水利工程中水库溢洪道设计问题分析

2017-03-08贾杰

黑龙江水利科技 2017年12期

贾杰

(重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401121)

1 水库溢洪道设计概述

在进行水库工程的施工设计时，溢洪道主要是用来处理超出水库安全水位的水分。当水库中的蓄水量超出水库的安全水位高度时，多余的水分就会通过溢洪道而被引导入水渠的控制段，在进入平底宽顶堰以后，水分会通过泄洪槽向下倾斜，为了避免倾泻的水分势能过大造成不利的影响，往往还会设置相应的消能防冲设施，确保泄洪的安全与可靠。通常情况下，泄洪道根据其具体的泄洪情况可以将其分为普通溢洪道与非常溢洪道两种，正常溢洪道主要是用来泄放超出水库安全水位高度的洪水，而非常溢洪道则主要是用来泄放仅仅情况下的洪水。正常的溢洪道在设计时通常会分为岸边溢洪道或者是河床溢洪道两种，岸边溢洪道根据其具体的结构不同，可以将其分为：正槽溢洪道、井式溢洪道、侧槽溢洪道与虹吸溢洪道。非常溢洪道设施不仅仅局限于溢洪道本事，其还可能是自溃堰或者破副坝泄洪。文章在介绍的过程中主要是以正常溢洪道中岸边溢洪道的开放式正槽溢洪道为例，具体的分析探讨了溢洪道工作过程中的结构状态以及整体设计。一般而言，正槽溢洪道由五个不同的部分组成，其分别是进水渠、控制堰、泄槽、消能防冲设施以及出水渠，详见图1。在这其中，进水渠能够将水库中需要导出的水流成功的引入控制段中，然后控制堰能够实现对泄流过程的有效控制，确保泄洪过程的可靠性。在经过控制端的控制以后，过堰水流会快速的从泄洪槽排出，在排出的过程中消能防冲设施会对于排泄水分的动能以及势能进行缓解，确保水流平稳的进入河道。

1.进水渠；2.控制堰；3.泄槽；4.消能防冲设施；5.出水渠；6.非常溢洪道；7.土石坝

2 当前水库溢洪道设计存在的问题

2.1 洪水期间常出现的问题

溢洪道能够有效的确保水库在洪水期间的安全与稳定，不会因为水库内水位的过高而出现安全事故。但是近年来，因为我国水利工程施工项目的数量增加，导致了全国各地出现了一批大大小小的建筑施工队伍，一些施工队伍为了能够提高项目的经济效益，盲目的压缩工程的投资，导致了项目的施工造价受到了极大的影响，在实际的施工过程中，为了确保在造价内完成工程施工不得不降低项目的施工标准，进而导致了工程的施工质量与运行性能也急剧下降。除此之外，水库外的建筑长期在风吹日晒下会出现一定的风化，然后在水流的冲击下，极易发生损坏，进而导致泄洪道的防洪性能受到较大的影响。

2.2 水库溢洪道的布置和设计问题

在进行水库工程的施工设计时，正槽式溢洪道的布置选址需要考虑很多方面的因素，其中具体的包括了项目的施工环境、工程的施工要求以及整体的施工工期等。通常情况下，对于正槽式溢洪道的施工原则与一般的泄洪道设计原则一致，都是为了保证原地的高程与正常蓄水的水位高度相近，除此之外，在施工时，施工人员要尽量选择一些比较平稳的区域作为项目的施工区域，并且要尽量减少工程的开挖量，以免因为大量的开挖而导致项目的施工质量受到影响。在施工的过程中，应当对引渠的长度进行控制以此来减小水头损失，保障洪水最终归流的稳定。目前而言，我国中小型水库工程在施工设计时依然存在着一定的不足，比较典型的就是溢洪道设计与坝体出入口距离过近的问题，导致了坝体肩部与泄洪道之间存在的距离过近。一般而言，尽管进出口位置缺乏相应的保护，但是在施工的过程中，一旦遭遇严重的洪水灾害，坝肩会在第一时间出现质量问题。在进行溢洪道设计的过程中，经常会出现泄洪道转弯过大或者是收缩性过强的问题，这对洪涝期间的泄洪工作非常不利。部分水库的溢洪道布置的弯道一般在较为陡的下坡处，受不断变化的水流流式和流态的作用，造成水库两岸水面差距的增大，这样一来会导致水库中凹进去的水库面增高，并且向下流冲去，对水库的泄洪能力产生较大的影响。这里也存在着工程资金的投入与工程安全的矛盾问题，对砌护进行加固加高需要较大的资金投入，反之则会对水库泄洪安全造成影响。

2.3 溢洪道结构设计不合理

一般而言，在进行溢洪道的施工设计时，设计人员会优先选择一些结构比较稳定的岸边或者是垭口作为泄洪道的施工区域，这样能够有效的确保泄洪道泄洪的过程中地基的稳定与可靠。除此之外，对于泄洪道各个部位的施工，都要经过严格的计算，科学的考虑泄洪道的泄洪量，最终得到科学准确的施工参数，确保泄洪道结构的稳定与可靠。

3 优化水库溢洪道设计方案

3.1 整体布局思路

溢洪道是由5个部分组成的，不同的部分承担着不同的职责，因此在实际的工程施工设计中，必须要结合水库的实际状况，科学的进行泄洪道的设计与规划，确保泄洪道的设计能够充分的满足工程的泄洪需求。在设计的过程中，设计人员一定要有一个清晰的思路，对于工程不同部分的具体施工时间以及施工位置有一个清晰的认识，结合当地的地质状况、水文状况以及工程特点等展开相应的设计，最大程度上确保工程的施工质量。

3.2 溢洪道各部分结构段的优化设计

3.2.1 进水渠段

在进行泄洪道的排水渠施工设计时，应当科学的利用大坝周边的地形，利用地势的走向来引导供水，确保洪水能够顺利平稳的流入渠道内。在进行进水渠的设计时，应当尽量选择一些比较简单的施工结构，并且要进行选择直线施工方案，降低断面的坡度，确保进水的稳定与平和。

3.2.2 控制段

控制段通常是由闸与连接建筑组成的，其中闸主要控制泄洪的水量与流速，在进行闸轴线的选择时，一定要确保选择的轴线能够充分的满足控制要求。在进行控制段的施工设计时，应当尽量结合当地的地形地貌进行施工设计，确保设计方案的科学性与经济性。一般而言，控制段要实现对泄水过程的有效控制，确保水流的快速与稳定，对于进入泄水渠的供水进行垂直处理。

3.2.3 泄流段

泄槽的轴线要保持平直，纵坡、平面及和断面的布置要综合地形、地质以及水力条件等，确保布置的合理性，当受到无法避免的因素限制需要设置弯道时，应将弯道设置在流速相对较小、水流较为平稳以及槽底较为平缓的部分。

3.2.4 消能防冲设施段

在急流段的尾端设置一个消能防冲设施用来降低水流的冲击力，其型式要根据地形、地质及泄流条件等来确定。对于非岩基上的消能设施一般采用底流消能方式，并且还要在末端设置消能池。此外，在出水渠的设计上，要注意出水渠的轴线设计要顺应下游河道的流式走向，宽度相对大一点使水流不会因集中而产生折冲现象，造成冲刷危害。