水利水電工程中的水庫溢洪道設計探析

譚莎莎

摘要：水庫溢洪道設計的是否合理，會對水庫的安全和工程造價帶來較大的影響，因此需要對溢洪道進行合理設計，以此來實現洪水的安全宣泄。為此，文中分析了水庫溢洪道設計中存在的問題，并提出了解決對策，以供參考。

關鍵詞：水利工程;溢洪道設計;對策

水利工程中水庫主要發揮著攔洪蓄水及調節水流的重要作用。在水庫防洪功能中，水庫溢洪道作為最為重要的設施，需要做好溢洪道設計工作，通過對溢洪道設計方案進行優化，以此來全面提高水庫溢洪道的質量。

一、溢洪道及其分類

溢洪道是水庫等水利建筑物的防洪設備，多筑在水壩的一側，像一個大槽，當水庫里水位超過安全限度時，水就從溢洪道向下游流出，防止水壩被毀壞。包括：進水渠、控制段、泄槽、出水渠。

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正槽溢洪道。②側槽溢洪道。③井式溢洪道。④虹吸溢洪道。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，泄水段有泄槽和隧洞兩種形式。為保護泄槽免遭沖刷和巖石不被風化，一般都用混凝土襯砌。消能段多用挑流消能或水躍消能。當下泄水流不能直接歸入原河道時，還需另設尾水渠，以便與下游河道妥善銜接。溢洪道的選型和布置，應根據壩址地形、地質、樞紐布置及施工條件等，通過技術經濟比較后確定。

二、溢洪道設計過程中的常見問題分析

（一）溢洪道泄流能力不足

一般情況下，在水庫等水利工程建設中，溢洪道建設所占據的成本比較大，溢洪道的設計和施工會影響到整個水庫工程施工建設的成本造價，所以在對溢洪道進行設計過程中，設計人員必須要充分考慮到溢洪道的施工建設成本，爭取將溢洪道設計成本造價控制在最小范圍內。因此，為了縮小成本，在溢洪道設計中，設計人員通常會采用洪峰、洪量都比較小的洪水數據來作為溢洪道設計的參考數據，于是，設計出來的溢洪道尺寸與標準尺寸相比就小很多，外加上溢洪道周邊巖體風化坍落也會對溢洪道形成一定影響，所以常常會影響溢洪道的泄洪能力，造成泄流能力不足，不能保證安全泄洪。

（二）溢洪道設計不合理

溢洪道設計不合理主要表現在溢洪道進出口和陡槽末端位置布置不合理兩個方面。在溢洪道進出口設計中，一些水庫會將溢洪道進出口位置布置在壩身附近，并且沒有在溢洪道進出口位置建立護砌，只依靠單薄的山脊將壩肩和溢洪道隔離，這種布局結構，在溢洪道泄洪過程中十分容易發生沖蝕，嚴重時會直接影響到壩肩的整體強度和穩定性，隱患極大。除此之外，還有一些水庫在設計洪道陡槽末端的時候為了降低施工難度，節省施工成本，會直接將陡槽末端布置在壩角附近，這種布局結構，一旦溢洪道泄洪時泄洪量過大，導致橫流沖刷現象的發生，就會危及壩腳安全，影響水庫大壩的安全運行。

（三）平面彎道半徑大、收縮劇烈

在溢洪道設計過程中，平面彎道半徑設計的太大以及彎道收縮太過劇烈，都會影響溢洪道的正常泄洪。比如，在一些水庫溢洪道的設計中，如果在溢洪道的陡坡階段有彎道，而彎道半徑設計過大，那在溢洪道泄洪過程中，洪流在彎道處的水流狀態和形勢都會發生劇烈變化，進而導致溢洪道兩岸的水面出現落差，導致凹岸水面奎高，并且，還會在溢洪道下游銜接段的平直溢洪道內產生折沖水流，影響溢洪道的效能效果，降低溢洪道的泄洪能力。除此之外，在溢洪道的設計過程中，一旦陡坡段或者是緩流段的收縮設計過于劇烈，也會是溢洪道內產生明顯的水流形態和形勢的變化，直接沖擊溢洪道的砌護，威脅溢洪道砌護的安全性能，影響溢洪道的正常泄洪功能。

（四）縱橫剖面以及溢洪道平面布置設計不合理

水庫工程中溢洪道的位置大都設置在土質為非巖性的山坡上，如果在溢洪道設計施工過程中，沒有對山坡底部砌筑反濾砌護，不論是溢洪道還是山體結構的穩定性都得不到保障。一旦在泄洪過程中，溢洪道出現滲水問題，洪水滲透到山體中，就十分容易發生山體滑坡現象，威脅極大。

另外，在對溢洪道縱橫剖面進行設計的過程中，如果沒有充分考慮到山體挖掘施工對溢洪道施工的影響，就會導致溢洪道陡坡過于陡峭，泄洪過程中就會加大洪流對溢洪道砌護的沖擊力度。而通常情況下，為了能夠降低施工成本，溢洪道砌護都不會砌造的太高或者是太厚，這樣，砌護就很難承受住洪流的沖擊力，容易發生坍塌。而在溢洪道平面布置上，所存在的主要問題就是為了降低成本，溢洪道上下游的連接斷面會存在一定的不協調性，施工標準也會不一樣，甚至，在一些溢洪道下游端口處不做砌護處理，使山體長期暴露在洪流的沖刷范圍內，長此以往，就會造成水土的嚴重流失并不斷向上蔓延，最終影響到整個溢洪道建筑結構的安全性。

三、水利工程中水庫溢洪道設計方案的優化措施

（一） 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。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。

（二） 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。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，設計時要控制好收縮角的角度，對于斷面較寬的情況，要合理控制布設的間距。

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，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。

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。

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。

四、結語：

總之，在對水庫溢洪道進行設計的過程中，一定要合理解決設計中存在的常見問題，對溢洪道進行合理設計，以保證水利工程使用功能得到有效發揮。

參考文獻：

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