淺析溢洪道設計初步分析

廣東珠榮工程設計有限公司 510610

摘要：筆者長期從事工程水工設計工作，本文論述溢洪道設計中存在的一些問題和設計策略進行了探討。旨在與同行進行探究共同進步。

關鍵詞：溢洪道；設計；施工

溢洪道的設計在水庫工程當中屬于重中之重。除了應具備足夠的泄流能力外，還要確保其在工作期間的自身安全和下泄水流與原河道水流獲得妥善的銜接。可以說它直接影響到水庫的安全，下面我就幾個方面初步分析下如何才能使溢洪道設計工作做到經濟合理、安全適用、技術先進確保質量。

（一）溢洪道的分類及其設計問題

溢洪道按泄洪標準和運用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄設計洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分為河床式溢洪道和岸邊溢洪道。河床式溢洪道經由壩身溢洪。岸邊溢洪道按結構形式可分為：

1.井式溢洪道 洪水流過環形溢流堰，經豎井和隧洞泄入下游。

2.虹吸溢洪道 利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，可建在岸邊，也可建在壩內。岸邊溢洪道通常由進水渠、泄水段、控制段以及消能段組成。進水渠起進水與調整水流的作用。控制段常用實用堰或寬頂堰，堰頂可設或不設閘門。

3.側槽溢洪道 溢流堰大致沿等高線布置，水流從溢流堰泄人與堰軸線大致平行的側槽后，流向作近90。轉彎，再經泄槽或隧洞流向下游。

4.正槽溢洪道 泄槽與溢流堰正交，過堰水流與泄槽軸線方向一致。

溢洪道的設計和布置是否合理，不僅直接影響到水庫的安全，而且關系到整個工程造價。

（二）調研概況

研究調查的結果顯示我市的水庫中共存在45座病庫和37座險庫。面對存在的諸多問題，應給予足夠的重視，對導致問題的原因進行分析，并擬定有效的處理措施。否則不但建筑工程發揮不了應有的作用，還會引起諸多的安全事故。技術人員在檢查水庫運用狀況時，對溢洪道的安全問題進行詳細的調研，以確保其使用的安全性。

（三）溢洪道設計出現的問題

1.水力設計方法不合理

設計者在溢洪道的設計過程中沒有從專業的角度出發，研制出科學的設計方案，這就讓設計結果與方案難以達到實際工程的需要，水力設計方式不合理會給工程項目造成很大的阻礙。

2.溢洪道設計尺寸較小

在設計時常常要考慮到工程的資金消耗，而又必須要使得設計達到建筑工程的標準。在資金和標準的雙重壓力下，很多設計師常常會將設計尺寸進行改動，縮短尺寸大小。這些造成溢洪道設計的尺寸也相應減小。在建筑的巖體出現風化坍落后，發生泄洪渠淤積的概率則大大增加，讓水庫泄流難以正常進行。

3.溢洪道縱橫剖面及平面布置設計不當

比較突出的問題是陡坡設計比降過陡。部分溢洪道布置在非巖性山坡上，底部未做有效的反濾襯砌致使滲水后易產生滑坡，結構上也不穩定。在橫斷面設計中，有些工程對兩側山坡開挖坡度注意不夠。有的過陡，加上襯砌厚度偏薄，不能滿足抗滑抗傾穩定，也易造成坍方和滑坡。平面布置上，存在著上下游斷面連接不配套，形成“瓶頸”現象，從而影響了泄洪能力。此外溢洪道末端與河道銜接部分注意不夠，導致有的末端高出河床很多，有的末端未做砌護處理。常造成嚴重沖刷，并向上延伸，直至整個建筑物破壞。

4.溢洪道設計的平面彎道半徑過大和收縮過劇，對泄流十分不利

特別在溢洪道陡坡段布置有彎道時，由于流勢劇烈變化，導致二岸產生了水面差，這時凹岸水面壅高，并在下游銜接的平直段內產生折沖水流，大大影響了泄流能力和消能效果。另外陡坡段或緩流段的過劇收縮，也會發生顯著的壅水和流態變化，并對溢洪道襯砌造成沖擊，如砌護過高會增加投資，砌護過低了又不安全。

5.溢洪道進出口段與壩身距離短

檢查中發現有較多的小型水利工程的溢洪道進出口段與壩身的間隔距離存在一定的問題。當進口段沒有使用相應的保護措施時尤其是護砌措施。泄洪后則會引起沖刷，給壩肩的安全造成巨大的傷害閉。

（四）處理溢洪道設計問題的有效措施

在溢洪道設計中合理地調整布局

溢洪道工程的規劃布局應盡量利用有利地形地貌，即要經濟合理又要保證安全。

溢洪道通常有四個主要部分組成：控制段（堰流段）、消能工、引流段（近口段）、泄流段。

1.控制段（堰流段）

為使泄流均勻，可使近口水流垂直于控制段建筑物。根據地形條件和泄流需要必需設置寬頂堰或實用斷面堰，堰寬度可按允許單寬流量選定。巖基上單寬流量為40～70m3/s，非巖基上為20～40m3/s，土基上為 20m3/s。除近口段設有引流段外，一般應使堰頂寬度 ≤3h堰（h堰為堰上水頭，單位 m）；為使水流平順，堰口與其上游引流段可采用漸變段連接，其收縮角以12度左右為宜。如堰體較寬則應在其橫向設置溫度縫與沉陷縫，其間距可按10～15m布設。

2.消能工

選擇多級躍水或溢洪道末端躍流時需保持泄流方向遠離壩腳距離≥100—150m。對非巖基而言，最為普遍的方法是進行地段處理，并把消力池安置在末端處。對泄流量很小的情況，應該利用消力坎的方式進行。遇到遠驅式水躍后要從多個角度避免出現沖刷現象，這就需要采取差動式消力坎的方案。在巖基上，當溢洪道的尾端存在較陡的邊坎，通常使用挑射消能是最有效的方法。

3.引流段（近口段）

為引流平順其進口形狀最好做成喇叭口，為減小損失其長度不宜過長。如因地形所限必須在該段內設置彎道時，則應使彎曲段盡量平緩外，還應使彎道與下游銜接段和出口段盡量遠離壩腳，以免沖刷壩腳。引流段截面一般選用梯形或矩形，當流速≤1～2米/秒時一般可不砌護，但與壩端鄰近和緊接控制建筑物的范圍內應砌護一定長度，同時在彎道二側的凹岸亦應砌護，如為堅硬的巖基則可不考慮。

4.泄流段

泄流段常采取直線布置方法，這就在避免彎道與設置扭坡中發揮了重要的作用。在設計縱斷面過程中必須以現實的地質為基礎。對緩坡、陡坡或多級躍水等情況做出科學的選擇。

（五）水利計算

為使水力計算與工程特性相一致，故正確選用計算公式十分重要。

1.控制段的匯流計算：可根據“溢流堰水力計算設計規范”建議的方法計算，同時正確選用流量系數時并使其與選用的堰型相一致。

2.引流段的水力計算：可采取自下游控制斷面向上游反推求水面曲線的方法進行（如查爾諾門斯基方法），引流段進口處端須先計算水位壅高，才能求得泄洪時的正確庫水位。

3.泄流段陡槽水力計算：推求陡槽段水面曲線的方法較多，如陡槽底寬固定不變時，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計算。對底寬漸變的陡槽段則可用查氏方法分段詳算。

結語：

綜上所述，針對溢洪道設計中存在的問題采取有效地處理措施是必不可少的工作。這不僅使水利工程使用功能得到有效發揮。在擬定處理方案時應該對地質構造、水文資料做好處理，這樣才能保證工程的功能得到發揮。

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