淺析中小水庫溢洪道設計的問題及對策

摘 要：水庫溢洪道科學與合理的設計是降低水庫工程造價和安全使用的關鍵。通常中小型溢洪道的工程造價在整個水庫工程中占據25%～30%的比例，因此在中小水庫的建設中溢洪道的合理設計，是一個必須給予足夠重視的環節。

關鍵詞：水庫溢洪道 工程造價 對策

中圖分類號：TV2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0070-02

所謂溢洪道，就是為保證水庫等建筑物的防洪能力而建造的槽形建筑物，通常位于水利建筑物的一側，他可以使水庫有效的控制水位，如果水庫水位上升至安全水位后，就會沿溢洪道排出至下游，從而保證水壩的安全使用。他的主要結構包括進水渠、控制段、泄槽、出水渠等。溢洪道科學與合理的設計是降低水庫工程造價和安全使用的關鍵，必須要高度重視溢洪道的設計，使之能夠達到應有功能標準。

1 設計中存在的問題

1.1 盲目壓縮投資

在中小型水庫的建設當中，可能會過多的考慮工程造價的控制，而在溢洪道的設計中設法降低對其的建筑投入，如降低洪水標準、選取數據過低，由此就最終導致溢洪道體積偏小，經過一段時間的使用后，兩邊的巖石受到風化的影響而發生脫落對溢洪道更加造成阻塞，降低了其排洪能力，最終造成安全隱患。

1.2 不合理布置

在溢洪道的設計中，經常會發生布置不當的情況，如將溢洪道的入口處設計得與水庫大壩過近，使其在溢洪道之間僅有狹窄的一段山脊作為隔斷。如果入口位置沒有相對堅固的砌筑，就非常容易在泄洪過程中對其產生沖刷破壞，此時必將會對水庫壩體產生威脅和破壞，還有的陡槽末端緊密相連壩腳，在橫流沖刷的情況下，會直接降低壩腳的安全水平。

1.3 不合理設計

（1）在實際的溢洪道建設中，經常會發現以下的一些錯誤，如平面彎道半徑過大或收縮過度，影響泄流水平。尤其在溢洪道陡坡段的彎道處會發生流態和流勢的起伏，會在兩岸形成水面差，使凹岸水面壅高，同時，相接的下流平直段發生折沖水流，使消能、泄洪水平大幅下降。

（2）有的水庫施工中，溢洪道的橫剖面存在設計失當的問題，經常發生的有陡坡過陡，將一些溢洪道設計于非巖性基礎，且不作反濾襯砌，導致滑坡的現象。還有的工程對雙側山體開挖不合理，使坡度過陡難以穩定抗滑抗傾性差，最后形成坍塌。平面設計如果斷面不能完美連接，使斷面縮小，也會影響功能。有溢洪道出水口高度大于河岸，或不作良好砌筑，長年使用后會形成逐漸漫延的沖刷，最后造成整個溢洪設施的破壞。

（3）現有的設計技術有待完善，較多體現的包括有以下幾種現象，有的設計對于建筑消能水平不夠重視，或選型失當，使消力墻的消能水平不足，導致沖刷。或者在進行側槽溢洪道的設計時，以往一直利用“扎馬林法”進行運算。然而通過長年的工程經驗和有關實驗說明，此方法進行運算的結果會使水面的坡降不夠，側槽深度過淺，流量壓縮，造成一些位置淹沒出流，使建筑物存在隱患。

（4）有些不足體現在整個工程的結構設計中，缺少對環境因素的全面考慮，對泄洪要求和特點等基礎特性不能全面思考，而是照搬其它的設計成果。溢洪道的水流速度快，沖出力大，在摻氣和脈動等共同作用下，會發生嚴重的振動蕩，有的工程中不能考慮實際要求，而選擇材料時壓低成本，或者作標號與實際要求不附的砌筑。使之在實際的使用過程中，難以抵抗強力沖刷。特別是有的溢洪道沒有建筑在牢固基礎之上，但是其底部也不作足夠的反濾排水設施，在高強力沖刷下，也會造成建筑破壞坍塌。一些工程圬工砼襯砌過大，但是不作伸縮處理，使建筑的襯砌形成開裂，影響工程的質量。

2 完善溢洪道設計的對策

2.1 整體布局

在溢洪道的設計中要充分考慮到工程所在地的具體情況，基于實際的地理環境進行考慮，在此基礎上再進行造價合理的設計，如果在壩體周圍有cnJ09Io7Uzt1nUSaThvKrg==可以利用的自然環境，如山坳等可以有效的使用作為溢洪道的布置，如出口過小不能布置正堰，在此情況下，應該采取側槽溢洪道，要絕對掌控好設計原則，包括基礎堅牢，保證線路最短，彎路最少，出水口處無主要建筑物，避免于滑坡基礎上進行建筑，盡量選擇牢固基礎。

2.2 近口段設計

為了實現使出水平順的目標，應將出口處設置成喇叭狀，不必過長以減少造價，有時因建筑地形的原因必須于出口處設計彎道時，必須要盡可能作到平緩，同時其要保證與壩體的合理距離，以免影響壩體。引流段的橫斷面要采取梯形設計，如果水流速度≤1～2 m/s不必砌護，只在接近壩體或控制建筑物的區域作砌護。

2.3 堰流段設計

近口水流應該與控制建筑物垂直，以保證泄洪的均勻，以實際的工程地勢為依據和出水要求一定要采取實用斷面堰的設計，其寬度可以依照單寬流量來確定，單寬流量的標準為巖基40～70 m3/s，非巖基20～40 m3/s，土基20 m3/s。為實現水流的平順可以用漸變式的方式對堰口和上游引流段進行設計，最佳角度為12度。

2.4 泄流段設計

泄流段的設計要選擇直線布置，減少因彎道和扭坡順引流態的突然變化產生負壓，處于陡坡段時，選用均一比降。因為泄洪段流速大，所以必須要設計在堅固的巖基之上，如果沒有足夠條件，就必須要合理運算此處的砌筑厚度，通常漿砌石為0.5～1.0 m，混凝土0.2～0.5 m，鋼筋混凝土0.15～0.3 m，坡度≤1/2.5最佳。

新鮮的巖基泄水道不必作砌筑，風化巖石則要以0.3～0.5 m漿砌石，同時配合以錨固筋，當需要進行大面積的砌筑時，要研究地質狀態和溫度情況進行伸縮縫的設置，底部以9～11 m的間距進行縱橫縫的安置，并且于砌筑底部鋪置排水反濾料。

2.5 消能工設計

于泄洪段未端進行消能工的設計，可以用多級躍水和溢洪道末端的躍流段設計時，一定控制其泄水方向與壩體間隔開≥100～150 m的距離。非巖石基礎通常以底流消能，于尾端進行消能池的設計。遠驅水躍，容易形成沖刷，應該對其使用差動式消力檻的設計。而在巖石基礎時，如其未端出現陡坡就要進行挑射消能設計，就可以起到節省消能池及護坦等設計的作用，因為這種方式的特點是造價小，工作量低，在實踐中被大量使用。

2.6 側槽段的設計

側槽段的設計應該采取垂直來水流向的原則。以等高線的延伸確定其長度，側向進流，縱向泄流。側堰同深槽連接階段的角度要掌握在12°。長度確定為水深的4倍左右，寬產生的功能是不使槽內波動及橫向旋滾水流直接進入陡坡段。

3 與設計有關的水力運算

3.1 引流段水力運算

引流段的入口位置，只有首先進行水位壅高的運算，才會使庫水位在泄洪時的水位得到確定。可以利用包括查爾諾門斯基法在內的由下游控制面向上游反求的方法運算，

3.2 泄流段運算

可以得出陡槽段水面曲線的計算方式很多，包括當陡槽的底寬為固定值時，就可以以BⅡ型降水曲線的方式進行運算。而當陡槽的底寬會發生一定變化時，就可以利用查爾諾門斯基方式進行運算。

3.3 側槽段水力計算

在以往的經驗中，通常以扎馬林法進行針對側槽段水力的運算，在計算一般會以均勻流進行假定，可以在實際當中，水流的形式是沿程變量流，因此會與實際的泄流狀況產生一些差距，最近一段時期，有的水利方面的學者依據水的流動量而提出以水面曲線推導的方式來進行運算，這樣就會使結果得到與實際泄流狀況之間的最大吻合。特別是南斯拉夫的哈丁公式中的計算簡便、節省時間，已在水力運算中得到廣泛運用。因為側槽內的水流形態較為多變，堰頂相對的岸坡水平面的高度較平均水位加高6%～21%，因此應該在設計中的砌筑高度要充分考慮的以上原因。

3.4 護砌運算

對于陡坡的護砌要滿足滑動安全的原則，進行伸縮縫的安置之后，陡坡外表的砌筑就像面積很大的薄板，因此對基礎的應力和傾復穩定可以不必計算，其實現良好控制的條件就要滑動穩定，而在陡坡的砌筑表面上的主要滑動力包括水流的拖泄、砌體自重順坡方向的分力及護面凸體的阻力；而抗滑力則是砌體自重垂直坡面的分力及水流靜壓力和砌護表面的滲透壓力，抗滑安全系數為≥1.3～1.5即可。

4 結論

水庫溢洪道的設計質量高低，左右著水庫工程的工程造價和安全使用水平。是一項必須要給予足夠重視的工作。為了避免在溢洪道的設計中出現問題，就要仔細研究在設計中可能會出現的情況，之后才能做到有針對性的收集資料，研究對策，從溢洪道設計中的規劃布局直到水利計算的整個過程中進行全面控制，使設計環節取得最佳的效果。

參考文獻

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