減到3.5m，總長度15.17m。3.2.3優(yōu)化結果分析

將上述方案應用到實踐改造中，得到的優(yōu)化結果為：該優(yōu)化設計方案可以解決水庫容量小問題，不僅如此，還可以上游水庫報廢以后洪量大的問題，但是建設規(guī)模較大。雖然相比方案一降低了成本，但是仍然需要大量資金。

4.總結

本文主要對小型水庫加固設計中的溢洪道展開優(yōu)化設計分析。此次研究以B工程為例，通過分析該工程當前存在的問題，提出優(yōu)化設計需求，提出關于溢洪道優(yōu)化設計方案。本次研究提出兩套設計方案，根據(jù)B工程水庫洪水流量計算結果，優(yōu)選第二種設計方案，并對其參數(shù)進行詳細設計。實踐結果表明，本文提出的優(yōu)化設計方案雖然可以解決問題，但是在資金控制方案有待進一步探究。

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