水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計探析

譚莎莎

摘要：水庫溢洪道設(shè)計的是否合理，會對水庫的安全和工程造價帶來較大的影響，因此需要對溢洪道進行合理設(shè)計，以此來實現(xiàn)洪水的安全宣泄。為此，文中分析了水庫溢洪道設(shè)計中存在的問題，并提出了解決對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：水利工程;溢洪道設(shè)計;對策

水利工程中水庫主要發(fā)揮著攔洪蓄水及調(diào)節(jié)水流的重要作用。在水庫防洪功能中，水庫溢洪道作為最為重要的設(shè)施，需要做好溢洪道設(shè)計工作，通過對溢洪道設(shè)計方案進行優(yōu)化，以此來全面提高水庫溢洪道的質(zhì)量。

一、溢洪道及其分類

溢洪道是水庫等水利建筑物的防洪設(shè)備，多筑在水壩的一側(cè)，像一個大槽，當(dāng)水庫里水位超過安全限度時，水就從溢洪道向下游流出，防止水壩被毀壞。包括：進水渠、控制段、泄槽、出水渠。

溢洪道按泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄設(shè)計洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分為河床式溢洪道和岸邊溢洪道。河床式溢洪道經(jīng)由壩身溢洪。岸邊溢洪道按結(jié)構(gòu)形式可分為：①正槽溢洪道。②側(cè)槽溢洪道。③井式溢洪道。④虹吸溢洪道。進水渠起進水與調(diào)整水流的作用，控制段常用實用堰或?qū)掜斞?，堰頂可設(shè)或不設(shè)閘門，泄水段有泄槽和隧洞兩種形式。為保護泄槽免遭沖刷和巖石不被風(fēng)化，一般都用混凝土襯砌。消能段多用挑流消能或水躍消能。當(dāng)下泄水流不能直接歸入原河道時，還需另設(shè)尾水渠，以便與下游河道妥善銜接。溢洪道的選型和布置，應(yīng)根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、樞紐布置及施工條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

二、溢洪道設(shè)計過程中的常見問題分析

（一）溢洪道泄流能力不足

一般情況下，在水庫等水利工程建設(shè)中，溢洪道建設(shè)所占據(jù)的成本比較大，溢洪道的設(shè)計和施工會影響到整個水庫工程施工建設(shè)的成本造價，所以在對溢洪道進行設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須要充分考慮到溢洪道的施工建設(shè)成本，爭取將溢洪道設(shè)計成本造價控制在最小范圍內(nèi)。因此，為了縮小成本，在溢洪道設(shè)計中，設(shè)計人員通常會采用洪峰、洪量都比較小的洪水?dāng)?shù)據(jù)來作為溢洪道設(shè)計的參考數(shù)據(jù)，于是，設(shè)計出來的溢洪道尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸相比就小很多，外加上溢洪道周邊巖體風(fēng)化坍落也會對溢洪道形成一定影響，所以常常會影響溢洪道的泄洪能力，造成泄流能力不足，不能保證安全泄洪。

（二）溢洪道設(shè)計不合理

溢洪道設(shè)計不合理主要表現(xiàn)在溢洪道進出口和陡槽末端位置布置不合理兩個方面。在溢洪道進出口設(shè)計中，一些水庫會將溢洪道進出口位置布置在壩身附近，并且沒有在溢洪道進出口位置建立護砌，只依靠單薄的山脊將壩肩和溢洪道隔離，這種布局結(jié)構(gòu)，在溢洪道泄洪過程中十分容易發(fā)生沖蝕，嚴(yán)重時會直接影響到壩肩的整體強度和穩(wěn)定性，隱患極大。除此之外，還有一些水庫在設(shè)計洪道陡槽末端的時候為了降低施工難度，節(jié)省施工成本，會直接將陡槽末端布置在壩角附近，這種布局結(jié)構(gòu)，一旦溢洪道泄洪時泄洪量過大，導(dǎo)致橫流沖刷現(xiàn)象的發(fā)生，就會危及壩腳安全，影響水庫大壩的安全運行。

（三）平面彎道半徑大、收縮劇烈

在溢洪道設(shè)計過程中，平面彎道半徑設(shè)計的太大以及彎道收縮太過劇烈，都會影響溢洪道的正常泄洪。比如，在一些水庫溢洪道的設(shè)計中，如果在溢洪道的陡坡階段有彎道，而彎道半徑設(shè)計過大，那在溢洪道泄洪過程中，洪流在彎道處的水流狀態(tài)和形勢都會發(fā)生劇烈變化，進而導(dǎo)致溢洪道兩岸的水面出現(xiàn)落差，導(dǎo)致凹岸水面奎高，并且，還會在溢洪道下游銜接段的平直溢洪道內(nèi)產(chǎn)生折沖水流，影響溢洪道的效能效果，降低溢洪道的泄洪能力。除此之外，在溢洪道的設(shè)計過程中，一旦陡坡段或者是緩流段的收縮設(shè)計過于劇烈，也會是溢洪道內(nèi)產(chǎn)生明顯的水流形態(tài)和形勢的變化，直接沖擊溢洪道的砌護，威脅溢洪道砌護的安全性能，影響溢洪道的正常泄洪功能。

（四）縱橫剖面以及溢洪道平面布置設(shè)計不合理

水庫工程中溢洪道的位置大都設(shè)置在土質(zhì)為非巖性的山坡上，如果在溢洪道設(shè)計施工過程中，沒有對山坡底部砌筑反濾砌護，不論是溢洪道還是山體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都得不到保障。一旦在泄洪過程中，溢洪道出現(xiàn)滲水問題，洪水滲透到山體中，就十分容易發(fā)生山體滑坡現(xiàn)象，威脅極大。

另外，在對溢洪道縱橫剖面進行設(shè)計的過程中，如果沒有充分考慮到山體挖掘施工對溢洪道施工的影響，就會導(dǎo)致溢洪道陡坡過于陡峭，泄洪過程中就會加大洪流對溢洪道砌護的沖擊力度。而通常情況下，為了能夠降低施工成本，溢洪道砌護都不會砌造的太高或者是太厚，這樣，砌護就很難承受住洪流的沖擊力，容易發(fā)生坍塌。而在溢洪道平面布置上，所存在的主要問題就是為了降低成本，溢洪道上下游的連接斷面會存在一定的不協(xié)調(diào)性，施工標(biāo)準(zhǔn)也會不一樣，甚至，在一些溢洪道下游端口處不做砌護處理，使山體長期暴露在洪流的沖刷范圍內(nèi)，長此以往，就會造成水土的嚴(yán)重流失并不斷向上蔓延，最終影響到整個溢洪道建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

三、水利工程中水庫溢洪道設(shè)計方案的優(yōu)化措施

（一） 要形成清晰的整體布局思路

溢洪道的設(shè)計包括5個關(guān)鍵的構(gòu)成部分，他們之間的合理布置需要綜合工程所在的地理位置，綜合考慮地形、地質(zhì)、工程特點、樞紐布置、壩型、施工及運用條件、經(jīng)濟指標(biāo)等因素可能帶來的影響，形成清晰的整體布局思路。當(dāng)壩體附近具有良好的自然環(huán)境可以得到有效利用?？紤]整體布局的過程中要堅持基礎(chǔ)牢固、線路短、彎道少，出水口開闊無建筑物等總體原則。

（二） 溢洪道各結(jié)構(gòu)段的優(yōu)化設(shè)計

1、進水渠段。進水渠段的設(shè)計應(yīng)充分利用壩體周圍的地理環(huán)境，據(jù)因地制宜原則實現(xiàn)水流的平順入渠，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能的簡化設(shè)計，平面上盡量保持直線狀態(tài)，斷面上要降低坡度，當(dāng)受到地形的嚴(yán)格限定時，可采用多段的階梯式緩降形式。

2、控制段?？刂贫蔚闹饕獦?gòu)成是閘及兩側(cè)連接建筑物，特別需要強調(diào)的是閘軸線的選定應(yīng)滿足規(guī)范要求。此外，控制堰的型式可根據(jù)地形、地質(zhì)及水力條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較選定。控制段為實現(xiàn)水流速度的均勻性，對進水渠過來的水流要進行垂直處理，按照控制斷面的寬度選定洪流值?？刂蒲叩难呖趯ι?、下游起到的是變化鏈接作用，要使水流平穩(wěn)，設(shè)計時要控制好收縮角的角度，對于斷面較寬的情況，要合理控制布設(shè)的間距。

3、泄流段。泄槽軸線保持平直，縱坡、平面及橫斷面需綜合地形、地質(zhì)及水力條件等因素進行合理布置，不得不設(shè)置彎道時，應(yīng)設(shè)置在流速相對較小、水流相對平穩(wěn)且槽底較平緩的部分，對于泄量大、流速高的泄槽設(shè)置彎道時必須通過水工模型試驗確定相關(guān)參數(shù)。

4、消能防沖設(shè)施段。泄流段是屬于溢洪道的急流段，為降低水流的沖擊能力需要在泄流段尾端設(shè)置消能防沖設(shè)施，其型式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)及泄流條件等來進行確定。一般情況下對于非巖基上的消能設(shè)施采用底流消能方式，并在最末端設(shè)置消能池，若洪流期間流量也不大則可以使用消能檻方式。

5、出水渠段。雖然消能防沖設(shè)施對水流的動能與勢能已將達(dá)到了一定的削弱效果，但還需要設(shè)置出水渠，出水渠的軸線設(shè)計要順應(yīng)下游河道的流勢，寬度相對較大以使水流不會顯得過分集中。

四、結(jié)語：

總之，在對水庫溢洪道進行設(shè)計的過程中，一定要合理解決設(shè)計中存在的常見問題，對溢洪道進行合理設(shè)計，以保證水利工程使用功能得到有效發(fā)揮。

參考文獻：

[1]陳浩.水庫溢洪道設(shè)計中常見問題分析[J].水利工程，2016（2）.

[2]程潤良.水庫溢洪道存在問題及對策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017（11）.

[3]韓詠濤.水庫溢洪道施工過程實踐探討[J].科技與企業(yè)，2016（8）.