水利工程中水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

丁建哲

摘 要：水利工程中水庫(kù)主要發(fā)揮著攔洪蓄水及調(diào)節(jié)水流的重要作用。在水庫(kù)防洪功能中，水庫(kù)溢洪道作為最為重要的設(shè)施，需要做好溢洪道設(shè)計(jì)工作，通過(guò)對(duì)溢洪道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)全面提高水庫(kù)溢洪道的質(zhì)量。文中分析了水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并進(jìn)一步對(duì)優(yōu)化水利工程中水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞： 水利工程；水庫(kù)；溢洪道設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方案；優(yōu)化

水庫(kù)在水利工程中占有著非常重要的地位，可起到防洪、蓄水灌溉、供水、發(fā)電等作用。溢洪道作為水庫(kù)的防洪設(shè)施，通常會(huì)設(shè)置在大壩的一側(cè)，其以槽狀外形為主，一旦洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，水庫(kù)水位若超出安全限度，溢洪道則會(huì)對(duì)水庫(kù)庫(kù)容中不能容納的洪水進(jìn)行宣泄，以此來(lái)保證水庫(kù)壩體的安全。水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)的是否合理，會(huì)對(duì)水庫(kù)的安全和工程造價(jià)帶來(lái)較大的影響，因此需要對(duì)溢洪道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)洪水的安全宣泄。

1溢洪道設(shè)計(jì)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

1.1溢洪道泄流能力不足

在水利工程建設(shè)中，溢洪道建設(shè)占據(jù)的成本較大。因此溢洪道設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)水庫(kù)工程施工成本造價(jià)帶來(lái)較大的影響，這就要求在溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)溢洪道的建設(shè)成本進(jìn)行充分考慮，盡量將溢洪道設(shè)計(jì)成本控制在最小范圍內(nèi)。在實(shí)際溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，為了縮小成本，通常會(huì)以洪峰及洪量較小的洪水?dāng)?shù)據(jù)作為具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)的溢洪道尺寸會(huì)小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸，同時(shí)在溢洪道實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，其周邊巖體會(huì)存在風(fēng)化坍落等情況，這必然會(huì)對(duì)溢洪道的泄洪能力帶來(lái)較大的影響，影響泄流能力，無(wú)法保證安全泄洪。

1.2溢洪道設(shè)計(jì)不合理

當(dāng)前溢洪道設(shè)計(jì)中，通常會(huì)在溢洪道進(jìn)出口和陡槽末端位置會(huì)存在不合理的地方。在溢洪道進(jìn)出口設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)在壩身附近設(shè)置溢洪道進(jìn)出口，而且在溢洪道進(jìn)出口位置也沒(méi)有設(shè)置護(hù)砌，只利用山脊來(lái)隔離壩肩和溢洪道。這樣的布局，在溢洪道泄洪過(guò)程中容易被沖蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)壩肩的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性帶來(lái)較大的影響，存在較大的隱患。另外，在水庫(kù)設(shè)計(jì)洪道陡槽末端時(shí)，為了節(jié)省施工成本，會(huì)在壩角附件設(shè)置陡槽末端，這種布局結(jié)構(gòu)在泄洪量過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橫流沖刷現(xiàn)象，從而對(duì)壩腳安全帶來(lái)威脅，不利于水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行。

1.3平面彎道半徑大、收縮劇烈

溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)平面彎道半徑設(shè)計(jì)太大或是彎道收縮過(guò)于劇烈時(shí)，必然會(huì)對(duì)溢洪道的正常泄洪帶來(lái)影響。即當(dāng)溢洪道陡坡處存在彎道時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)的彎道半徑較大時(shí)，溢洪道泄洪時(shí)，在彎道處洪流的水流狀態(tài)和形勢(shì)都會(huì)發(fā)生較大的變化，使溢洪道兩岸水面會(huì)出現(xiàn)落差，而且在下游銜接段平直溢洪道內(nèi)還會(huì)有折沖水流產(chǎn)生，從而對(duì)溢洪道實(shí)際效能帶來(lái)不利影響。另外，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)陡坡段或是緩流段收縮設(shè)計(jì)過(guò)于劇烈時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致溢洪道的砌護(hù)受到直接沖擊，對(duì)溢洪道砌護(hù)的安全帶來(lái)較大的威脅，對(duì)溢洪道的正常泄洪功能會(huì)帶來(lái)較大的影響。

1.4縱橫剖面以及溢洪道平面布置設(shè)計(jì)不合理

在水庫(kù)工程中，通常在土質(zhì)非巖性的山坡上設(shè)置溢洪道，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于山坡底部沒(méi)有進(jìn)行砌筑反濾砌護(hù)，則無(wú)法保障溢洪道或是山體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，當(dāng)具體進(jìn)行泄洪時(shí)，溢洪道則容易發(fā)生滲水問(wèn)題，洪水會(huì)滲透到山體中，容易發(fā)生山體滑坡危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)溢洪道縱橫剖面過(guò)程中，對(duì)于山體挖掘施工可能會(huì)對(duì)溢洪道施工的影響考慮不周，則會(huì)造成溢洪道陡坡過(guò)于陡峭，當(dāng)泄洪時(shí)，洪流會(huì)對(duì)溢洪道砌護(hù)帶來(lái)較大的沖擊。而且實(shí)際施工過(guò)程中，基于施工成本考慮，溢洪道通常都不會(huì)砌護(hù)的太高或是太厚，即實(shí)際砌護(hù)無(wú)法有效的承受住洪流的沖擊影響，極易發(fā)生坍塌。在具體布置溢洪道平面時(shí)，溢洪道上下游的連接斷面不協(xié)調(diào)，施工標(biāo)準(zhǔn)不一致，甚至部分溢洪道下游端口處也不會(huì)進(jìn)行具體的砌護(hù)處理，這樣就會(huì)導(dǎo)致山體會(huì)長(zhǎng)期處于洪流沖刷范圍內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，從而對(duì)整個(gè)溢洪道建筑結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)較大的影響。

1.5溢洪道設(shè)計(jì)流程不完善

這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)，在很大程度上與溢洪道施工成本有關(guān)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮對(duì)成本的控制。比如在對(duì)出口段進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)忽略端口砌護(hù)的砌筑，導(dǎo)致在溢洪道泄洪過(guò)程中洪流不斷沖刷泥土，泥土大量流失，影響山體以及溢洪道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，存在較大安全隱患。

2水利工程中水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

2.1 要形成清晰的整體布局思路

溢洪道的設(shè)計(jì)包括5個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)成部分，他們之間的合理布置需要綜合工程所在的地理位置，綜合考慮地形、地質(zhì)、工程特點(diǎn)、樞紐布置、壩型、施工及運(yùn)用條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素可能帶來(lái)的影響，形成清晰的整體布局思路。當(dāng)壩體附近具有良好的自然環(huán)境可以得到有效利用。考慮整體布局的過(guò)程中要堅(jiān)持基礎(chǔ)牢固、線路短、彎道少，出水口開(kāi)闊無(wú)建筑物等總體原則。

2.2 溢洪道各結(jié)構(gòu)段的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1進(jìn)水渠段。進(jìn)水渠段的設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用壩體周?chē)牡乩憝h(huán)境，據(jù)因地制宜原則實(shí)現(xiàn)水流的平順入渠，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，平面上盡量保持直線狀態(tài)，斷面上要降低坡度，當(dāng)受到地形的嚴(yán)格限定時(shí)，可采用多段的階梯式緩降形式。

2.2.2控制段。控制段的主要構(gòu)成是閘及兩側(cè)連接建筑物，特別需要強(qiáng)調(diào)的是閘軸線的選定應(yīng)滿足規(guī)范要求。此外，控制堰的型式可根據(jù)地形、地質(zhì)及水力條件等，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較選定。控制段為實(shí)現(xiàn)水流速度的均勻性，對(duì)進(jìn)水渠過(guò)來(lái)的水流要進(jìn)行垂直處理，按照控制斷面的寬度選定洪流值。控制堰的堰口對(duì)上、下游起到的是變化鏈接作用，要使水流平穩(wěn)，設(shè)計(jì)時(shí)要控制好收縮角的角度，對(duì)于斷面較寬的情況，要合理控制布設(shè)的間距。

2.2.3泄流段。泄槽軸線保持平直，縱坡、平面及橫斷面需綜合地形、地質(zhì)及水力條件等因素進(jìn)行合理布置，不得不設(shè)置彎道時(shí)，應(yīng)設(shè)置在流速相對(duì)較小、水流相對(duì)平穩(wěn)且槽底較平緩的部分，對(duì)于泄量大、流速高的泄槽設(shè)置彎道時(shí)必須通過(guò)水工模型試驗(yàn)確定相關(guān)參數(shù)。

2.2.4消能防沖設(shè)施段。泄流段是屬于溢洪道的急流段，為降低水流的沖擊能力需要在泄流段尾端設(shè)置消能防沖設(shè)施，其型式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)及泄流條件等來(lái)進(jìn)行確定。一般情況下對(duì)于非巖基上的消能設(shè)施采用底流消能方式，并在最末端設(shè)置消能池，若洪流期間流量也不大則可以使用消能檻方式。

2.2.5出水渠段。雖然消能防沖設(shè)施對(duì)水流的動(dòng)能與勢(shì)能已將達(dá)到了一定的削弱效果，但還需要設(shè)置出水渠，出水渠的軸線設(shè)計(jì)要順應(yīng)下游河道的流勢(shì)，寬度相對(duì)較大以使水流不會(huì)顯得過(guò)分集中。

3結(jié)束語(yǔ)

在水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)工作中，由于溢洪道作為洪水期間的應(yīng)急設(shè)置，因此需要做到科學(xué)的選址，合理對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來(lái)保證其具有較好的泄洪能力。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要優(yōu)化對(duì)溢洪道的進(jìn)水渠段、控制段、泄流段、消能防沖設(shè)施段及出水渠等進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來(lái)提高溢洪道的泄洪效能，確保水利工程運(yùn)行的安全性和可靠性。

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