水库工程溢洪道安全设计及优化途径分析

水库工程溢洪道安全设计及优化途径分析

黄松平

黄松平

海南第二建设工程有限公司570208

摘要：溢洪道是水库枢纽工程的重要组成部分，关乎着水库工程的泄洪效果与水库安全，以及水库灌溉、饮水等功能的发挥。在对水库进行除险加固设计时，一定要加强对溢洪道的安全及优化设计。本文主要水库工程溢洪道设计中存在的问题进行了分析，并在此基础上，提出了安全和优化设计的对策，以供参考。

关键词：水利水库；溢洪道；安全设计

1当前水库工程溢洪道设计存在的问题

1.1溢洪道的选址不恰当

在进行水利施工时，在工程中要对溢洪道进行预期的设计，在设计过程中由于一些工程师的疏忽，并没有考虑到溢洪道设置的位置是非常关键的，所以溢洪道的选址出现了很大的问题，在建设过程中一些溢洪道的进口和出口与大坝的坝身紧紧相连，而坝肩与溢洪道之间所隔山脊非常的单薄，这种现象如果再没有实施更好的护砌，在水库投入使用后，如果一旦出现洪水的情况，就造成很大的不利因素，特别是坝身的安全性将受到威胁。

1.2溢洪道的设计尺寸较小

在进行中小型水库设计时需要考虑到造价问题，在设计达到标准的前提下，考虑资金问题，在二者双重压力之下，许多设计师往往会采用修改设计尺寸，缩小尺寸的方法来降低费用，因而导致洪峰与洪量的数据发现异常变化，建筑岩体发生风化坍落问题，进而导致泄洪渠淤积的概率大幅增加，使水库泄流难以进行。

1.3溢洪道平面及纵横剖面的问题

在该设计环节中，最突出的问题就是比降过陡，在设计溢洪道平面时，上下游断面未能有效匹配和衔接，从而限制了溢洪道的泄洪能力。河道和溢洪道尾部没有有效衔接，造成河床明显低于溢洪道尾部，假若尾部砌护处理存在显著问题，那么会加大冲刷侵蚀风险，一旦危及整个大坝，其造成的损失将是无法估算的。还有一些溢洪道被布置在非岩性坡上，反滤衬砌缺乏，结构不稳固，从而加剧了渗水滑坡的可能性。除此之外，在工程横断面设计过程中，山坡两侧的开挖坡度不合理也会造成整个坡度过于陡峭，如果这时未做好衬砌工作，那么就很难满足抗倾抗滑的标准，塌方和滑坡等灾害将随时发生。

1.4水力设计不够完善

在过去的溢洪道侧槽式设计中“扎马林法”是最常见的水力计算方法。但是实践表明“扎马林法”所计算出的水面坡降偏小，从而导致侧槽深度不够，流量系数也相应减小，侧堰局部淹没的现象时有出现，设计流量和实际泄洪流量间存在误差，这严重影响了整体工程质量和安全。平流段进口水位的壅高没有进行水力计算，然而在溢洪道进口中若布置了引洪平流段，常出现实际壅高较大的情况，这一问题不容忽视。还有一部分设计忽视了消能工且类型选择存在失误，导致消力池的长度和深度都无法满足正常的需求，难以充分消能，这会进一步加剧下游河段的冲刷。

2水库溢洪道安全及优化设计要点

2.1进口段

进口段的进口形状一般都做成喇叭口，这样可以减小损失，所以不易做的过长，如果在建设溢洪道时要受地形因素的限制，必须在段内设置弯道。那么这条弯道一定要尽量平缓，并且在上下游衔接处与出口处远离坝尾，以免冲刷。溢洪道的坝面一般都成四边形和梯形，当水流速度小于1-2s/h，砌护墙是可以不用的。但如果它与附近的建筑物在一定范围上是连接的话，就要相应的切户一定的长度，如果有弯道则要加强两旁的切和厚度。

2.2控制段

要使得洪水期间泄流段的水流速度均匀，就要使进口的水流与建筑物呈垂直状态，也可根据地形条件和洪水泄流的需要设置相应的控制断面，并要按照断面的宽度选定洪流值，一般的岩基单宽流量都在50-0m3/s，工基为30m3/s。除了在小型水库的进水口处设置水流的引流外，一般的水库溢洪道的宽度也≤3h。因为堰口与上、下游的引流处采用的是变化链接，所以为了使水流平稳≤的收缩角最好是≤12度为最佳。如果，它的断面比较宽，那么它的布设间距在10-15m为宜。

2.3泄流段

在陡坡、急流段这两部分采用的布设方式为直线法，并且要尽量避免坡体或弯道所产生的流态负压现象。所以，在溢洪道设计的时候要因地而异，根据所选地势的地形、地质决定建设的引流形式，坡体也可采用均一比降的方式。由于洪流的速度非常的快，所以在设置岩基上要加厚砌护的宽度，一般砌石的浆液在0.5-1.0m，混凝土0.2-0.6m，坡度在1/3m厚最好。

2.4消能段

在急流段的尾端要设置一个消能的工具，而其选择型号就要根据溢洪道选择的地形、地质和水利条件而定。并且，在溢流道的末端多采用多级跃流形式，使水库的泄流方向离坝角100-150m不等。然而，对于非岩基上的消能工具，一般采用的是底流消能，并且还要在最尾端处放置一个消能池。如果在水库的洪流期间，池流量不大，那么可以考虑使用消能槛的形式。如果水库的洪流是远驱式的就特别容易造成对砌护的冲刷。在这样的情况下，就要采用差动式的消能槛模式了。如果水库的溢流道尾端有陡坡时，挑射效能的模式就比较有利了。还可以省去对消能池的使用，并且这种方式会减少工程的工作量和投资资金。

3水库溢工程洪道水力计算

为了使工程特征与水利计算相一致，所以在工程建设过程中的计算公式运算是非常重要的。（1）进口段的水力计算模式。这个部分可以采用查尔诺门斯基方法，就是从下游得控制面向上游的控制断面反推求水面曲线的方法。并且，在进口段处要先计算水位的高度，这样才能正确的计算泄洪时水库的水位。（2）控制断汇流量统计模式。根据益洪道进口段的水力计算的计算方法，选用正确的流量系数使其选用的控制段坡形一致。（3）陡坡、急流段的水力计算模式。其实推算急流段水面的曲线方法非常的多，例如：在溢洪道的陡槽底处，如果底宽是随时变换的，那么就可以采用b2型的降水曲线模式或运用进口水段的查尔诺门斯基方法。如果它的底宽是运用查尔诺门斯基方法算的，就要对各个段落进行详细的分解。（4）消能工具的水力计算模式。在计算溢洪道的底流式的消能设备时，可以采用巴什基洛娃图表计算。由于这种消能的计算方法非常的明显，步骤与计算的目标也非常的明确、详细，所以它又能在精度被保证的情况下，节省计算的时间，一举两得。但是，在建设溢洪道时，往往选定消费设备都是尺寸稍微大一些的，所以想要得到准确的小型水库的水利消能结果，就要通过模型的方式加以试验，从而得到验证后的结果。

4结束语

综上所述，水库不仅有着良好的防洪效果，也能有效满足农业灌溉、工业用水和人民生活用水的需求。在水库工程各部分组成中，溢洪道的布置与设计的合理性，将直接影响水库的安全性。因此，要在水库除险加固中，加强对溢洪道的安全及优化设计，以确保水库发挥最大效益，促进当地社会经济发展良性发展。

参考文献：

[1]冯月利，姚治国.水库溢洪道泄洪安全的设计问题及对策[J].吉林农业，2014，14：43.

[2]罗骏燕.不规则溢洪道水库洪水调节实例分析[J].黑龙江水利科技，2013，07：47-49.