中小型水庫溢洪道設(shè)計要點分析

楊云龍

黑龍江啟恒勘測設(shè)計有限公司 黑龍江 哈爾濱150000

溢洪道設(shè)計作為中小型水庫設(shè)計中較為關(guān)鍵的一項內(nèi)容,通過修建溢洪道,可能防止洪水溢出和泄漏。因此在溢洪道設(shè)計時,需要保持謹(jǐn)慎和細(xì)致的態(tài)度,有效的消除施工隱患,確保水庫性能的安全。而且溢洪道設(shè)計的科學(xué)性和合理性也會直接關(guān)系到中小型水庫工程的造價。因此在中小型水庫工程設(shè)計過程中,需要將溢洪道設(shè)計作為重點內(nèi)容,全面提高其設(shè)計質(zhì)量,確保溢洪道作用的充分發(fā)揮。

1 溢洪道概述

在水利建筑物中,溢洪道作為防洪建筑物,多在大壩的岸邊進行修建,水庫中水位超出安全限度時,溢洪道發(fā)揮作用,通過將庫內(nèi)的水經(jīng)由溢洪道流向下游,避免大壩被破壞。溢洪道由進水渠、控制段、泄槽和出水渠幾部分共同組成。根據(jù)具體泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運用情況,溢洪道可以劃分為正常溢洪道和非常溢洪道兩類。這其中正常溢洪道主要是承擔(dān)著宣泄設(shè)計洪水的作用,非常溢洪道則承擔(dān)著宣泄非常洪水的作用。根據(jù)其所處位置,還可以將溢洪道劃分為河床式溢洪道和岸邊溢洪道。前者由壩身溢洪,后者根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式劃分為正槽、側(cè)槽、井式、虹吸等溢洪道形式。在實際設(shè)計時,具體在進行溢洪道選型和布置時,需要綜合考慮壩址地形、地質(zhì)、樞紐及施工條件等,需要進行技術(shù)和經(jīng)濟的比較后才能確定。

2 中小型水庫溢洪道設(shè)計要點

2.1 進口段 在溢洪道進口段設(shè)計時,多將其設(shè)計成一個喇叭口的形狀,而且不宜不長。在實際溢洪道建設(shè)時,在地形因素制約下段內(nèi)需要設(shè)置彎道時,要求彎道要盡量平緩,且上下游銜接處與出口處需要遠(yuǎn)離壩尾,避免造成不必要的沖刷。一般情況下溢洪道壩面設(shè)計成為四邊形和梯形,在水流速度相對較緩的情況下,不需要砌護墻。但在溢洪道壩面與附近建筑物有連接情況時,則要砌相應(yīng)長度的護墻,并在彎道位置處增加兩側(cè)的砌筑厚度。

2.2 控制段 控制段具體以閘和兩側(cè)連接建筑物為主要構(gòu)筑物,在選定閘軸線時,要求與規(guī)范要求相符。根據(jù)具體地形、地質(zhì)和水力條件等因素,并通過技術(shù)和經(jīng)濟比較來選定控制堰的型式。在控制段設(shè)計時,為了保證洪水泄流時水流速度的均勻性,要求進水渠的水流與建筑物要呈現(xiàn)出垂直狀態(tài),具體要根據(jù)地形和洪水泄流的需要來設(shè)置控制斷面,并根據(jù)斷面的寬度來確定洪流值。在進水口處設(shè)置控制斷面引流的同時,控制堰的堰口設(shè)計還需要對收縮角的角度進行控制,對于斷面較寬的情況,需要確保布設(shè)間距的合理性。

2.3 泄流段 泄流段作為溢洪道的急流段,設(shè)計時一般對于陡坡和急流段采取直線法進行布設(shè),具體布設(shè)時需要有效的規(guī)避坡體或是彎道產(chǎn)生的流態(tài)負(fù)壓問題。在具體溢洪道設(shè)計時,還要因地制宜,根據(jù)具體的地形和地質(zhì)來確定引流形式,坡體采取均一比降的方式。洪流速度較快,因此在巖基設(shè)置時需要對砌護的寬度進行加厚處理。在實際設(shè)計工作中,泄槽軸線要保證其平直性,合理布置縱坡、平面和橫斷面,在無法避免必然要設(shè)置彎道時,則要選擇流速相對較小、水流平穩(wěn)且槽底平緩部位。對于泄量大且流速高的泄槽進行彎道設(shè)置時,需要實施水工模型試驗來獲取具體的參數(shù)。

2.4 消能段 消能防沖設(shè)施一般需要設(shè)置在泄流段尾端位置處,具體要結(jié)合地形、地質(zhì)和泄流條件來確定。通常情況下非巖基上的消能設(shè)施會采取底流消能方式,將消力池設(shè)置在最末端,對于洪水流量不大的情況可以采用消能檻方式。對于洪流較大的情況,由于易對護砌造成嚴(yán)重的沖刷,這種情況下,宜利用差動式消能檻型式。當(dāng)水庫溢流道尾端有陡坡時,則采有挑流消能模式,不需要使用消力池,以便降低工程量和工程成本。

3 中小型水庫溢洪道平面設(shè)計

3.1 正槽溢洪道 對于正槽溢洪道設(shè)計時,具體在地形和地質(zhì)等因素影響下,其不能夠與大壩靠在一起,具體宜在溢流堰前開挖引水渠,這樣可以將水庫內(nèi)的水引向溢流堰。采用喇叭口型式的引水渠進口,底板高程為正常蓄水位。進口段與控制段相連接,控制段具體包括溢流堰和兩側(cè)連接建筑物,溢流堰的堰型具有多種形式,具體要根據(jù)工程的實際情況選擇適宜的型式。根據(jù)水力計算結(jié)果選取寬頂堰長度和寬度。而且為了能夠進一步減少開挖工程量,可以使溢流堰后與收縮段相接,再連接等寬泄槽,嚴(yán)格控制收縮段擴散角。泄槽段平面布置時需要采取直線、等寬和對稱等布置方式,通常設(shè)置在挖方地段。在實際工程設(shè)計時,消能方式常采用挑流消能。特別是在出口與大壩壩角距離相對較遠(yuǎn)的情況下,泄槽段也遠(yuǎn)離河床,這種情況下多會選擇挑流消能,還能夠進一步減少開挖工程量。

3.2 側(cè)槽溢洪道 在側(cè)槽溢洪道設(shè)計時,由于其進口即為溢流堰,具體布置時需要沿河岸等高線進行布設(shè),水流經(jīng)由溢流堰泄入到與堰平行的側(cè)槽,并在槽內(nèi)轉(zhuǎn)向,由泄槽泄入到下游。目前設(shè)計時溢流堰多為實用堰,堰頂高程通常為正常蓄水位,水流由堰頂泄入到側(cè)槽內(nèi)。在具體工程設(shè)計時,側(cè)槽一般會采用窄深式梯形斷面,并與收縮段、泄槽段、消能段相連接。

4 結(jié)束語

在中小型水庫建設(shè)過程中,溢洪道的布置與設(shè)計與水庫的安全性息息相關(guān),因此在設(shè)計時要求合理布置和選型,并將其作為水庫工程設(shè)計中的較為重要的一項內(nèi)容。在具體設(shè)計工作開始之前,需要做好資料的收集工作,合理規(guī)劃整體布局,做好水力和結(jié)構(gòu)等的計算工作,確保設(shè)計方案的可行性,進一步保障水庫工程運行的安全。