水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)

梁耀

【摘要】在水利水電工程中，溢洪道的設(shè)計(jì)和布置合理與否，不僅直接影響到水庫的安全，而且關(guān)系到整個(gè)工程造價(jià)。人們常稱溢洪道是水庫的“安全門”，修建大壩攔蓄了河水，使大壩上下游形成了一定的水位差。溢洪道的任務(wù)就是在汛期水庫攔蓄不了的多余洪水，從上游安全泄放到下游河床中去的安全通道，它比原河道有較大的落差。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；水庫；溢洪道設(shè)計(jì)

前言

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)。當(dāng)水庫里水位超過安全限度時(shí)，水就從溢洪道向下游流出，防止水壩被毀壞。本文主要就水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)展開探討，以供參考。

一、水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)問題

1.1 溢洪道設(shè)計(jì)的平面彎道半徑過大和收縮過劇，對(duì)泄流十分不利

特別在溢洪道陡坡段布置有彎道時(shí)，由于彎道流態(tài)、流勢(shì)劇烈變化，導(dǎo)致二岸產(chǎn)生了水面差，這時(shí)凹岸水面壅高，并在下游銜接的平直段內(nèi)產(chǎn)生折沖水流，大大影響了泄流能力和消能效果。另外陡坡段或緩流段的過劇收縮，也會(huì)發(fā)生顯著的壅水和流態(tài)變化，并對(duì)溢洪道襯砌造成沖擊，如砌護(hù)過高會(huì)增加投資，砌護(hù)過低了又不安全。

1.2 溢洪道縱橫剖面及平面布置設(shè)計(jì)不當(dāng)

比較突出的問題是陡坡設(shè)計(jì)比降過陡。部分溢洪道布置在非巖性山坡上，其底部未做有效的反濾襯砌，致使?jié)B水后易產(chǎn)生滑坡；結(jié)構(gòu)上也不穩(wěn)定。在橫斷面設(shè)計(jì)中，有些工程對(duì)兩側(cè)山坡開挖坡度注意不夠，有的過陡，加上襯砌厚度偏薄，不能滿足抗滑抗傾穩(wěn)定，也易造成坍方和滑坡；平面布置上，存在著上下游斷面連接不配套，形成“瓶頸”現(xiàn)象，從而影響了泄洪能力；此外溢洪道末端與河道銜接部分注意不夠，導(dǎo)致有的末端高出河床很多，有的末端未做砌護(hù)處理，常造成嚴(yán)重沖刷，并向上延伸，直至整個(gè)建筑物破壞。

1.3 現(xiàn)有水力設(shè)計(jì)方法尚不夠完善

如溢洪道進(jìn)口布置有引洪平流段的情況下，由于水力計(jì)算中忽略了平流段時(shí)進(jìn)口水位的壅高。而實(shí)際壅高有時(shí)較大，不可忽視。有些設(shè)計(jì)對(duì)溢洪道的消能工的設(shè)計(jì)考慮不夠充分，或者型式選擇不當(dāng)，導(dǎo)致消力墻長(zhǎng)度和深度均不能滿足需要，消能不夠充分，致使下游河段發(fā)生嚴(yán)重沖刷。

二、水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)

2.1進(jìn)口段

溢洪道的進(jìn)口段是引導(dǎo)水流平順地由水庫進(jìn)入控制段，其具體形式取決于地形條件和樞紐布置方案。進(jìn)口段可以是一段較長(zhǎng)的引水明渠，也可以是一個(gè)較短的喇叭形的進(jìn)水口；不論是明渠或是進(jìn)水口，都必須使水流平順地進(jìn)入控制段，在平面上應(yīng)做成平滑的曲線或漸變的折線，力求避免斷面的突然收縮和水流的急劇轉(zhuǎn)變。

2.2 控制段

為使泄流均勻，可使近口水流垂直于控制段建筑物；根據(jù)地形條件和泄流需要必需設(shè)置寬頂堰或?qū)嵱脭嗝嫜?，堰寬度可按允許單寬流量選定，控制段控制著溢洪道的過流能力，是溢洪道的咽喉，通常筑成擋水堰形式；水流過堰，水面有明顯的降落。堰的型式根據(jù)地形、地質(zhì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)條件來確定，通常多采用寬頂堰和實(shí)用堰型，有時(shí)也采用駝峰堰和溢流堰。

寬頂堰的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便，但流量系數(shù)較低；實(shí)用堰的特點(diǎn)是流量系數(shù)較寬頂堰大，但溢流面施工較復(fù)雜；駝峰堰介于以上兩種堰型之間。溢流孔口可以提高水庫的汛期限制水位，但在高水位時(shí)，超泄能力不如開敞式溢洪道的泄流量大。

2.3泄槽段

溢洪道在控制段后都有一段陡坡（槽）與消能段相接，由于泄槽段中水流速度較高，會(huì)產(chǎn)生沖擊波、摻氣和空蝕等問題，故泄槽段要求泄槽底面不允許有局部凹凸不平及突出部分，泄槽邊墻要適當(dāng)加高；此外，還要做好泄槽的止水和排水設(shè)備，以防泄槽底板承受較大的揚(yáng)壓力。

2.4 消能段和尾水渠

溢洪道的出口消能方式一般采用挑流鼻坎和消力池消能型式。有的情況是流經(jīng)泄槽的急流經(jīng)過消能段后，不能直接進(jìn)入原河道時(shí)，需布置一段尾水渠；尾水渠要短、平順，底坡盡量接近下游原河道的平均坡降，使出口水流能平穩(wěn)、通暢地流入原河道。

三、溢洪道施工要點(diǎn)

在水庫的施工中，溢洪道是一個(gè)施工技術(shù)比較復(fù)雜，工期比較長(zhǎng)，與各方面的配合較多，也是互相干擾比較大的工程；組織好溢洪道的施工，也就為組織好整個(gè)水庫的施工打好基礎(chǔ)。溢洪道工程進(jìn)度的安排首先要考慮到水庫安全，同時(shí)也要考慮工程質(zhì)量和節(jié)約方面的要求；避免工程只做了一半，遭遇到洪水，有造成失事的危險(xiǎn)。

四、溢洪道位置的選擇

要盡量利用天然的有利地形條件，如分水鞍（或山坳）；這樣，就可以節(jié)省開挖土石方量，減少工程投資，縮短工期。溢洪道位置最好選擇在巖石和紅膠土上，以耐沖刷，可以降低工程造價(jià)；如果做在土基上，應(yīng)選擇堅(jiān)實(shí)的地基，將溢洪道全部做在挖方的地基上，還必須用漿砌石和混凝土襯砌，防止泄洪時(shí)對(duì)土基的沖刷。 在平面布置上，溢洪道盡量做到直線布置，力求泄洪時(shí)水流順暢。溢洪道進(jìn)口離壩端應(yīng)不小于l0m，出口應(yīng)遠(yuǎn)離下游壩腳至少20m以上。如果由于地形限制，可將進(jìn)口引水渠采用圓弧形曲線布置，并在彎道凹岸做好護(hù)砌工程，而其他部分應(yīng)盡量做到直線布置。

結(jié)束語：

對(duì)大多數(shù)水庫的溢洪道，泄水機(jī)會(huì)并不多，宣泄大流量的機(jī)會(huì)更少；但為了確保萬無一失，每年汛前都要做好宜泄最大洪水的各種準(zhǔn)備。因此相關(guān)人員在水利水單工程中對(duì)于水庫溢洪道的設(shè)計(jì)一定要科學(xué)合理，從而保證水利水電工程的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京動(dòng)力經(jīng)濟(jì)學(xué)院.水利水電工程管理. 1994.

[2]宋振華. 基于水利水電工程中水庫溢洪道設(shè)計(jì)問題的探究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2017（8）.

[3]趙亞昆， 龔立峰. 水利水電工程中的水庫溢洪道設(shè)計(jì)[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2013（7）.

[4]高曉梅， 苗青， 張忠輝，等. 大洪山水庫除險(xiǎn)加固溢洪道設(shè)計(jì)[J]. 水利水電工程設(shè)計(jì)， 2003， 22（3）：24-27.

[5]李冬梅. 石縫水庫除險(xiǎn)加固工程溢洪道設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江水利科技， 2011（4）：86-87.

[6]賀芳丁， 馮毅， 張濤. 尚莊水庫除險(xiǎn)加固工程溢洪道設(shè)計(jì)方案分析[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督， 2011， 19（5）：45-47.