水库溢洪道设计内容分析

宋光辉

（水电七局勘测设计院，四川 成都 611730）

在水库溢洪道设计环节中要明确设计要点和设计规范，确保具体作业内容的合理性和可控性，有效提升溢洪道设计的整体水平，维持其除险加固的综合效能，结合工程项目实际情况进行复核分析、工况评估等工作，配合全面分析后选取的优化技术，就能在提升水库泄洪能力的同时优化工程项目投资效益，为水利工程可持续发展奠定坚实基础。

1 水库溢洪道设计的基本原理

溢洪道作为水库日常管控工作的关键性建筑物，设计和布置的合理性直接影响整体水库的运行效果，因此要结合实际设计标准落实规范化设计。溢洪道的设计也直接关系到工程项目的整体造价成本。水库设置溢洪道具有满足消能需求的作用，较为常见的消能方式包括挑流消能、底流消能、跌坎消能等。我国水利工程项目85%的设计都是依据挑流消能完成的，能在满足安全性的同时提升设计工程体系的经济性，更好地实现消能作业。挑流消能是在泄水建筑物末端设挑流鼻坎，确保引导水流向下游挑射，在这个过程中，借助射流在空中的扩散、紊动和掺气等作用，有效实现部分能量消除的目标，既能满足消能的基本需求，还能最大限度减少安全隐患。同时，水流跌落至离鼻坎较远的河槽中，可在冲刷坑和一定的尾水深度所形成的水垫中消能[1]。

2 水库溢洪道设计的实践意义

近几年我国水利水电建设工作进程不断推进，水利工程项目周围的自然环境条件变化多样，不同环境因素会对水利工程项目建设过程产生不同程度的影响。因此应在结合一般规律的基础上开展大量的调研分析，从而落实更加可控的工程设计体系。

对于水库项目而言，溢洪道的设计能有效提升工程项目的安全水平。在溢洪道结构处理基础上，下泄流量较大或者本身是急流时，水流在弯道作用后受到溢洪道边墙偏转的影响，会产生较大的冲击波。在冲击波的作用下波峰和波谷会在溢洪道两岸出现交替的状态，此时，水面必然会超高，甚至会增加下游消能的难度。基于此，要整合水库溢洪道设计模式的规范性，有效提升大流量控制结构，在不影响汛期水库泄洪质量的基础上，保证两岸安全，满足设计要求和安全控制指标。

综上所述，水库溢洪道优化设计内容具有重要的实践意义，要结合实际设计规范和管理标准，践行可控化管理模式，确保相应的设计环节均能满足综合评估要求，维持整体设计控制的合理性和规范性，真正为水利水电工程项目可持续发展提供支持。

3 水库溢洪道设计的具体内容

在水库溢洪道设计环节中，要充分结合水库等水利工程项目的实际情况，确保相应的设计过程和设计细节都能更加贴合规范需求，从而最大限度地保证设计内容的可行性和实用价值，维持良好的设计效果。确保新增设的溢洪道结构能在满足水库工作要求的同时，减少项目的投资成本。为了进一步分析水库溢洪道设计过程中的重点和难点，选取相应的案例对整个水库溢洪道设计环节进行分析，旨在更全面地了解水库溢洪道设计工作的具体内容。

3.1 研究对象

以A水库项目为研究对象，区域内设置的4个小型水库始建于2004年，水库建设是为了调节城市周边干渠流量，并且发挥其应用价值，实现防洪、事故泄水及居民养殖工作的协同处理。水库总控流面积约为25 km2。A水库的有效库容为85×104m3，结合水利水电工程等级划分和洪水评估标准的相关规定要求可知，A水库为IV等级小型水库，洪水设计为30～50年一遇。但在水库初步设计和建设过程中，当地政府为节省工程项目投资成本，并综合考量周围区域人民群众生命安全，选取了最低标准建设体系，因此水库仅能满足30年一遇洪水设计[2]。加之技术条件、测量仪器及设备精准性等因素的影响，经过近20年的使用，无论是地质情况还是安全效能都发生了变化，溢洪道无法完全满足实际应用要求，因此联合当地政府和水利主管部门开展除险加固改造工程，利用新增溢洪道的方式优化其应用效能十分迫切。

3.2 研究目的

基于A水库项目的特殊情况，下文将以此为例进行研究，为更好地发挥水库溢洪道的设计优势，在初步设计环节中，设计部门联合当地政府和水利主管部门从多元角度分析，全面评估对水库溢洪道设计优化产生影响的因素，以此作为根本要求落实相关设计内容和设计环节，以便能更好地开展除险加固改造工程，利用新增溢洪道的方式优化其应用效能。

首先，在工况复核分析的基础上，完成洪水调节计算分析工作单元，匹配计算法分析模式能完成后续工作，并着重选择适宜的溢流堰设计方案，确保溢洪道设计方案优化目标点得以落实。其次，在进行周边情况分析的过程中发现，A水库区域内并没有设置水文观测站和雨量实时性监测站，因此无法对比区域内的水文情况分析模式。基于此，需借助推理和经验分析的方式完成洪峰流量的计算工作。最后，为全面提升A水库溢洪道的应用效能，要整合具体的设计要素和设计规范，确保相关设计环节的合理性和可控性，并完善具体设计内容，从而实现优化设计的目标。

3.3 研究方案

在水库溢洪道设计优化工作开展的过程中，要保证具体设计内容的规范性和科学性，从基础流程入手，保证工序的准确性和规范性，从而更好地为水库溢洪道设计优化提供保障，减少隐患问题造成的影响，实现经济效益和安全效益的和谐统一。

3.3.1 工况复核

为保证溢洪道应用效能和质量效果满足预期，要在设计施工工作开始前进行现场数据和工程现状的进一步数据分析，利用复核的方式对比基础数据，保证后续设计单元和施工作业的准确性。基于水库自身的结构特性，进行径流面积等情况的合理性管控和评估，并对规划设计范围内的外流域水源处理过程予以评估[3]。

首先，A水库结构本身是小型水库，水库相关设施的维护养护工作水平有限，日常维护工作的效果并不能满足应用预期，多数时候蓄水量不能满足要求，并且现场调查后发现，设计库容量和A水库目前的实际库容量存在很大差异，经过分析可能是由于淤积清理不及时造成的。其次，要在复核分析过程中进行实际结构的评估和地形图绘制，从而了解其实际情况，更好地评估相应数值，并及时掌握目前水库的真实情况，以保证优化设计环节能匹配实际应用需求。最后，要结合工况要求和标准，组织相关专业的施工团队，并且进行施工技术操作的指导，确保技术人员能明确设计方案和施工难点，有效开展后续作业，提升整体施工效果，避免安全隐患现象的留存[4]。

3.3.2 洪水调节计算过程

为进一步对溢洪道设计环节的具体内容进行剖析，要对具体参数展开合理性评估和分析计算，以确保能获取更加直观的数据依据。水库体系整体情况均属于年久失修的状态，为了维持整体水库体系的质量效果，在A水库溢洪道设计过程中要对4个水库的整体控流面积予以分析，从而保证洪水流量计算结果的准确性和科学性。

依据计算结果（见表1）可知，借助推理公式完成A水库洪水流量的计算具有较为可行的应用价值，并且在推理公式应用过程中，要将A水库所处区域历年的降雨量、暴雨资料等作为依据，在完成数据分析和计算后完成洪水情况的推算[5]。

表1 洪水流量计算分析结果

在全面分析水库溢洪能力后可知，联合应用A水库和B水库能大大提升整体溢洪效果，配合其他水库就能减少新增溢洪道工程项目的投资预算，在满足应用控制方案的同时，还能提升整体水库结构的安全性。基于此，要借助列表分析模式，结合A水库区域内洪峰流量调洪能力完成计算分析，依据计算结果确定溢洪道设计尺寸。一般是借助多样化的水位分析内容作为参考依据，有效评估起调水位的基础，并严格落实不同方案的投资费用管理和建设效果对比分析模式，最终确定最优起调水位为660.5 m。具体情况见表2。

表2 起调水位具体情况

此外，要结合A水库结构周围环境的特征和基本情况，在细化分析内容和数据参数汇总管理工作后，依据实际情况落实对应的改良处理，保证设计模式和设计控制流程均满足规范标准，维持更加可控的管理效能，以实现经济效益和安全效益并行管理的目标，一定程度上保证相关分析工作的合理性和规范性[6]。

3.3.3 溢洪道溢流堰设计

对于水库溢洪道而言，溢流堰是非常重要的组成部分，其实际形式和具体布置过程都会对溢洪道的应用效果产生影响，为此，要整合具体的操作流程和运行规范，整合相关技术内容，建立健全更加可控的设计模式，以便于服务工程项目设计实践，最大限度地满足协同控制工作的基本需求。也就是说，在溢流堰设计环节中，要对典型结构、实际应用场景等因素予以评估，确保设计模式最优化。溢流堰的选择要基于溢洪道设计的初衷，较为常见的溢流堰包括实用堰及宽顶堰，不同结构有其特殊的作用。

（1）实用堰需要在溢流堰结构的前端挖取隐渠，并着重控制渠的深度，确保深度能满足实际应用要求，并且维持上游堰的高度。基于此，多数的实用堰都会高于宽顶堰的上游堰[7]。

（2）宽顶堰在实际设计施工过程中，挖方量明显减少，施工处理环节操作人员要进行精细化测量，要具备较长的溢流前缘长度，其对应的隐渠和陡槽的宽度相对较宽。

本次工程项目中因为实用堰的工程量更小且整体结构模式更加适用于A水库的具体需求，所以选取实用堰设计方案，并采取曲线型实用堰，不仅能维持良好的施工效能，还能保证流水与堰面的吻合度更高，提升其承压效果。相较于直线型实用堰，此次工程项目选取的曲线型实用堰能大大提升水流量的承载效果，在过水宽度及水头溢流等情况一致的状态下，曲线型实用堰的实际效果更为突出。综上所述，在综合评估相关因素后，选取最适配的处理方案，以确保溢洪道后续优化设计的实效性和可控性。

3.3.4 溢洪道优化设计

为保证水库整体结构应用的合理性，对溢洪道予以优化设计分析和处理，确保相关要素都能有效发挥其实际作用，结合本次溢洪道设计要求制订了两个基础方案。

方案一：利用完全开放式的溢洪道予以实时性控制，将已有的防汛道路设置为架设桥梁，从溢洪道顶端完成贯通设计处理，将下游设置为明渠溢洪道[8]。

方案二：溢洪道从目前现已有的防汛道路中穿行，在穿过区域进行涵洞修筑操作，后部区域则利用涵洞修筑的处理方式开展具体作业。

从施工可行性分析，两种方案都可实现，但方案一中需进行大范围的桥梁结构架设处理，从工程项目经济成本的角度分析，第二个方案是溢洪道设计优化方案。

此外，为了维持整体溢洪道设计效果，要结合放水洞的设计模式开展后续工作，在全面分析水库结构特征的基础上，维持整体设计结构的规范性，一般应用连续式鼻坎挑流消能形式[9]。

3.3.5 其他设计

（1）要结合资源利用要求和配置标准保证相应设计方案的合理性，出于资源管控要求，在水库泄洪处理设计体系中，要结合水库现有的情况保证后续优化配置工作的落实，并着重关注水库泄洪需求和农业灌溉储水需求等，联动A水库周围城镇及工业用水等方案，确保整体设计细节更贴合具体要求。在完成综合效益和综合功能评估工作后，就要对扩容处理方案进行升级，维持统筹管理的效率，并提升设计水平的基本效果。

（2）要结合国家的相关规定要求对除险加固进行优化升级。一般而言，除险加固工作的落实不会对水库结构进行规模性的扩大，要维持堰顶高程参数的一致性。基于此，在水库溢洪道设计环节中，若是开展扩容操作，就要将高程控制在3～5 m，并且扩容工程项目要在除险加固操作结束后陆续开展。

在完成水库溢洪道设计优化工作后，确定采取连续式鼻坎挑流消能形式设计模式，并且按照入库洪水过程线、泄洪洞水位泄量关系曲线及水库水位库存容量曲线等完成实时性关系数据的计算分析，获取满足泄洪要求的防洪库容，保证A水库应用控制效果的最优化。在不影响除险加固效能的同时还能减少资源损耗、重复施工等现象，保证水库溢洪道设计处理效果全面提高[10]。

4 结语

随着水利工程项目发展进程的不断加快，要结合不同水利工程项目实际情况优化设计内容，在全面评估水文、地质地形条件、水流条件等因素后，提高溢洪道设计的精准性。以某工程项目为研究对象，从工程复核入手，分析了洪水调节计算过程、溢流堰设计环节等，并综合相关要素完成溢洪道优化设计方案，基于多元因素的考量，更加直观地评估溢洪道优化设计的重点和难点，最大限度地满足工程项目的实际需求，实现社会效益和经济效益和谐统一。