水利水电工程中的水库溢洪道设计探析汪玉玲--中国期刊网

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水利水电工程中的水库溢洪道设计探析汪玉玲

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：汪玉玲

[导读] 摘要：在水库防洪功能中，溢洪道作为重要的设施之一，需要做好溢洪道设计工作，通过对溢洪道设计方案进行优化，以此来全面提高水库溢洪道的质量。

        安庆市水利水电规划设计院安徽安庆 246000
        摘要：在水库防洪功能中，溢洪道作为重要的设施之一，需要做好溢洪道设计工作，通过对溢洪道设计方案进行优化，以此来全面提高水库溢洪道的质量。水库溢洪道设计的是否合理，会对水库的安全和工程造价带来较大的影响，因此需要对溢洪道进行合理设计，以此来实现洪水的安全宣泄。为此，文中分析了水库溢洪道设计中存在的问题，并提出了解决对策，以供参考。
        关键词：水利工程；溢洪道设计；对策
        水利工程中水库主要发挥着拦洪蓄水及调节水流的重要作用。溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设施，多筑在水坝的一侧，像一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。溢洪道包括：进水渠、控制段、泄槽、出水渠。溢洪道按泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄设计洪水，后者用于宣泄非常洪水。溢洪道的选型和布置，应根据坝址地形、地质、枢纽布置及施工条件等，通过技术经济比较后确定。
        一、溢洪道设计过程中的常见问题分析
        （一）溢洪道泄流能力不足
        一般情况下，在水库等水利工程建设中，溢洪道建设所占据的成本比较大，溢洪道的设计和施工会影响到整个水库工程施工建设的成本造价，所以在对溢洪道进行设计过程中，设计人员必须要充分考虑到溢洪道的施工建设成本，争取将溢洪道设计成本造价控制在最小范围内。因此，为了缩小成本，在溢洪道设计中，设计人员通常会采用洪峰、洪量都比较小的洪水数据来作为溢洪道设计的参考数据，于是，设计出来的溢洪道尺寸与标准尺寸相比就小很多，外加上溢洪道周边岩体风化坍落也会对溢洪道形成一定影响，所以常常会影响溢洪道的泄洪能力，造成泄流能力不足，不能保证安全泄洪。
        （二）溢洪道设计不合理
        溢洪道设计不合理主要表现在溢洪道进出口和陡槽末端位置布置不合理两个方面。在溢洪道进出口设计中，一些水库会将溢洪道进出口位置布置在坝身附近，并且没有在溢洪道进出口位置建立护砌，只依靠单薄的山脊将坝肩和溢洪道隔离，这种布局结构，在溢洪道泄洪过程中十分容易发生冲蚀，严重时会直接影响到坝肩的整体强度和稳定性，隐患极大。除此之外，还有一些水库在设计洪道陡槽末端的时候为了降低施工难度，节省施工成本，会直接将陡槽末端布置在坝脚附近，这种布局结构，一旦溢洪道泄洪时泄洪量过大，导致横流冲刷现象的发生，就会危及坝脚安全，影响水库大坝的安全运行。
        （三）平面弯道半径大、收缩剧烈
        在溢洪道设计过程中，平面弯道半径设计的太大以及弯道收缩太过剧烈，都会影响溢洪道的正常泄洪。比如，在一些水库溢洪道的设计中，如果在溢洪道的陡坡阶段有弯道，而弯道半径设计过大，那在溢洪道泄洪过程中，洪流在弯道处的水流状态和形势都会发生剧烈变化，进而导致溢洪道两岸的水面出现落差，导致凹岸水面升高，并且，还会在溢洪道下游衔接段的平直溢洪道内产生折冲水流，影响溢洪道的效能效果，降低溢洪道的泄洪能力。除此之外，在溢洪道的设计过程中，一旦陡坡段或者是缓流段的收缩设计过于剧烈，也会是溢洪道内产生明显的水流形态和形势的变化，直接冲击溢洪道的砌护，威胁溢洪道砌护的安全性能，影响溢洪道的正常泄洪功能。
        （四）纵横剖面以及溢洪道平面布置设计不合理
        水库工程中溢洪道的位置大都设置在土质为非岩性的山坡上，如果在溢洪道设计施工过程中，没有对山坡底部砌筑反滤砌护，不论是溢洪道还是山体结构的稳定性都得不到保障。一旦在泄洪过程中，溢洪道出现渗水问题，洪水渗透到山体中，就十分容易发生山体滑坡现象，威胁极大。

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        另外，在对溢洪道纵横剖面进行设计的过程中，如果没有充分考虑到山体挖掘施工对溢洪道施工的影响，就会导致溢洪道陡坡过于陡峭，泄洪过程中就会加大洪流对溢洪道砌护的冲击力度。而通常情况下，为了能够降低施工成本，溢洪道砌护都不会砌造的太高或者是太厚，这样，砌护就很难承受住洪流的冲击力，容易发生坍塌。而在溢洪道平面布置上，所存在的主要问题就是为了降低成本，溢洪道上下游的连接断面会存在一定的不协调性，施工标准也会不一样，甚至，在一些溢洪道下游端口处不做砌护处理，使山体长期暴露在洪流的冲刷范围内，长此以往，就会造成水土的严重流失并不断向上蔓延，最终影响到整个溢洪道建筑结构的安全性。
        二、水利工程中水库溢洪道设计方案的优化措施
        （一）要形成清晰的整体布局思路
        溢洪道的设计包括5个关键的构成部分，他们之间的合理布置需要综合工程所在的地理位置，综合考虑地形、地质、工程特点、枢纽布置、坝型、施工及运用条件、经济指标等因素可能带来的影响，形成清晰的整体布局思路。当坝体附近具有良好的自然环境可以得到有效利用。考虑整体布局的过程中要坚持基础牢固、线路短、弯道少，出水口开阔无建筑物等总体原则。
        （二）溢洪道各结构段的优化设计
        1、进水渠段。进水渠段的设计应充分利用坝体周围的地理环境，据因地制宜原则实现水流的平顺入渠，结构上应尽可能的简化设计，平面上尽量保持直线状态，断面上要降低坡度，当受到地形的严格限定时，可采用多段的阶梯式缓降形式。
        2、控制段。控制段的主要構成是闸及两侧连接建筑物，特别需要强调的是闸轴线的选定应满足规范要求。此外，控制堰的型式可根据地形、地质及水力条件等，通过技术经济综合比较选定。控制段为实现水流速度的均匀性，对进水渠过来的水流要进行垂直处理，按照控制断面的宽度选定洪流值。控制堰的堰口对上、下游起到的是变化链接作用，要使水流平稳，设计时要控制好收缩角的角度，对于断面较宽的情况，要合理控制布设的间距。
        3、泄流段。泄槽轴线保持平直，纵坡、平面及横断面需综合地形、地质及水力条件等因素进行合理布置，不得不设置弯道时，应设置在流速相对较小、水流相对平稳且槽底较平缓的部分，对于泄量大、流速高的泄槽设置弯道时必须通过水工模型试验确定相关参数。
        4、消能防冲设施段。泄流段是属于溢洪道的急流段，为降低水流的冲击能力需要在泄流段尾端设置消能防冲设施，其型式应根据地形、地质及泄流条件等来进行确定。一般情况下对于非岩基上的消能设施采用底流消能方式，并在最末端设置消能池，若洪流期间流量也不大则可以使用消能槛方式。
        5、出水渠段。虽然消能防冲设施对水流的动能与势能已将达到了一定的削弱效果，但还需要设置出水渠，出水渠的轴线设计要顺应下游河道的流势，宽度相对较大以使水流不会显得过分集中。
        三、结语
        总之，在对水库溢洪道进行设计的过程中，一定要合理解决设计中存在的常见问题，对溢洪道进行合理设计，以保证水利工程使用功能得到有效发挥。
        参考文献：
        [1]陈浩.水库溢洪道设计中常见问题分析[J].水利工程，2016（2）.
        [2]程润良.水库溢洪道存在问题及对策[J].科技创新导报，2017（11）.
        [3]韩咏涛.水库溢洪道施工过程实践探讨[J].科技与企业，2016（8）.