水利工程中水庫溢洪道設計問題分析

胡懋

摘 要：水利工程中的水庫主要功能是攔洪蓄水、調節水流等，而水庫溢洪道則是實現水庫防洪功能的重要設施，但當前國內水庫溢洪道設計中普遍存在一些問題，這些問題的存在給水利工程埋下了安全隱患，該文針對溢洪道存在的設計問題展開分析并提出優化設計方案。

關鍵詞：水利工程 水庫 溢洪道設計 問題 優化設計方案

中圖分類號：P343 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0048-02

“水利興，則倉廩實”，近年來國家與地方加重了水利工程基礎設施的建設投入，大力推進傳統水利向現代水利的可持續發展轉變。作為水庫等水利建筑物防洪設施的溢洪道一般設置在水壩的一側，外形呈槽狀，主要作用是當發生洪澇災害時，水庫水位若超過安全限度，溢洪道則用于宣泄水庫庫容所不能容納的洪水，保證水庫壩體的安全。溢洪道一般由進水渠段、控制段、泄槽段、消能防沖設施及出水渠等組成，其設計的合理與否，直接影響著水庫的安全、控制著工程的造價，因此，它是水利工程設計中的重要環節。

1 水庫溢洪道設計

在水利工程中的水庫建設，需要設計溢洪道用于處理大于水庫庫容的多余洪水，將多余的洪水引入水渠進入控制段的平底寬頂堰后，洪水經泄槽段下泄，利用消能防沖設施降低洪水勢能后緩泄于出水渠，經過全過程的處理實現洪水的安全宣泄。該文主要以開放式的正槽溢洪道（圖1）為例，對其組成構造進行剖析，分析各組成部分的設計原理及過流特點。

正槽溢洪道由5部分組成，將水渠是將水庫的水平順的引入控制堰前的渠道，控制堰控制溢洪道的泄流能力，泄槽把過堰水流快速送往下游，消能設施將泄槽末端水流的能量盡量消除掉，使之平穩地流入下游，出水渠將消能后的水流比較平順地泄入河道中。

2 當前水庫溢洪道設計存在的問題

2.1 受工程造價限制，設計標準偏低

當前水利工程等基礎設置的建設仍然采用招投標的管理模式進行，建設單位與施工單位往往過度追求經濟效益，盲目壓縮建設投資，對工程的總體造價控制過于嚴格。因此，在溢洪道的設計中往往降低了防洪標準，使得工程的整體設計等級偏低，溢洪道設計的尺寸整理偏小，泄洪能力受限。

2.2 溢洪道選址不當

正槽式溢洪道的選址需要將施工現場的地形條件、開挖量、兩岸山坡的穩定性、引渠長短等因素納入考慮，總的原則是原地高程與正常蓄水水位高程相近，選擇兩岸山坡相對穩定的地段，盡量減少開挖量，縮短引渠長度以減小水頭損失，并方便洪水最終的歸流。

2.3 溢洪道結構設計不合理

溢洪道的選址主要根據現場的地質條件和地形條件，選在布置在穩定性較強的埡口或岸邊，以確保溢洪道地基的穩定性。而它的各構成部分的整理設計需要根據泄洪標準計算泄洪量，再合理調整結構設計，盡量將溢洪道的軸線保持為一條直線，如果現場確實受到條件限制需要轉彎，轉彎處最好設置在進水渠段或出水渠段。

3 優化水庫溢洪道設計方案

3.1 要形成清晰的整體布局思路

溢洪道的設計包括5個關鍵的構成部分，他們之間的合理布置需要綜合工程所在的地理位置，綜合考慮地形、地質、工程特點、樞紐布置、壩型、施工及運用條件、經濟指標等因素可能帶來的影響，形成清晰的整體布局思路。當壩體附近具有良好的自然環境可以得到有效利用，如，山坳就可以作為溢洪道的選址位置。考慮整體布局的過程中要堅持基礎牢固、線路短、彎道少，出水口開闊無建筑物等總體原則。

3.2 溢洪道各結構段的優化設計

（1）進水渠段：進水渠段的設計應充分利用壩體周圍的地理環境，據因地制宜原則實現水流的平順入渠，結構上應盡可能的簡化設計，平面上盡量保持直線狀態，斷面上要降低坡度，當受到地形的嚴格限定時，可采用多段的階梯式緩降形式。

（2）控制段：控制段的主要構成是閘及兩側連接建筑物，特別需要強調的是閘軸線的選定應滿足規范要求。此外，控制堰的型式可根據地形、地質及水力條件等，通過技術經濟綜合比較選定。控制段為實現水流速度的均勻性，對進水渠過來的水流要進行垂直處理，按照控制斷面的寬度選定洪流值，巖基單寬流量<50 m3/s時，工基為30 m3/s。控制堰的堰口對上、下游起到的是變化鏈接作用，要使水流平穩，收縮角應控制在12°以內，當斷面較寬時，其布設間距可以控制在10～15 m之間。

（3）泄流段：泄槽軸線保持平直，縱坡、平面及橫斷面需綜合地形、地質及水力條件等因素進行合理布置，受地勢或其他因素限制不得不設置彎道時，應設置在流速相對較小、水流相對平穩且槽底較平緩的部分，對于泄量大、流速高的泄槽設置彎道時必須通過水工模型試驗確定相關參數。該段的洪流速度較快，在設置巖基上需要加厚砌護的寬度，泄槽底板應設置結構縫，縱、橫縫間距可采用l0～15 m。

（4）消能防沖設施段：泄流段是屬于溢洪道的急流段，為降低水流的沖擊能力需要在泄流段尾端設置消能防沖設施，其型式應根據地形、地質及泄流條件等來進行確定。一般情況下對于非巖基上的消能設施采用底流消能方式，并在最末端設置消能池，若洪流期間流量也不大則可以使用消能檻方式。溢洪道消能防沖實施的設計應根據可能發生的洪水標準合理選擇分級，l級、2級、3級分別應對百年一遇、五十年一遇及三十年一遇的洪水。此外消能防沖設施的設計在結構上要可靠，且具有防空蝕、抗磨損和抗凍害的良好效果等。

（5）出水渠段：雖然消能防沖設施對水流的動能與勢能已將達到了一定的削弱效果，但如果下泄水流無法直接泄入原設計河道則仍可能造成下游生命財產的損失，所以，還需要設置出水渠。出水渠的軸線設計要順應下游河道的流勢，寬度相對較大以使水流不會顯得過分集中，而造成水流的折沖，對河道兩岸造成沖刷危害。

4 結語

綜上所述，水利工程中水庫的溢洪道是處理洪水期間的應急性設置，選址的科學性及結構的合理性是保障其泄洪能力的基礎，需要形成清晰的整體布局思路，對溢洪道的進水渠段、控制段、泄流段、消能防沖設施段及出水渠分別進行優化設計，以解決實際設計中存在的不合理性問題，保證溢洪道的泄洪效能及水利工程的安全。

參考文獻

[1] 鐘美玲.論水利工程中水庫溢洪道設計問題和對策[J].智富時代，2015（7）：330.

[2] 陳志勇.水利工程河岸溢洪道的設計分析[J].河南水利與南水北調，2013（7）：63-64.

[3] 陳文鑫.大河邊水庫溢洪道多級消能試驗研究[D].昆明：昆明理工大學，2011.