浅析中小水库溢洪道设计的问题及对策

摘 要：水库溢洪道科学与合理的设计是降低水库工程造价和安全使用的关键。通常中小型溢洪道的工程造价在整个水库工程中占据25%～30%的比例，因此在中小水库的建设中溢洪道的合理设计，是一个必须给予足够重视的环节。

关键词：水库溢洪道 工程造价 对策

中图分类号：TV2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0070-02

所谓溢洪道，就是为保证水库等建筑物的防洪能力而建造的槽形建筑物，通常位于水利建筑物的一侧，他可以使水库有效的控制水位，如果水库水位上升至安全水位后，就会沿溢洪道排出至下游，从而保证水坝的安全使用。他的主要结构包括进水渠、控制段、泄槽、出水渠等。溢洪道科学与合理的设计是降低水库工程造价和安全使用的关键，必须要高度重视溢洪道的设计，使之能够达到应有功能标准。

1 设计中存在的问题

1.1 盲目压缩投资

在中小型水库的建设当中，可能会过多的考虑工程造价的控制，而在溢洪道的设计中设法降低对其的建筑投入，如降低洪水标准、选取数据过低，由此就最终导致溢洪道体积偏小，经过一段时间的使用后，两边的岩石受到风化的影响而发生脱落对溢洪道更加造成阻塞，降低了其排洪能力，最终造成安全隐患。

1.2 不合理布置

在溢洪道的设计中，经常会发生布置不当的情况，如将溢洪道的入口处设计得与水库大坝过近，使其在溢洪道之间仅有狭窄的一段山脊作为隔断。如果入口位置没有相对坚固的砌筑，就非常容易在泄洪过程中对其产生冲刷破坏，此时必将会对水库坝体产生威胁和破坏，还有的陡槽末端紧密相连坝脚，在横流冲刷的情况下，会直接降低坝脚的安全水平。

1.3 不合理设计

（1）在实际的溢洪道建设中，经常会发现以下的一些错误，如平面弯道半径过大或收缩过度，影响泄流水平。尤其在溢洪道陡坡段的弯道处会发生流态和流势的起伏，会在两岸形成水面差，使凹岸水面壅高，同时，相接的下流平直段发生折冲水流，使消能、泄洪水平大幅下降。

（2）有的水库施工中，溢洪道的横剖面存在设计失当的问题，经常发生的有陡坡过陡，将一些溢洪道设计于非岩性基础，且不作反滤衬砌，导致滑坡的现象。还有的工程对双侧山体开挖不合理，使坡度过陡难以稳定抗滑抗倾性差，最后形成坍塌。平面设计如果断面不能完美连接，使断面缩小，也会影响功能。有溢洪道出水口高度大于河岸，或不作良好砌筑，长年使用后会形成逐渐漫延的冲刷，最后造成整个溢洪设施的破坏。

（3）现有的设计技术有待完善，较多体现的包括有以下几种现象，有的设计对于建筑消能水平不够重视，或选型失当，使消力墙的消能水平不足，导致冲刷。或者在进行侧槽溢洪道的设计时，以往一直利用“扎马林法”进行运算。然而通过长年的工程经验和有关实验说明，此方法进行运算的结果会使水面的坡降不够，侧槽深度过浅，流量压缩，造成一些位置淹没出流，使建筑物存在隐患。

（4）有些不足体现在整个工程的结构设计中，缺少对环境因素的全面考虑，对泄洪要求和特点等基础特性不能全面思考，而是照搬其它的设计成果。溢洪道的水流速度快，冲出力大，在掺气和脉动等共同作用下，会发生严重的振动荡，有的工程中不能考虑实际要求，而选择材料时压低成本，或者作标号与实际要求不附的砌筑。使之在实际的使用过程中，难以抵抗强力冲刷。特别是有的溢洪道没有建筑在牢固基础之上，但是其底部也不作足够的反滤排水设施，在高强力冲刷下，也会造成建筑破坏坍塌。一些工程圬工砼衬砌过大，但是不作伸缩处理，使建筑的衬砌形成开裂，影响工程的质量。

2 完善溢洪道设计的对策

2.1 整体布局

在溢洪道的设计中要充分考虑到工程所在地的具体情况，基于实际的地理环境进行考虑，在此基础上再进行造价合理的设计，如果在坝体周围有cnJ09Io7Uzt1nUSaThvKrg==可以利用的自然环境，如山坳等可以有效的使用作为溢洪道的布置，如出口过小不能布置正堰，在此情况下，应该采取侧槽溢洪道，要绝对掌控好设计原则，包括基础坚牢，保证线路最短，弯路最少，出水口处无主要建筑物，避免于滑坡基础上进行建筑，尽量选择牢固基础。

2.2 近口段设计

为了实现使出水平顺的目标，应将出口处设置成喇叭状，不必过长以减少造价，有时因建筑地形的原因必须于出口处设计弯道时，必须要尽可能作到平缓，同时其要保证与坝体的合理距离，以免影响坝体。引流段的横断面要采取梯形设计，如果水流速度≤1～2 m/s不必砌护，只在接近坝体或控制建筑物的区域作砌护。

2.3 堰流段设计

近口水流应该与控制建筑物垂直，以保证泄洪的均匀，以实际的工程地势为依据和出水要求一定要采取实用断面堰的设计，其宽度可以依照单宽流量来确定，单宽流量的标准为岩基40～70 m3/s，非岩基20～40 m3/s，土基20 m3/s。为实现水流的平顺可以用渐变式的方式对堰口和上游引流段进行设计，最佳角度为12度。

2.4 泄流段设计

泄流段的设计要选择直线布置，减少因弯道和扭坡顺引流态的突然变化产生负压，处于陡坡段时，选用均一比降。因为泄洪段流速大，所以必须要设计在坚固的岩基之上，如果没有足够条件，就必须要合理运算此处的砌筑厚度，通常浆砌石为0.5～1.0 m，混凝土0.2～0.5 m，钢筋混凝土0.15～0.3 m，坡度≤1/2.5最佳。

新鲜的岩基泄水道不必作砌筑，风化岩石则要以0.3～0.5 m浆砌石，同时配合以锚固筋，当需要进行大面积的砌筑时，要研究地质状态和温度情况进行伸缩缝的设置，底部以9～11 m的间距进行纵横缝的安置，并且于砌筑底部铺置排水反滤料。

2.5 消能工设计

于泄洪段未端进行消能工的设计，可以用多级跃水和溢洪道末端的跃流段设计时，一定控制其泄水方向与坝体间隔开≥100～150 m的距离。非岩石基础通常以底流消能，于尾端进行消能池的设计。远驱水跃，容易形成冲刷，应该对其使用差动式消力槛的设计。而在岩石基础时，如其未端出现陡坡就要进行挑射消能设计，就可以起到节省消能池及护坦等设计的作用，因为这种方式的特点是造价小，工作量低，在实践中被大量使用。

2.6 侧槽段的设计

侧槽段的设计应该采取垂直来水流向的原则。以等高线的延伸确定其长度，侧向进流，纵向泄流。侧堰同深槽连接阶段的角度要掌握在12°。长度确定为水深的4倍左右，宽产生的功能是不使槽内波动及横向旋滚水流直接进入陡坡段。

3 与设计有关的水力运算

3.1 引流段水力运算

引流段的入口位置，只有首先进行水位壅高的运算，才会使库水位在泄洪时的水位得到确定。可以利用包括查尔诺门斯基法在内的由下游控制面向上游反求的方法运算，

3.2 泄流段运算

可以得出陡槽段水面曲线的计算方式很多，包括当陡槽的底宽为固定值时，就可以以BⅡ型降水曲线的方式进行运算。而当陡槽的底宽会发生一定变化时，就可以利用查尔诺门斯基方式进行运算。

3.3 侧槽段水力计算

在以往的经验中，通常以扎马林法进行针对侧槽段水力的运算，在计算一般会以均匀流进行假定，可以在实际当中，水流的形式是沿程变量流，因此会与实际的泄流状况产生一些差距，最近一段时期，有的水利方面的学者依据水的流动量而提出以水面曲线推导的方式来进行运算，这样就会使结果得到与实际泄流状况之间的最大吻合。特别是南斯拉夫的哈丁公式中的计算简便、节省时间，已在水力运算中得到广泛运用。因为侧槽内的水流形态较为多变，堰顶相对的岸坡水平面的高度较平均水位加高6%～21%，因此应该在设计中的砌筑高度要充分考虑的以上原因。

3.4 护砌运算

对于陡坡的护砌要满足滑动安全的原则，进行伸缩缝的安置之后，陡坡外表的砌筑就像面积很大的薄板，因此对基础的应力和倾复稳定可以不必计算，其实现良好控制的条件就要滑动稳定，而在陡坡的砌筑表面上的主要滑动力包括水流的拖泄、砌体自重顺坡方向的分力及护面凸体的阻力；而抗滑力则是砌体自重垂直坡面的分力及水流静压力和砌护表面的渗透压力，抗滑安全系数为≥1.3～1.5即可。

4 结论

水库溢洪道的设计质量高低，左右着水库工程的工程造价和安全使用水平。是一项必须要给予足够重视的工作。为了避免在溢洪道的设计中出现问题，就要仔细研究在设计中可能会出现的情况，之后才能做到有针对性的收集资料，研究对策，从溢洪道设计中的规划布局直到水利计算的整个过程中进行全面控制，使设计环节取得最佳的效果。

参考文献

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