小型水库溢洪道设计问题探究

1、 小型水库溢洪道设计问题探究 摘要：溢洪道作为小型水库工程中的主要建筑物之一，是在洪水期间保障水库安全的重要设施，承担宣泄洪水、防止洪水漫溢堤顶、保证大坝安全等重要角色。因为溢洪道的设计，直接影响到水库的安全，因而其设计合理，这一点就显得尤为重要了。溢洪道在水利工程中的作用是将超出水库容量的蓄存水顺利排出，确保水库在汛期和泄洪期的安全。但是在我国的水利工程建设，尤其是小型水库建设中，最常出现问题的建筑就是溢洪道。文章分析了小型水库溢洪道的常见问题，从小型水库溢洪道的设计布局、水力计算、结构计算等方面提出了解决相应问题的合理建议。关键词：小型水库；溢洪道；工程设计水库的核心部分为溢洪道，其设计方

2、案是否满足合理要求、科学要求，决定了洪水期水库是否安全。近年来，由于工程造价原因，投资资金无法满足预算，加大了工程 实施难度。通常情况下，为了节省投资，大部分施工队伍以较低的洪水指标来设计溢洪道，导致水库安全无法得到保证。如何在控制成本的前提下，对溢洪道进行优化设计，成为了当前首要解决问题。一、小型水库常出现的问题小型水库常出现的问题主要有以下 3 类: 洪水期间常出现的问题、在水库溢洪道的布置和设计上常出现的问题和水库溢洪道工程设计方法不完善。1.洪水期间常出现的问题。溢洪道是保证水库安全的重要设施，尤其是在洪水期间，它的作用是非常明显的。小型水库由于工程设施的不完善，造价方面受限制，在设计

3、洪水的标准上一般偏低，选用洪水的数据也偏小，因此在工程设计溢洪道的尺寸上也就略小。由于常年的受风体和水体的浸泡，周围的岩石也风化严重，导致泄洪能力不足，造成在洪水期间的不安全隐患。2、在水库溢洪道的布置和设计上常出现的问题。在小型水库的工程位置布置上，溢洪道的设计往往离坝身的进出口太近，坝肩与溢洪道之间的距离也比较单薄。进口处也没有护砌，所以一旦发生冲蚀的泄洪现象，坝肩则是不太安全的。另外，在小型水库的溢洪道设计上，平面的弯道过大，并且收缩性太猛，在洪水期间对泄洪的现象非常不利，而且一般的小型水库溢洪道布置的弯道一般在比较陡的下坡处。 由于不断变化的水流流式和流态，造成两岸的水面差距很大，这时

4、在水库凹岸上的水面就会增高，并且直直地向下流冲去。导致延平直段内常出现水流的拆冲现象，大大的影响了泄洪的能力和效果。并且由于水库的缓流处和陡坡处的收缩过于剧烈，也会出现比较强烈的流态变化，对溢洪道的周围砌面造成巨大的冲击，这就使得建设师们有些为难，因为小型水库的资金投入是比较受限制的，如果砌护砌的较高，资金投入就比较大，反之就会影响水库泄洪的安全。3、水库溢洪道工程设计方法不完善。由于小型水库的溢洪道平面或剖面设计不当，就会使溢洪道的陡坡设计问题突出。因为，有一些溢洪道的布置是非山坡性的，在偏颇的底部也没有做反滤的砌护，所以就会出现严重的渗水现象，造成滑坡，直接影响水库溢洪道的稳定性。还有些是

5、因为在设计时不够注意，坡的薄后不均，使得稳定性不能被满足，造成塌方和滑坡现象。从而是泄洪的能力下降，造成冲刷力量过大。现如今，我国小型水库在水利设计方面还不够完善，在工程的设计中常常忽略平流段的进口水位损失。二、小型水库溢洪道设计问题的解决对策1、在溢洪道设计中科学规划布局。在小型水库的溢洪道工程规划布局阶段，要充分利用工程所在地的地形、地貌等，不但要做到经济合理，而且又要确保安全。比如，大坝附近如果有天然山坳，那么布设溢洪道就较为理想。同时，工程应严禁布置在滑坡、崩塌体之上，以便排除危险。溢洪道一般由引流段、控制段、泄流段和消能工等四部分组成的，现分别展开分析。 引流段，又称为进口段。为了使

6、引流能够平顺其进口的形状，如能设计为喇叭口，则最为妥当，且为尽量减少损失，其长度也不应过长。比如，由于地形的限制，如果一定要在该段之内设置弯道，就应让弯曲段能够尽量地平缓，并使弯道和下游衔接段、出口段都远离坝脚，避免出现冲刷坝脚。引流段截面通常采用梯形、矩形，当流速1-2（m/s）时，可不进行砌护，但在坝端邻近的范围内，要砌护一定的长度，并且在弯道两侧的凹岸也要进行砌护。 控制段，又称为堰流段。为使泄流均匀，可以让进口水流垂直于控制段的建筑物，要依据地形条件与泄流需要，设置宽顶堰或实用的断面堰，堰的宽度可按照允许单宽流量来选定。岩基上单宽流量一般是 40-70（m3/s），非岩基上一般是 20

7、-40（m3/s），土基上一般是 20m3/s。 泄流段，又称为陡坡段、急流段。该段平面都采取直线布置的方式，要尽量避免弯道与设置扭坡，以避免产生负压。其纵断面的设计则要因地制宜地按照地形与地质选用缓坡、陡坡或多级跃水等形式。陡坡段要采取均一比降。因为泄水段的流速较高，所以应尽量布置在岩基上。如果是非岩基，那么该段衬砌的厚度要按允许流速和地质条件选择来设计，通常浆砌石为 0.5-1.0（m），混凝土为 0.2-0.5（m），钢筋混凝土为 0.15-0.3（m），其坡度通常1/2.5。 消能工。在泄水段的末端，可根据需要来设置消能工，具体选择型式可依据地形、地质与水力条件的要求来确定。如果采取多

8、级跃水或溢洪道末端跃流，就要使泄流方向远离坝脚100-150（m）。在非岩基上，主要采取底流消能的方法，同时在末端处设置消力池。如果泄流量不大，也可以考虑采用消力坎的形式。如果是远驱式水跃，因为十分容易造成冲刷，这时就可考虑采取差动式消力坎的形式。在岩基上，如果溢洪道的尾端有较陡的边坎，采取挑射消能则比较有利，但还是需要考虑高空扩散气流和下游冲刷对周围的影响。因为这一形式可以减去消力池、护坦及海漫等工程。因为工程量较小、造价又低，所以经常会被采用。如果按照工程实际情况，采用鼻坎形式的话，以矩形差动式为最佳，但如果鼻坎以上是陡坡，最好是做成矩形断面，不做成梯形断面。2加强水利计算 。 加强引流段

9、水力计算。可采用自下游控制断面，向上游反推，求水面曲线的方法进行计算。在引流段进口处，应先计算水位的壅高，随后才能求得泄洪后的正确水位。 加强控制段水力计算。根据溢流堰水力计算设计规范的建议方法进行计算，并且要正确选用流量系数，使系数能够与设计的堰型一致。 加强泄流段陡槽水力计算。计算陡槽段水面曲线的办法很多，比如当陡槽底宽固定不变的时候，可以采用 b型降水曲线计算，或者采用查尔诺门斯基方法来计算；对于底宽渐变的陡槽段，可以采取查氏方法进行分段计算。3注重各部分的结构计算（1）陡坡护砌厚度要满足滑动安全。在设计了伸缩缝沉降缝之后，坡面砌护类似于大面积的薄板，所以对基础应力及倾覆稳定，一般都可以

10、不进行计算，其主要控制条件为滑动稳定。作用在护面之上的滑动力主要是水流拖泄力、砌体自重顺坡方向分力和护面凸体所形成的阻力。抗滑力主要有砌体自重垂直坡面分力、水流静压力、护面上举力及渗透压力。抗滑的安全系数只要1.3-1.5，就是安全的。（2）消力池底板厚度要满足抗浮稳定的需要。因为底板四周边界存在约束作用，一般都没有滑动的问题，所以只需要对其抗浮要求做出稳定计算。作用在底板上的上浮力主要有渗透压力、脉动压力、底板上凸出体所形成的上举力、下游消力池水深和水跃段内的压力差。抗浮力主要有底板的浮重及底板上的水重，抗浮安全系数只要1.3-1.5，就是安全的。根据小型水库溢洪道设计中常见的问题，小型水利工程的设计者要结合工程现状及工程所在地的地质构造、水文资料等，通过对规划布局、水力计算加以改进，以求在确保水利工程安全运行的基础上节省宝贵的工程建设资金。参考文献：1张志红，王国安，李荣容