水庫工程中溢洪道設計的思考總結

蘭紹華，龍明星

(貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴陽 550005)

水庫工程中溢洪道設計的思考總結

蘭紹華，龍明星

(貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴陽 550005)

溢洪道是水工建筑物中一種最常見和必須設置的建筑物，用于宣泄規劃庫容所不能容納的洪水，保證大壩安全。針對工程中不同的地形地質條件、水工建筑物組成及設計洪量，從溢洪道的布置選擇、設計內容上進行了總結。

水庫工程;規劃庫容;大壩安全;溢洪道設計;思考總結

在水利樞紐中，必須設置泄水建筑物。溢洪道是一種最常見的泄水建筑物，用于宣泄水庫設計庫容所不能容納的洪水，防止洪水漫溢壩頂，保證大壩安全。另外，溢洪道的設計和布置合理與否，不僅直接影響到水庫的安全，而且關系到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道，約占水庫樞紐工程造價的25%～30%，故溢洪道合理的布局和選型，在水庫工程設計中是一個比較重要的環節。

1 溢洪道的布置

溢洪道工程的規劃布局應盡量利用有利地形地貌，即要經濟合理又要保證安全。根據水工建筑物中壩型選擇的不同，溢洪道可以與壩體結合在一起，也可設在壩體以外。剛性壩(混凝土壩、砌石壩等)一般適于經壩體表孔溢洪或壩身泄洪，如各種溢流壩及壩身泄水孔等。此時壩體既是擋水建筑物又是泄水建筑物，樞紐布置緊湊、管理集中，這種布置一般是經濟合理的。而對于柔性壩(土壩、堆石壩等)，一般不容許從壩頂溢流或大量溢流。

除以上兩種受壩型選擇控制的情況外，當河谷狹窄而泄洪量大，難于經混凝土壩或砌石壩泄放全部泄水時，則需在壩體以外的岸邊或天然埡口處建造溢洪道，通常稱為岸邊溢洪道。其規劃布置的主要原則是:基礎堅硬均一，線路短，無彎道，出口遠離壩體;工程嚴禁布置在滑坡或崩塌體地基上。

2 溢洪道的組成

按溢流堰軸線與泄槽軸線是否正交的情況，溢洪道可分為正槽式溢洪道與側槽式溢洪道。正槽式溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分組成，而與混凝土壩結合的壩頂開敞式溢洪道一般只有控制段、泄槽及消能段。

3 溢洪道的設計

正槽式溢洪道的泄水槽因與堰上水流方向一致，其水流平順，泄流能力大，適用于各種水頭和流量，是一種常用的河岸溢洪道形式。下面就正槽式溢洪道設計中的幾個問題總結如下，供參考。

3.1 引水渠的布置

引水渠的作用是將水庫的水平順地引至控制堰前，其設計原則:①在平面布置上應平順，避免斷面突然變化和急劇轉變;②在合理的開挖前提下減小渠中水流速度，以減少水頭損失，流速應大于懸移質不淤流速，小于引水渠道的不沖流速，規范規定一般≤4 m/s;③引水渠渠底應布置成比堰頂低一些的平底或不大的逆向坡，因為在一定的堰頂水頭下，行近水深越大，流量系數也較大，泄放相同流量所需的堰頂長度要小。因此，在設計時根據泄洪流量合理確定渠寬及流速就顯得十分重要。

3.2 控制段的堰型選擇

控制段的溢流堰是水庫下泄洪水的口門，是溢洪道泄流能力的關鍵部位，因此必須合理選擇溢流堰段的形式和尺寸。溢流堰通常選用寬頂堰、實用堰，有時也用駝峰堰、折線形堰等。

1)寬頂堰:其特點是結構簡單，施工方便，但其流量系數較小。其適用于泄流量不大或附近地形較平緩的中、小型工程中。

2)實用堰:其優點是流量系數較寬頂堰大，在相同泄流量條件下，需要的溢流前緣較短，但施工較復雜。大、中型水庫，特別是岸坡較陡時，多采用此種形式。

3)駝峰堰:駝峰堰是一種復合圓弧低堰，是我國從工程實踐中總結出來的一種新堰型，其流量系數可達0.42以上，經模型試驗資料表明，當堰上水頭Hd=5.3 m時，m=0.47;Hd=5.57 m時，m=0.458。說明其流量系數較大，但流量系數隨堰上水頭增加而有所減小。駝峰堰的堰體低，流量系數較大，設計與施工簡便，對地基要求低，是中、小型水庫發展推薦的一種堰型。

4)折線型堰:為獲得較長的溢流前沿，在平面上將溢流堰做成折線形，堰體由若干個折曲組成，形同迷宮，又稱迷宮堰。工程中應用較少。

選擇適宜的堰面定型設計水頭Hd，對控制堰的泄洪量和工程的安全有著重要的意義。由于溢洪道上的堰多為低堰，下游水深相對較大，選用較小的定型設計水頭，高水位時一般不會發生過大的負壓，有利于渲泄較大的洪水。部分研究認為當堰頂水頭H=1．4Hd時，堰面負壓不致產生有害的影響，所以Hd一般采用堰頂最大水頭的0.6～0.75倍。規范規定低堰的定型設計水頭Hd一般取為堰頂最大水頭的65% ～85%。

3.3 泄槽

為溢流堰后與出口消能段相連接的泄水槽，泄槽在平面布置上應因地制宜，盡可能采用直線、等寬、對稱的布置。

3.4 出口消能段

水庫工程中由溢流堰下泄的水流具有很大的動能，若不處理，將對下游河床及兩岸邊坡造成沖刷，造成岸坡坍塌和大壩失事。所以，應根據工程實際情況選擇合理的消能措施。在實際工程中，常用的消能工形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等，其中，挑流消能方式應用最廣。

4 工程實例

貴陽市清鎮席關水庫工程是清鎮市百花工業區規劃的主要水源點之一，位于清鎮市站街鎮洗馬村鴨蛋寨組，壩址距站街鎮8 km，距清鎮市18 km，現無公路到壩址，交通不便。

席關水庫總庫容為477萬m3，灌溉面積196.67 hm2，水庫規模為小⑴型，水庫樞紐為Ⅳ等工程，大壩、溢洪道、取水口等主要建筑物為4級，次要永久建筑物為5級，相應的輸水管道及管系建筑物為4級建筑物，臨時建筑為5級。工程以站街工業區供水為主，初選水庫正常蓄水位1 255 m，死水位1 246 m，95%供水保證率供水量570萬m3/a。經壩址壩型比選，本工程推薦下壩址混凝土砌毛石重力壩方案。主要建筑物包括主壩混凝土砌毛石重力壩、壩頂溢洪道、壩身放空兼沖砂底孔、壩身取水口及渠系建筑物、供水建筑物等組成。

大壩為混凝土砌毛石重力壩，選擇采用壩頂表孔溢流的表孔溢洪道。溢流段寬度根據溢流時不允許沖刷岸坡進行確定，溢流堰進口凈寬18 m，設3孔，單孔凈寬6 m，堰頂高程1 252.0 m。

4.1 泄流能力計算

壩頂溢流采用實用堰，泄洪能力按下列公式計算:

經計算，校核洪水位時，閘門開度3.5 m，下泄流量Q=428 m3/s;設計洪水位時，閘門開度3.5 m，下泄流量 Q=270 m3/s。設計溢洪道滿足泄洪要求。

2.2 堰型計算

堰型為WES實用堰，定型設計水頭H=(0.75～0.95)

直線段m=0.8，在坐標(8.89 m，6.83 m)處與直線相切，堰頂下游采用WES冪曲線，采用方程:Y=0．154X1．85。計算結果見表1。

表1 WES冪曲線計算坐標點

4.3 消能計算

采用挑流消能，反弧半徑 R=(0．25～0．5)(Hd+Zmax)=5.53～11.01 m，取反弧半徑R=10 m，鼻坎高程1 241.05 m，挑角22°。泄水建筑物為4級建筑物，根據規范，下游消能設計洪水標準為20年一遇洪水，P=5%時，庫水位1 255.16 m，最大下泄流量193 m3/s，相應下游水位1 237.62 m，P=2%時，庫水位1 255.74 m，最大下泄流量248 m3/s，相應下游水位1 238.09 m，P=0.2%時，庫水位1 257.07 m，最大下泄流量391 m3/s，相應下游水位1 239.99 m。

根據《混凝土重力壩設計規范》SL 319-2005，挑流消能計算公式如下:

泄流采用挑流消能，消能設計按洪水標準在P=5%，P=2%，P=0.2%情況下，沖刷坑后坡i均小于ik(允許最大后坡)，安全。

5 結束語

在水利工程樞紐布置中，溢洪道的布置設計是必不可少的工作內容之一，掌握溢洪道的分類及建筑物組成，掌握各組成部分的工作原理及設計原則。根據實際工程中的地形地質條件及設計洪量，合理布置和確定溢洪道規模及各部分尺寸，安全宣泄規劃庫容所不能容納的洪水，保證下泄水流與其它建筑物妥善銜接，互不影響其正常工作，保證大壩及工程安全顯得尤為重要。故僅以此文共勉，不足之處，多謝指教。

［1］祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，1981:340-360.

［2］李啟業，郭竟章.SL253-2000溢洪道設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2000:1-90.

［3］蘭紹華，吳劍. 清鎮席關水庫工程初步設計報告［Ｒ］. 貴陽: 貴陽市水利水電勘測設計研究院，2010: 131 - 134.

TV651.1

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1007-7596(2012)07-0087-02

2012-06-25

蘭紹華(1979-)，男，貴州鎮遠人，工程師，從事水工設計工作;龍明星(1985-)，男，貴州貴陽人，助理工程，從事