中小水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及其措施

李萍萍

摘 要：溢洪道是水庫(kù)常見(jiàn)的水工建筑物，主要是用于宣泄水庫(kù)所容不下的洪水。溢洪道只是在汛期洪水流量較大時(shí)，水量超過(guò)水庫(kù)的容積，對(duì)水庫(kù)的量調(diào)節(jié)，保證水庫(kù)的安全運(yùn)行起著重要的作用，所以溢洪道是水庫(kù)中的重要建筑物，溢洪道的泄洪安全十分關(guān)鍵。文章針對(duì)其設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了一些相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：中小型水庫(kù)；溢洪道；設(shè)計(jì)

引言

溢洪道設(shè)計(jì)是中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，要防止洪水溢出、泄露，最行之有效的辦法就是為中小型水庫(kù)修筑溢洪道。所以，在設(shè)計(jì)施工溢水道時(shí)要謹(jǐn)慎、細(xì)致，消除可能存在的施工隱患，切實(shí)提高水庫(kù)安全性能。同時(shí)，整個(gè)工程造價(jià)問(wèn)題也在一定程度上受制于溢洪道設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，中小型水庫(kù)的石壩溢洪道大約占總勞力的20%、整個(gè)工程造價(jià)的20%-25%，由此可見(jiàn)，在水利工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，溢洪道設(shè)計(jì)是不可忽視的重要一環(huán)。

1 當(dāng)前中小型水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

1.1 溢洪道的選址不恰當(dāng)

在進(jìn)行水利施工時(shí)，在工程中要對(duì)溢洪道進(jìn)行預(yù)期的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于一些工程師的疏忽，并沒(méi)有考慮到溢洪道設(shè)置的位置是非常關(guān)鍵的，所以溢洪道的選址出現(xiàn)了很大的問(wèn)題，在建設(shè)過(guò)程中一些溢洪道的進(jìn)口和出口與大壩的壩身緊緊相連，而壩肩與溢洪道之間所隔山脊非常的單薄，這種現(xiàn)象如果再?zèng)]有實(shí)施更好的護(hù)砌，在水庫(kù)投入使用后，如果一旦出現(xiàn)洪水的情況，就造成很大的不利因素，特別是壩身的安全性將受到威脅。除此以外，在一些設(shè)計(jì)中將壩腳連接到了抖槽的末端，這樣如果出現(xiàn)橫流，就會(huì)使壩腳的穩(wěn)固遭到破壞，最終造成不良因素的發(fā)生。

1.2 溢洪道的設(shè)計(jì)尺寸較小

在進(jìn)行中小型水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到造價(jià)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提下，考慮資金問(wèn)題，在二者雙重壓力之下，許多設(shè)計(jì)師往往會(huì)采用修改設(shè)計(jì)尺寸，縮小尺寸的方法來(lái)降低費(fèi)用，因而導(dǎo)致洪峰與洪量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常變化，建筑巖體發(fā)生風(fēng)化坍落問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致泄洪渠淤積的概率大幅增加，使水庫(kù)泄流難以進(jìn)行。

1.3 溢洪道平面以及縱橫剖面設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題

在該設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，最突出的問(wèn)題就是比降過(guò)陡，在設(shè)計(jì)溢洪道平面時(shí)，上下游斷面未能有效匹配和銜接，從而限制了溢洪道的泄洪能力。河道和溢洪道尾部沒(méi)有有效銜接，造成河床明顯低于溢洪道尾部，假若尾部砌護(hù)處理存在顯著問(wèn)題，那么會(huì)加大沖刷侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，一旦危及整個(gè)大壩，其造成的損失將是無(wú)法估算的。還有一些溢洪道被布置在非巖性坡上，反濾襯砌缺乏，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，從而加劇了滲水滑坡的可能性。除此之外，在工程橫斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，山坡兩側(cè)的開(kāi)挖坡度不合理也會(huì)造成整個(gè)坡度過(guò)于陡峭，如果這時(shí)未做好襯砌工作，那么就很難滿足抗傾抗滑的標(biāo)準(zhǔn)，塌方和滑坡等災(zāi)害將隨時(shí)發(fā)生。

1.4 目前的水力設(shè)計(jì)不夠完善

在過(guò)去的溢洪道側(cè)槽式設(shè)計(jì)中，“扎馬林法”是最常見(jiàn)的水力計(jì)算方法。但是實(shí)踐表明，“扎馬林法”所計(jì)算出的水面坡降偏小，從而導(dǎo)致側(cè)槽深度不夠，流量系數(shù)也相應(yīng)減小，側(cè)堰局部淹沒(méi)的現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)，設(shè)計(jì)流量和實(shí)際泄洪流量間存在誤差，這嚴(yán)重影響了整體工程質(zhì)量和安全。平流段進(jìn)口水位的壅高沒(méi)有進(jìn)行水力計(jì)算，然而在溢洪道進(jìn)口中若布置了引洪平流段，常出現(xiàn)實(shí)際壅高較大的情況，這一問(wèn)題不容忽視。還有一部分設(shè)計(jì)忽視了消能工且類(lèi)型選擇存在失誤，導(dǎo)致消力池的長(zhǎng)度和深度都無(wú)法滿足正常的需求，難以充分消能，這會(huì)進(jìn)一步加劇下游河段的沖刷。

2 中小型水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段的進(jìn)口形狀一般都做成喇叭口，這樣可以減小損失，所以不易做的過(guò)長(zhǎng)，如果在建設(shè)溢洪道時(shí)要受地形因素的限制，必須在段內(nèi)設(shè)置彎道。那么這條彎道一定要盡量平緩，并且在上下游銜接處與出口處遠(yuǎn)離壩尾，以免沖刷。溢洪道的壩面一般都成四邊形和梯形，當(dāng)水流速度小于1～2s/h，砌護(hù)墻是可以不用的。但如果它與附近的建筑物在一定范圍上是連接的話，就要相應(yīng)的切戶一定的長(zhǎng)度，如果有彎道則要加強(qiáng)兩旁的切和厚度。

2.2 控制段

要使得洪水期間泄流段的水流速度均勻，就要使進(jìn)口的水流與建筑物呈垂直狀態(tài)，也可根據(jù)地形條件和洪水泄流的需要設(shè)置相應(yīng)的控制斷面，并要按照斷面的寬度選定洪流值，一般的巖基單寬流量都在50～0m3/s，工基為30m3/s。除了在小型水庫(kù)的進(jìn)水口處設(shè)置水流的引流外，一般的水庫(kù)溢洪道的寬度也≤3h。因?yàn)檠呖谂c上、下游的引流處采用的是變化鏈接，所以為了使水流平穩(wěn)≤的收縮角最好是≤12度為最佳。如果，它的斷面比較寬，那么它的布設(shè)間距在10～15m為宜。

2.3 泄流段

在陡坡、急流段這兩部分采用的布設(shè)方式為直線法，并且要盡量避免坡體或彎道所產(chǎn)生的流態(tài)負(fù)壓現(xiàn)象。所以，在溢洪道設(shè)計(jì)的時(shí)候要因地而異，根據(jù)所選地勢(shì)的地形、地質(zhì)決定建設(shè)的引流形式，坡體也可采用均一比降的方式。由于洪流的速度非常的快，所以在設(shè)置巖基上要加厚砌護(hù)的寬度，一般砌石的漿液在0.5～1.0m，混凝土0.2～0.6m，坡度在1/3m厚最好。

2.4 消能段

在急流段的尾端要設(shè)置一個(gè)消能的工具，而其選擇型號(hào)就要根據(jù)溢洪道選擇的地形、地質(zhì)和水利條件而定。并且，在溢流道的末端多采用多級(jí)躍流形式，使水庫(kù)的泄流方向離壩角100～150m不等。然而，對(duì)于非巖基上的消能工具，一般采用的是底流消能，并且還要在最尾端處放置一個(gè)消能池。如果在水庫(kù)的洪流期間，池流量不大，那么可以考慮使用消能檻的形式。如果水庫(kù)的洪流是遠(yuǎn)驅(qū)式的就特別容易造成對(duì)砌護(hù)的沖刷。在這樣的情況下，就要采用差動(dòng)式的消能檻模式了。如果水庫(kù)的溢流道尾端有陡坡時(shí)，挑射效能的模式就比較有利了。還可以省去對(duì)消能池的使用，并且這種方式會(huì)減少工程的工作量和投資資金。

3 中小型水庫(kù)溢洪道平面設(shè)計(jì)

3.1 正槽溢洪道

由于地形、地質(zhì)條件限制，正槽溢洪道往往不能緊靠大壩，需在溢流堰前開(kāi)挖引水渠，將庫(kù)水平順引向溢流堰，引水渠進(jìn)口多為喇叭口型式，底板高程為正常蓄水位。進(jìn)口段后接控制段，控制段包括溢流堰及兩側(cè)連接建筑物，溢流堰堰型主要有寬頂堰、實(shí)用堰、拆線型低堰、駝峰堰，這幾種型式在工程中都可采用。其中，以無(wú)坎寬頂堰型式最為簡(jiǎn)單，在工程中為首選堰型，寬頂堰長(zhǎng)度和寬度根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果選取。為減少開(kāi)挖，溢流堰后先接漸變段（即收縮段），再接等寬泄槽，漸變段擴(kuò)散角一般不宜超過(guò)6-8度。泄槽段在平面上盡可能采取直線、等寬、對(duì)稱(chēng)布置，一般位于挖方地段。根據(jù)地形、地質(zhì)條件和洪水情況，工程中常用消能方式為消力池消能和挑流消能，當(dāng)出口距大壩壩角較遠(yuǎn)，泄槽段離河床較遠(yuǎn)時(shí)，為減少開(kāi)挖，多選挑流消能。

3.2 側(cè)槽溢洪道

側(cè)槽溢洪道進(jìn)口即為溢流堰，溢流堰大致沿河岸等高線布置，水流經(jīng)過(guò)溢流堰泄入與堰大致平行的側(cè)槽后，在槽內(nèi)轉(zhuǎn)向約90°經(jīng)泄槽泄入下游。溢流堰多采用實(shí)用堰，實(shí)用堰頂高程一般為正常蓄水位，水流從堰頂泄入側(cè)槽內(nèi)，在工程中，側(cè)槽多為窄深式梯形斷面，縱坡多為0.1～0.2。側(cè)槽段后接漸變段、泄槽段、消能段，布置型式與正槽溢洪道一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

水庫(kù)的溢洪道布置與設(shè)計(jì)的合理性將直接影響水庫(kù)的安全性，所以它的布置和選型都非常重要，也是水庫(kù)工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)工作開(kāi)始前就要收集完備可靠的資料，合理規(guī)劃整體布局，并進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃τ?jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算，從而保證它的可行性和安全性。

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