溢洪道设计中的问题及其措施

1、    溢洪道设计中的问题及其措施    祁玉兰 朱磊【摘要】溢洪道是水库工程最重要的泄水建筑物，其设计成功与否直接其自身乃至整个枢纽及其上游库区、下游河床、岸坡和相关区域的安全。溢洪道主要用来排泄水库的洪峰流量，从而达到水库的容量平衡，保证水库的正常运行。本文重点研究溢洪道在设计中常出现的问题，并提出合理措施。【关键词】水库；溢洪道；设计；工程造价引言溢洪道从上游至下游主要由引渠段、控制段、泄槽段和消能段四部分组成。按照泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道两大类，前者用于宣泄设计洪水，后者用于下泄非常洪水；主要是提高水库的防洪能力，有效控制水

2、库的水位，一旦水库的水位上升至正常蓄水位以上，洪水从溢洪道排泄，从而保证水库在汛期处于安全运行状态，因此溢洪道的设立一方面提高了水库在汛期的安全运行，另一方面降低了坝高从而减少了工程投资。1、溢洪道设计的常见问题1.1 溢洪道布置不当。对溢洪道进行合理选址是实施水库工程的关键性因素。在实际设计、施工过程中，往往由于疏忽与认识不到位，导致溢洪道的选址问题出现分歧，因此要对溢洪道进行预期设计，排除不确定性因素及安全隐患。在现场勘测中，溢洪道的进出口位置紧密连接大坝的主要部位坝身，两者之间山脊较薄，如果护砌设备装置不到位，一旦发生洪水灾难，便会严重威胁到水库的安全使用。1.2 尺寸不符。中小型水库溢

3、洪道的工程量约占总量的20%，工程造价约占整体预算的25%，因此，整个水库工程的造价受制于溢洪道的设计是否合理及是否符合标准。基于溢洪道科学设计的前提下，要想节约资金成本，工程设计时一般采用较小的尺寸来减少工程投资，从而导致溢洪道的洪峰与洪量数据发生异常，影响建筑岩体的稳固性，造成溢洪道泄洪能力减小。1.3 断面误差。溢洪道平面设计及横纵剖面设计不合理也是水库工程较为常见的问题之一，在设计环节中最为突出的问题是比降过陡。在设计水库工程的横纵断面过程中，如果忽略山坡两侧的挖掘坡度与深度，设计坡度过陡难以支撑坡面的倾斜与抗滑，如果没有提前做好衬砌等工作，塌方及滑坡等危害将会时刻威胁水库的安全。在设

4、计溢洪道的平面工作时，上游断面不能完全衔接下游断面，导致溢洪道的泄洪能力出现问题。如果溢洪道的底板设计在非岩性基础上，反滤衬砌工作未及时布置，岩体稳固性差，从而增大了水库溢洪道渗水滑坡的可能性。考虑到水库河道未段与溢洪道尾部紧密衔接，导致河床明显低于溢洪道末端，如果不及时采取末端护砌措施，容易造成水库冲刷、遭侵蚀破坏得可能，一旦危及到整个水库工程，其损失将是不可估量的。1.4 水力影响。通过近几年的实践证明，计算程序或软件在计算过程中存在一定的弊端。除此之外，溢洪道的设计流量与实际的泄洪流量系数存在误差，偶尔出现侧槽淹没现象，从而影响整个水库的安全施工。在进行水力计算时易忽略溢洪道平流段进口水

5、位的壅高现象，如果盲目在泄洪道位置增加引洪平流段，实际增大了水位壅高的情况。2、中小型水库溢洪道设计要点2.1 引渠段设计。在进行水库施工的过程中，要时刻考虑溢洪道的设置受地形的影响，为了减少工程损失，必须在进口道段内设置引渠段，尽可能顺直，并远离大坝设计，避免受冲刷的影响，进口形状一般设计成喇叭形，且控制在一定长度，不宜过长。为了保持适宜的渠中流速，水库溢洪道的坝面主要呈现梯形和四边形，此时可以省略布置边墙的衬砌；如果溢洪道与附近的建筑物相连接，要控制好衬砌的长度以及厚度，尤其是在设置弯道时，增加弯道两旁边墙的厚度。2.2 控制段设计。溢洪道的主要目的是排泄超蓄洪水，有效促进水库工程的安全运

6、行。为了保证汛期洪水的泄流段水流速度正常，就要使进口道段的水流与周围建筑物呈垂直分布，此时可以根据地形以及泄流的实际情况设置合理的控制断面，并根据断面的宽度控制洪水的流速，常见的岩基单宽流量值控制在每秒50立方米，土基流量值控制在每秒30立方米。在中小型水库的进口位置设置渐变段是有效控制水流平稳的措施之一，由于水库堰口与上游、下游的渠道的平顺连接，保证水流均匀，其收縮角控制在12度左右。2.3 泄槽段设计。泄槽段是水库溢洪道的主要泄流段，其缓坡段与陡坡段的连接一般采用抛物线连接，尽量避免坡体、弯道发生流态负压现象，要充分考虑到水库周围地形的影响因素，因地形、地势以及地质的不同而采取相应的引流方

7、式，对于溢洪道的坡体可以采用单一比降的方式。在汛期泄洪期间，洪水流速较快，因此要在岩基设置的周围加大护砌厚度，砌石的浆液控制在0.5-1.0米，坡体厚度控制在1-3米，混凝土厚度控制在0.2-0.6米。2.4 消能段设计。根据溢洪道周围的地形及水利条件，在泄槽段的末端设置合适型式的消能设施，对于溢洪道末端非岩基基础的消能设施，一般采用底流消能，在末端处设置一个合适长度的消力池来消能。对于地形起伏较大的常常用多级跃流形式，使得水库的泄流方向偏离大坝坝脚100-150米。如果汛期洪水流速均匀，泄流量较小，可以采用消能坎模式，起到坎坎消能的作用；如果末端的水流可以形成远驱水流，护砌设置极易被冲刷，则考虑采用差动式消能坎形式；如果水库溢洪道尾端存在陡坡，并且基岩出露，可以采用挑射消能形式，能缩短溢洪道的长度，从而降低溢洪道的投资成本。3、结语综上所述，中小型水库溢洪道设计与布置的科学性与合理性直接影响到其安全运行状况，同时也是降低水库工程造价的重要环节，为了有效避免溢洪道的设计出现问题，要提前考虑工程会出现的所有安全隐患，包括提前做好地质构造、水文环境的处理、水力及结构计算，从而规划好溢洪道整体设计的布局以及全面控制整个水库的运行，才能做到有针对性地研究设计方案，发挥