水利工程中水库溢洪道设计问题分析

胡懋

摘 要：水利工程中的水库主要功能是拦洪蓄水、调节水流等，而水库溢洪道则是实现水库防洪功能的重要设施，但当前国内水库溢洪道设计中普遍存在一些问题，这些问题的存在给水利工程埋下了安全隐患，该文针对溢洪道存在的设计问题展开分析并提出优化设计方案。

关键词：水利工程 水库 溢洪道设计 问题 优化设计方案

中图分类号：P343 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（c）-0048-02

“水利兴，则仓廪实”，近年来国家与地方加重了水利工程基础设施的建设投入，大力推进传统水利向现代水利的可持续发展转变。作为水库等水利建筑物防洪设施的溢洪道一般设置在水坝的一侧，外形呈槽状，主要作用是当发生洪涝灾害时，水库水位若超过安全限度，溢洪道则用于宣泄水库库容所不能容纳的洪水，保证水库坝体的安全。溢洪道一般由进水渠段、控制段、泄槽段、消能防冲设施及出水渠等组成，其设计的合理与否，直接影响着水库的安全、控制着工程的造价，因此，它是水利工程设计中的重要环节。

1 水库溢洪道设计

在水利工程中的水库建设，需要设计溢洪道用于处理大于水库库容的多余洪水，将多余的洪水引入水渠进入控制段的平底宽顶堰后，洪水经泄槽段下泄，利用消能防冲设施降低洪水势能后缓泄于出水渠，经过全过程的处理实现洪水的安全宣泄。该文主要以开放式的正槽溢洪道（图1）为例，对其组成构造进行剖析，分析各组成部分的设计原理及过流特点。

正槽溢洪道由5部分组成，将水渠是将水库的水平顺的引入控制堰前的渠道，控制堰控制溢洪道的泄流能力，泄槽把过堰水流快速送往下游，消能设施将泄槽末端水流的能量尽量消除掉，使之平稳地流入下游，出水渠将消能后的水流比较平顺地泄入河道中。

2 当前水库溢洪道设计存在的问题

2.1 受工程造价限制，设计标准偏低

当前水利工程等基础设置的建设仍然采用招投标的管理模式进行，建设单位与施工单位往往过度追求经济效益，盲目压缩建设投资，对工程的总体造价控制过于严格。因此，在溢洪道的设计中往往降低了防洪标准，使得工程的整体设计等级偏低，溢洪道设计的尺寸整理偏小，泄洪能力受限。

2.2 溢洪道选址不当

正槽式溢洪道的选址需要将施工现场的地形条件、开挖量、两岸山坡的稳定性、引渠长短等因素纳入考虑，总的原则是原地高程与正常蓄水水位高程相近，选择两岸山坡相对稳定的地段，尽量减少开挖量，缩短引渠长度以减小水头损失，并方便洪水最终的归流。

2.3 溢洪道结构设计不合理

溢洪道的选址主要根据现场的地质条件和地形条件，选在布置在稳定性较强的垭口或岸边，以确保溢洪道地基的稳定性。而它的各构成部分的整理设计需要根据泄洪标准计算泄洪量，再合理调整结构设计，尽量将溢洪道的轴线保持为一条直线，如果现场确实受到条件限制需要转弯，转弯处最好设置在进水渠段或出水渠段。

3 优化水库溢洪道设计方案

3.1 要形成清晰的整体布局思路

溢洪道的设计包括5个关键的构成部分，他们之间的合理布置需要综合工程所在的地理位置，综合考虑地形、地质、工程特点、枢纽布置、坝型、施工及运用条件、经济指标等因素可能带来的影响，形成清晰的整体布局思路。当坝体附近具有良好的自然环境可以得到有效利用，如，山坳就可以作为溢洪道的选址位置。考虑整体布局的过程中要坚持基础牢固、线路短、弯道少，出水口开阔无建筑物等总体原则。

3.2 溢洪道各结构段的优化设计

（1）进水渠段：进水渠段的设计应充分利用坝体周围的地理环境，据因地制宜原则实现水流的平顺入渠，结构上应尽可能的简化设计，平面上尽量保持直线状态，断面上要降低坡度，当受到地形的严格限定时，可采用多段的阶梯式缓降形式。

（2）控制段：控制段的主要构成是闸及两侧连接建筑物，特别需要强调的是闸轴线的选定应满足规范要求。此外，控制堰的型式可根据地形、地质及水力条件等，通过技术经济综合比较选定。控制段为实现水流速度的均匀性，对进水渠过来的水流要进行垂直处理，按照控制断面的宽度选定洪流值，岩基单宽流量<50 m3/s时，工基为30 m3/s。控制堰的堰口对上、下游起到的是变化链接作用，要使水流平稳，收缩角应控制在12°以内，当断面较宽时，其布设间距可以控制在10～15 m之间。

（3）泄流段：泄槽轴线保持平直，纵坡、平面及横断面需综合地形、地质及水力条件等因素进行合理布置，受地势或其他因素限制不得不设置弯道时，应设置在流速相对较小、水流相对平稳且槽底较平缓的部分，对于泄量大、流速高的泄槽设置弯道时必须通过水工模型试验确定相关参数。该段的洪流速度较快，在设置岩基上需要加厚砌护的宽度，泄槽底板应设置结构缝，纵、横缝间距可采用l0～15 m。

（4）消能防冲设施段：泄流段是属于溢洪道的急流段，为降低水流的冲击能力需要在泄流段尾端设置消能防冲设施，其型式应根据地形、地质及泄流条件等来进行确定。一般情况下对于非岩基上的消能设施采用底流消能方式，并在最末端设置消能池，若洪流期间流量也不大则可以使用消能槛方式。溢洪道消能防冲实施的设计应根据可能发生的洪水标准合理选择分级，l级、2级、3级分别应对百年一遇、五十年一遇及三十年一遇的洪水。此外消能防冲设施的设计在结构上要可靠，且具有防空蚀、抗磨损和抗冻害的良好效果等。

（5）出水渠段：虽然消能防冲设施对水流的动能与势能已将达到了一定的削弱效果，但如果下泄水流无法直接泄入原设计河道则仍可能造成下游生命财产的损失，所以，还需要设置出水渠。出水渠的轴线设计要顺应下游河道的流势，宽度相对较大以使水流不会显得过分集中，而造成水流的折冲，对河道两岸造成冲刷危害。

4 结语

综上所述，水利工程中水库的溢洪道是处理洪水期间的应急性设置，选址的科学性及结构的合理性是保障其泄洪能力的基础，需要形成清晰的整体布局思路，对溢洪道的进水渠段、控制段、泄流段、消能防冲设施段及出水渠分别进行优化设计，以解决实际设计中存在的不合理性问题，保证溢洪道的泄洪效能及水利工程的安全。

参考文献

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