水庫溢洪道設計內容分析

宋光輝

（水電七局勘測設計院，四川 成都 611730）

在水庫溢洪道設計環節中要明確設計要點和設計規范，確保具體作業內容的合理性和可控性，有效提升溢洪道設計的整體水平，維持其除險加固的綜合效能，結合工程項目實際情況進行復核分析、工況評估等工作，配合全面分析后選取的優化技術，就能在提升水庫泄洪能力的同時優化工程項目投資效益，為水利工程可持續發展奠定堅實基礎。

1 水庫溢洪道設計的基本原理

溢洪道作為水庫日常管控工作的關鍵性建筑物，設計和布置的合理性直接影響整體水庫的運行效果，因此要結合實際設計標準落實規范化設計。溢洪道的設計也直接關系到工程項目的整體造價成本。水庫設置溢洪道具有滿足消能需求的作用，較為常見的消能方式包括挑流消能、底流消能、跌坎消能等。我國水利工程項目85%的設計都是依據挑流消能完成的，能在滿足安全性的同時提升設計工程體系的經濟性，更好地實現消能作業。挑流消能是在泄水建筑物末端設挑流鼻坎，確保引導水流向下游挑射，在這個過程中，借助射流在空中的擴散、紊動和摻氣等作用，有效實現部分能量消除的目標，既能滿足消能的基本需求，還能最大限度減少安全隱患。同時，水流跌落至離鼻坎較遠的河槽中，可在沖刷坑和一定的尾水深度所形成的水墊中消能[1]。

2 水庫溢洪道設計的實踐意義

近幾年我國水利水電建設工作進程不斷推進，水利工程項目周圍的自然環境條件變化多樣，不同環境因素會對水利工程項目建設過程產生不同程度的影響。因此應在結合一般規律的基礎上開展大量的調研分析，從而落實更加可控的工程設計體系。

對于水庫項目而言，溢洪道的設計能有效提升工程項目的安全水平。在溢洪道結構處理基礎上，下泄流量較大或者本身是急流時，水流在彎道作用后受到溢洪道邊墻偏轉的影響，會產生較大的沖擊波。在沖擊波的作用下波峰和波谷會在溢洪道兩岸出現交替的狀態，此時，水面必然會超高，甚至會增加下游消能的難度。基于此，要整合水庫溢洪道設計模式的規范性，有效提升大流量控制結構，在不影響汛期水庫泄洪質量的基礎上，保證兩岸安全，滿足設計要求和安全控制指標。

綜上所述，水庫溢洪道優化設計內容具有重要的實踐意義，要結合實際設計規范和管理標準，踐行可控化管理模式，確保相應的設計環節均能滿足綜合評估要求，維持整體設計控制的合理性和規范性，真正為水利水電工程項目可持續發展提供支持。

3 水庫溢洪道設計的具體內容

在水庫溢洪道設計環節中，要充分結合水庫等水利工程項目的實際情況，確保相應的設計過程和設計細節都能更加貼合規范需求，從而最大限度地保證設計內容的可行性和實用價值，維持良好的設計效果。確保新增設的溢洪道結構能在滿足水庫工作要求的同時，減少項目的投資成本。為了進一步分析水庫溢洪道設計過程中的重點和難點，選取相應的案例對整個水庫溢洪道設計環節進行分析，旨在更全面地了解水庫溢洪道設計工作的具體內容。

3.1 研究對象

以A水庫項目為研究對象，區域內設置的4個小型水庫始建于2004年，水庫建設是為了調節城市周邊干渠流量，并且發揮其應用價值，實現防洪、事故泄水及居民養殖工作的協同處理。水庫總控流面積約為25 km2。A水庫的有效庫容為85×104m3，結合水利水電工程等級劃分和洪水評估標準的相關規定要求可知，A水庫為IV等級小型水庫，洪水設計為30～50年一遇。但在水庫初步設計和建設過程中，當地政府為節省工程項目投資成本，并綜合考量周圍區域人民群眾生命安全，選取了最低標準建設體系，因此水庫僅能滿足30年一遇洪水設計[2]。加之技術條件、測量儀器及設備精準性等因素的影響，經過近20年的使用，無論是地質情況還是安全效能都發生了變化，溢洪道無法完全滿足實際應用要求，因此聯合當地政府和水利主管部門開展除險加固改造工程，利用新增溢洪道的方式優化其應用效能十分迫切。

3.2 研究目的

基于A水庫項目的特殊情況，下文將以此為例進行研究，為更好地發揮水庫溢洪道的設計優勢，在初步設計環節中，設計部門聯合當地政府和水利主管部門從多元角度分析，全面評估對水庫溢洪道設計優化產生影響的因素，以此作為根本要求落實相關設計內容和設計環節，以便能更好地開展除險加固改造工程，利用新增溢洪道的方式優化其應用效能。

首先，在工況復核分析的基礎上，完成洪水調節計算分析工作單元，匹配計算法分析模式能完成后續工作，并著重選擇適宜的溢流堰設計方案，確保溢洪道設計方案優化目標點得以落實。其次，在進行周邊情況分析的過程中發現，A水庫區域內并沒有設置水文觀測站和雨量實時性監測站，因此無法對比區域內的水文情況分析模式。基于此，需借助推理和經驗分析的方式完成洪峰流量的計算工作。最后，為全面提升A水庫溢洪道的應用效能，要整合具體的設計要素和設計規范，確保相關設計環節的合理性和可控性，并完善具體設計內容，從而實現優化設計的目標。

3.3 研究方案

在水庫溢洪道設計優化工作開展的過程中，要保證具體設計內容的規范性和科學性，從基礎流程入手，保證工序的準確性和規范性，從而更好地為水庫溢洪道設計優化提供保障，減少隱患問題造成的影響，實現經濟效益和安全效益的和諧統一。

3.3.1 工況復核

為保證溢洪道應用效能和質量效果滿足預期，要在設計施工工作開始前進行現場數據和工程現狀的進一步數據分析，利用復核的方式對比基礎數據，保證后續設計單元和施工作業的準確性。基于水庫自身的結構特性，進行徑流面積等情況的合理性管控和評估，并對規劃設計范圍內的外流域水源處理過程予以評估[3]。

首先，A水庫結構本身是小型水庫，水庫相關設施的維護養護工作水平有限，日常維護工作的效果并不能滿足應用預期，多數時候蓄水量不能滿足要求，并且現場調查后發現，設計庫容量和A水庫目前的實際庫容量存在很大差異，經過分析可能是由于淤積清理不及時造成的。其次，要在復核分析過程中進行實際結構的評估和地形圖繪制，從而了解其實際情況，更好地評估相應數值，并及時掌握目前水庫的真實情況，以保證優化設計環節能匹配實際應用需求。最后，要結合工況要求和標準，組織相關專業的施工團隊，并且進行施工技術操作的指導，確保技術人員能明確設計方案和施工難點，有效開展后續作業，提升整體施工效果，避免安全隱患現象的留存[4]。

3.3.2 洪水調節計算過程

為進一步對溢洪道設計環節的具體內容進行剖析，要對具體參數展開合理性評估和分析計算，以確保能獲取更加直觀的數據依據。水庫體系整體情況均屬于年久失修的狀態，為了維持整體水庫體系的質量效果，在A水庫溢洪道設計過程中要對4個水庫的整體控流面積予以分析，從而保證洪水流量計算結果的準確性和科學性。

依據計算結果（見表1）可知，借助推理公式完成A水庫洪水流量的計算具有較為可行的應用價值，并且在推理公式應用過程中，要將A水庫所處區域歷年的降雨量、暴雨資料等作為依據，在完成數據分析和計算后完成洪水情況的推算[5]。

表1 洪水流量計算分析結果

在全面分析水庫溢洪能力后可知，聯合應用A水庫和B水庫能大大提升整體溢洪效果，配合其他水庫就能減少新增溢洪道工程項目的投資預算，在滿足應用控制方案的同時，還能提升整體水庫結構的安全性。基于此，要借助列表分析模式，結合A水庫區域內洪峰流量調洪能力完成計算分析，依據計算結果確定溢洪道設計尺寸。一般是借助多樣化的水位分析內容作為參考依據，有效評估起調水位的基礎，并嚴格落實不同方案的投資費用管理和建設效果對比分析模式，最終確定最優起調水位為660.5 m。具體情況見表2。

表2 起調水位具體情況

此外，要結合A水庫結構周圍環境的特征和基本情況，在細化分析內容和數據參數匯總管理工作后，依據實際情況落實對應的改良處理，保證設計模式和設計控制流程均滿足規范標準，維持更加可控的管理效能，以實現經濟效益和安全效益并行管理的目標，一定程度上保證相關分析工作的合理性和規范性[6]。

3.3.3 溢洪道溢流堰設計

對于水庫溢洪道而言，溢流堰是非常重要的組成部分，其實際形式和具體布置過程都會對溢洪道的應用效果產生影響，為此，要整合具體的操作流程和運行規范，整合相關技術內容，建立健全更加可控的設計模式，以便于服務工程項目設計實踐，最大限度地滿足協同控制工作的基本需求。也就是說，在溢流堰設計環節中，要對典型結構、實際應用場景等因素予以評估，確保設計模式最優化。溢流堰的選擇要基于溢洪道設計的初衷，較為常見的溢流堰包括實用堰及寬頂堰，不同結構有其特殊的作用。

（1）實用堰需要在溢流堰結構的前端挖取隱渠，并著重控制渠的深度，確保深度能滿足實際應用要求，并且維持上游堰的高度。基于此，多數的實用堰都會高于寬頂堰的上游堰[7]。

（2）寬頂堰在實際設計施工過程中，挖方量明顯減少，施工處理環節操作人員要進行精細化測量，要具備較長的溢流前緣長度，其對應的隱渠和陡槽的寬度相對較寬。

本次工程項目中因為實用堰的工程量更小且整體結構模式更加適用于A水庫的具體需求，所以選取實用堰設計方案，并采取曲線型實用堰，不僅能維持良好的施工效能，還能保證流水與堰面的吻合度更高，提升其承壓效果。相較于直線型實用堰，此次工程項目選取的曲線型實用堰能大大提升水流量的承載效果，在過水寬度及水頭溢流等情況一致的狀態下，曲線型實用堰的實際效果更為突出。綜上所述，在綜合評估相關因素后，選取最適配的處理方案，以確保溢洪道后續優化設計的實效性和可控性。

3.3.4 溢洪道優化設計

為保證水庫整體結構應用的合理性，對溢洪道予以優化設計分析和處理，確保相關要素都能有效發揮其實際作用，結合本次溢洪道設計要求制訂了兩個基礎方案。

方案一：利用完全開放式的溢洪道予以實時性控制，將已有的防汛道路設置為架設橋梁，從溢洪道頂端完成貫通設計處理，將下游設置為明渠溢洪道[8]。

方案二：溢洪道從目前現已有的防汛道路中穿行，在穿過區域進行涵洞修筑操作，后部區域則利用涵洞修筑的處理方式開展具體作業。

從施工可行性分析，兩種方案都可實現，但方案一中需進行大范圍的橋梁結構架設處理，從工程項目經濟成本的角度分析，第二個方案是溢洪道設計優化方案。

此外，為了維持整體溢洪道設計效果，要結合放水洞的設計模式開展后續工作，在全面分析水庫結構特征的基礎上，維持整體設計結構的規范性，一般應用連續式鼻坎挑流消能形式[9]。

3.3.5 其他設計

（1）要結合資源利用要求和配置標準保證相應設計方案的合理性，出于資源管控要求，在水庫泄洪處理設計體系中，要結合水庫現有的情況保證后續優化配置工作的落實，并著重關注水庫泄洪需求和農業灌溉儲水需求等，聯動A水庫周圍城鎮及工業用水等方案，確保整體設計細節更貼合具體要求。在完成綜合效益和綜合功能評估工作后，就要對擴容處理方案進行升級，維持統籌管理的效率，并提升設計水平的基本效果。

（2）要結合國家的相關規定要求對除險加固進行優化升級。一般而言，除險加固工作的落實不會對水庫結構進行規模性的擴大，要維持堰頂高程參數的一致性。基于此，在水庫溢洪道設計環節中，若是開展擴容操作，就要將高程控制在3～5 m，并且擴容工程項目要在除險加固操作結束后陸續開展。

在完成水庫溢洪道設計優化工作后，確定采取連續式鼻坎挑流消能形式設計模式，并且按照入庫洪水過程線、泄洪洞水位泄量關系曲線及水庫水位庫存容量曲線等完成實時性關系數據的計算分析，獲取滿足泄洪要求的防洪庫容，保證A水庫應用控制效果的最優化。在不影響除險加固效能的同時還能減少資源損耗、重復施工等現象，保證水庫溢洪道設計處理效果全面提高[10]。

4 結語

隨著水利工程項目發展進程的不斷加快，要結合不同水利工程項目實際情況優化設計內容，在全面評估水文、地質地形條件、水流條件等因素后，提高溢洪道設計的精準性。以某工程項目為研究對象，從工程復核入手，分析了洪水調節計算過程、溢流堰設計環節等，并綜合相關要素完成溢洪道優化設計方案，基于多元因素的考量，更加直觀地評估溢洪道優化設計的重點和難點，最大限度地滿足工程項目的實際需求，實現社會效益和經濟效益和諧統一。