溢洪道設計中的問題及其措施

祁玉蘭 朱磊

【摘要】溢洪道是水庫工程最重要的泄水建筑物，其設計成功與否直接其自身乃至整個樞紐及其上游庫區、下游河床、岸坡和相關區域的安全。溢洪道主要用來排泄水庫的洪峰流量，從而達到水庫的容量平衡，保證水庫的正常運行。本文重點研究溢洪道在設計中常出現的問題，并提出合理措施。

【關鍵詞】水庫；溢洪道；設計；工程造價

引言

溢洪道從上游至下游主要由引渠段、控制段、泄槽段和消能段四部分組成。按照泄洪標準和運用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道兩大類，前者用于宣泄設計洪水，后者用于下泄非常洪水；主要是提高水庫的防洪能力，有效控制水庫的水位，一旦水庫的水位上升至正常蓄水位以上，洪水從溢洪道排泄，從而保證水庫在汛期處于安全運行狀態，因此溢洪道的設立一方面提高了水庫在汛期的安全運行，另一方面降低了壩高從而減少了工程投資。

1、溢洪道設計的常見問題

1.1 溢洪道布置不當。對溢洪道進行合理選址是實施水庫工程的關鍵性因素。在實際設計、施工過程中，往往由于疏忽與認識不到位，導致溢洪道的選址問題出現分歧，因此要對溢洪道進行預期設計，排除不確定性因素及安全隱患。在現場勘測中，溢洪道的進出口位置緊密連接大壩的主要部位壩身，兩者之間山脊較薄，如果護砌設備裝置不到位，一旦發生洪水災難，便會嚴重威脅到水庫的安全使用。

1.2 尺寸不符。中小型水庫溢洪道的工程量約占總量的20%，工程造價約占整體預算的25%，因此，整個水庫工程的造價受制于溢洪道的設計是否合理及是否符合標準。基于溢洪道科學設計的前提下，要想節約資金成本，工程設計時一般采用較小的尺寸來減少工程投資，從而導致溢洪道的洪峰與洪量數據發生異常，影響建筑巖體的穩固性，造成溢洪道泄洪能力減小。

1.3 斷面誤差。溢洪道平面設計及橫縱剖面設計不合理也是水庫工程較為常見的問題之一，在設計環節中最為突出的問題是比降過陡。在設計水庫工程的橫縱斷面過程中，如果忽略山坡兩側的挖掘坡度與深度，設計坡度過陡難以支撐坡面的傾斜與抗滑，如果沒有提前做好襯砌等工作，塌方及滑坡等危害將會時刻威脅水庫的安全。在設計溢洪道的平面工作時，上游斷面不能完全銜接下游斷面，導致溢洪道的泄洪能力出現問題。如果溢洪道的底板設計在非巖性基礎上，反濾襯砌工作未及時布置，巖體穩固性差，從而增大了水庫溢洪道滲水滑坡的可能性。考慮到水庫河道未段與溢洪道尾部緊密銜接，導致河床明顯低于溢洪道末端，如果不及時采取末端護砌措施，容易造成水庫沖刷、遭侵蝕破壞得可能，一旦危及到整個水庫工程，其損失將是不可估量的。

1.4 水力影響。通過近幾年的實踐證明，計算程序或軟件在計算過程中存在一定的弊端。除此之外，溢洪道的設計流量與實際的泄洪流量系數存在誤差，偶爾出現側槽淹沒現象，從而影響整個水庫的安全施工。在進行水力計算時易忽略溢洪道平流段進口水位的壅高現象，如果盲目在泄洪道位置增加引洪平流段，實際增大了水位壅高的情況。

2、中小型水庫溢洪道設計要點

2.1 引渠段設計。在進行水庫施工的過程中，要時刻考慮溢洪道的設置受地形的影響，為了減少工程損失，必須在進口道段內設置引渠段，盡可能順直，并遠離大壩設計，避免受沖刷的影響，進口形狀一般設計成喇叭形，且控制在一定長度，不宜過長。為了保持適宜的渠中流速，水庫溢洪道的壩面主要呈現梯形和四邊形，此時可以省略布置邊墻的襯砌；如果溢洪道與附近的建筑物相連接，要控制好襯砌的長度以及厚度，尤其是在設置彎道時，增加彎道兩旁邊墻的厚度。

2.2 控制段設計。溢洪道的主要目的是排泄超蓄洪水，有效促進水庫工程的安全運行。為了保證汛期洪水的泄流段水流速度正常，就要使進口道段的水流與周圍建筑物呈垂直分布，此時可以根據地形以及泄流的實際情況設置合理的控制斷面，并根據斷面的寬度控制洪水的流速，常見的巖基單寬流量值控制在每秒50立方米，土基流量值控制在每秒30立方米。在中小型水庫的進口位置設置漸變段是有效控制水流平穩的措施之一，由于水庫堰口與上游、下游的渠道的平順連接，保證水流均勻，其收縮角控制在12度左右。

2.3 泄槽段設計。泄槽段是水庫溢洪道的主要泄流段，其緩坡段與陡坡段的連接一般采用拋物線連接，盡量避免坡體、彎道發生流態負壓現象，要充分考慮到水庫周圍地形的影響因素，因地形、地勢以及地質的不同而采取相應的引流方式，對于溢洪道的坡體可以采用單一比降的方式。在汛期泄洪期間，洪水流速較快，因此要在巖基設置的周圍加大護砌厚度，砌石的漿液控制在0.5-1.0米，坡體厚度控制在1-3米，混凝土厚度控制在0.2-0.6米。

2.4 消能段設計。根據溢洪道周圍的地形及水利條件，在泄槽段的末端設置合適型式的消能設施，對于溢洪道末端非巖基基礎的消能設施，一般采用底流消能，在末端處設置一個合適長度的消力池來消能。對于地形起伏較大的常常用多級躍流形式，使得水庫的泄流方向偏離大壩壩腳100-150米。如果汛期洪水流速均勻，泄流量較小，可以采用消能坎模式，起到坎坎消能的作用；如果末端的水流可以形成遠驅水流，護砌設置極易被沖刷，則考慮采用差動式消能坎形式；如果水庫溢洪道尾端存在陡坡，并且基巖出露，可以采用挑射消能形式，能縮短溢洪道的長度，從而降低溢洪道的投資成本。

3、結語

綜上所述，中小型水庫溢洪道設計與布置的科學性與合理性直接影響到其安全運行狀況，同時也是降低水庫工程造價的重要環節，為了有效避免溢洪道的設計出現問題，要提前考慮工程會出現的所有安全隱患，包括提前做好地質構造、水文環境的處理、水力及結構計算，從而規劃好溢洪道整體設計的布局以及全面控制整個水庫的運行，才能做到有針對性地研究設計方案，發揮出溢洪道最大的社會效益與經濟效益。

參考文獻：

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