水庫溢洪道除險加固設計探究

江秀蘭

(重慶市水利電力建筑勘測設計研究院，重慶 401121)

0 引 言

在水庫工程中，溢洪道主要承擔著泄洪任務，是水庫不可或缺的建筑物。溢洪道設計是水庫除險加固的主要內容，在制定除險加固設計方案時，需結合工程造價、施工難度等因素制定技術可行、經濟合理的設計方案。在設計方案實施的過程中，針對水庫溢洪道當前存在的問題進行有效處理，消除其中影響水庫運行安全的因素或隱患，不僅有利于保證水庫工程的安全運行，同時還關系到下游居民群眾的生命財產安全，故應對溢洪道除險加固方案的實施予以重視，以確保溢洪道功能的充分發揮。

1 水庫溢洪道設計中存在的問題

1.1 平面布置方案不合理

在地形地質、資金投入、施工技術等條件的制約下，水庫溢洪道在設計中多會采取急流陡坡、急流交叉等布置方案，導致洪水泄流能力下降的同時，還會導致未襯砌的土質溢洪道出現塌方事故，大大降低了溢洪道的抗沖能力，進而對水庫工程的安全、穩定運行造成負面影響。

1.2 軸線布置不合理

在溢洪道布置過程中，受到當時施工技術、設計標準、資金投入等因素的影響，設計人員多憑借著自身工作經驗按照地形進行布置，未對地質條件、下游建筑等因素進行考慮，多將溢洪道布設在土質山坡上，這種情況下，若溢洪道底板基礎之間未做好反濾結構的施工工作，溢洪道滲水和地表水滲入后，不僅會反濾結構失穩，還會增加山體滑坡現象發生的可能。

1.3 運行和管理工作不到位

在社會經濟不斷發展的形勢下，水庫功能逐漸由農業灌溉、發電等轉變為工業供水、水產養殖及旅游業發展等，這就大大增加了水的需求量，而用水戶為了達到增加蓄水量的目的，在未經水行政主管部門許可的情況下，擅自加高溢洪道堰頂高層，導致水庫運行工況的改變及水庫調洪庫容的減少，不利于水庫調洪、滯洪等作用的發揮。

同時，水庫運行管理方面還存在嚴重的重建輕管現象，水庫管理人員由于工資或維護資金未落實等原因，比較消極的對待水庫運行管理工作，導致溢洪道內淤積嚴重，不利于保證溢洪道的正常行洪。

2 水庫溢洪道設計的完善措施

2.1 設計洪水及洪水調節計算

針對水庫設計洪水通常采用暴雨推求洪水和推理公式進行計算，在計算前需注意對之前水庫溢洪道設計所涉及的暴雨資料進行檢查，以判斷溢洪道控制段處堰型的合理性與準確性，同時選擇相應的出流公式對洪水流量、態勢等進行計算，并根據計算結果對洪水設計方案進行調整。

2.2 合理規劃布置

結合水庫平面圖、剖面圖等對當前溢洪道平面布置中存在的不合理之處進行調整，并在調整過程中注意控制轉彎處的坡度，盡量將坡度控制在合理范圍內；確保溢洪道進出口在平面上處于一條直線的同時，并確保其能分別與壩肩、壩腳等保持合理距離；在設計溢洪道縱斷面的過程中，將緩坡、多級躍水形式等考慮在內。

2.3 除險加固與擴容同步實施

水庫功能在朝著多樣化發展的趨勢下，應重新對水庫設計功能定位和水庫任務進行復核、調整。結合水利部、省水利廳所推行的水庫除險加固工作，初步設計為在保證堰頂高程不變的情況下，實現水庫供水范圍擴大和擴容的同步實施，通過培厚加高、庫容擴大等措施實現這一目標，以最大程度上保證水庫汛期運行的安全性和可靠性。

3 工程實例

3.1 工程概況

某水庫位于大壩的右側，長度為60m，屬于開敞式寬頂堰；溢洪道側墻砌筑材料為漿砌石，表面未使用水泥砂漿進行保護，透過整體而言，其建筑質量不符合設計標準；經過對溢洪道洪峰流量進行計算后發現，其過流寬度和側墻高度不足，在防洪擋洪方面所起到的作用并不理想，甚至會由于溢洪壓力較大而造成側墻倒塌事故的出現，對水庫的泄洪安全構成嚴重威脅。

3.2 除險加固的設計標準

該水庫為Ⅴ等小(2)型水庫，設計洪水標準和校核洪水標準分別為5%、0.5級；有關溢洪道設計規范中明確指出，基于溢洪道在水庫中的重要地位，其泄洪能力校核洪水標準應為5%，消能防沖設計標準應達到10%。故為了達到這一標準，決定對該水庫工程的溢洪道進行重新設計與建設。

3.3 加固措施

本工程設計最大泄洪流量為每秒56.1m3，為了保證水庫的泄洪安全，需對本工程溢洪道進行重新設計，決定其重建后仍屬于開敞式寬頂堰，長度增加了36.25m，共分為以下5個部分：

①引水段，長7.746m，進口寬12.0m，出口寬8.0m；②控制段，長6.5m，采用M7.5漿砌石側墻；③陡槽段，長38.0m，陡槽段側墻采用M7.5漿砌石砌筑；④消力池，長18.0m，深2.0m，側墻用M7.5漿砌石砌筑；⑤海漫段，長25.0m，用0.3m厚干砌石鋪設。

3.4 溢洪道設計相關計算

1)溢洪道陡坡水面線。

陡坡的明槽長度為38.0m，坡比為1∶5，結合水利水電工程設計標準，本工程主要采用“恒定非均勻漸變流水面曲線計算程序D-7”計算模式，具體結果見表1。

表1 溢洪道陡坡水面線計算表

2)側墻高度計算。

水庫中溢洪道側墻的主要作用在于對槽內的水流狀態及方向進行約束，確保水流不會對兩側山坡造成大面積沖刷。水深、安全超高等指標決定了邊墻的高度，具體計算公式為：

(1)

式中：h1、h分別表示摻氣后的水深和未摻氣的水深；V為未摻氣時斷面上的水流平均速度；ζ為修正系數，通常水流流速較低的話，可取其最大值為1.0。

3)消力池段計算。

消力池的消能防沖設計標準通常為每秒40.5m3，具體的計算結果如表2所示。

表2 消力池長度和深度計算結果

4 結 語

總而言之，溢洪道作為保障水庫運行安全與穩定的重要基礎設施，在一定程度上與水庫加固設計與優化之間存在著相互制約、相互影響的關系。由于溢洪道除險加固設計直接關系到水庫工程的加固效果和運營效益，故應針對水庫工程溢洪道工程的特點，要多方案綜合比較后選擇最佳的除險加固設計方案，以保證水庫的泄洪能力。

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