张金平
楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司
摘要：水库大坝工程的建设要考虑到防洪、抗涝、排渍、交通航运、水电和城市地区的工业建设、居民生活用水等，顺应时代发展需求，在一定程度上改善旱灾和洪灾。通过分析某大中型土石坝水库溢洪道的工程特点，我们从工程所在区溢洪道的概况、常见问题等方面着手分析，对溢洪道的布置及结构设计做了系统的论述与完善，并针对水库溢洪道设计面临的问题提出了几点解决措施，以期能够达到枢纽所要求的各种功能。
关键词：土石坝；水库溢洪道；设计问题
前言
这些年来，由于我国水库工程的逐渐发展进步，水库枢纽工程对于我国的防灾减患和国民经济发展有着极大的影响。然而发展进步的同时也存在着很多问题，如土石坝溢洪道设计不合理，防洪性能差等。所以，溢洪道设计是否符合要求，不仅会影响到人们的生产生活，还会制约我国水利工程的发展。以下我们来对土石坝溢洪道的布置设计相关因素进行详细探讨。
1工程概况
某土石坝水库属金沙江水系，水库径流面积580k㎡，距县城7㎞。是一座以灌溉为主，兼顾人畜饮水及下游防洪综合利用的中水库工程。工程总投资1050万元。水库在1990年10月进行投建，1993年8月完工。拦河坝是均质坝，设计灌溉面积12.22万亩，总库容为1280万m3，兴利库容1066万m3，校核洪水位1193.7m，设计洪水位1193.2m，正常蓄水位1193.0m，死水位1176.0m，输水建筑物设立在左岸，为有压隧洞，坝后放水，溢洪道布置于右岸，为开敞式正槽溢洪道，进口设有闸墩和闸板，必要时可以供水，增加蓄水量，水库主要灌溉周边12.22万亩农田地，承担供给约3万人用水。水库各建筑物抗震程度在Ⅶ度。大坝设计洪水重现期为 50 年（P = 2%），相应洪峰流量 275 m3 / s；校核洪水重现期为 1000 年（P= 0. 1%），相应洪峰流量 478 m3 / s；消能防冲设计洪水重现期为 30 年一遇，相应洪峰流量 242 m3 / s。
在对该水库除险加固工程中，水文资料的收集和整理是很重要的环节，一般内容就是对水库进行溢洪道的优化加固设计，复核设计的堤坝防洪要求和设计洪水是否符合要求，水库溢洪道的防洪是否符合我国当前的标准规定，设计的最大下泄量能否安全下泄。
2.常见问题
2.1溢洪道的工程规模需要调整
小型水库长期以来的建设都缺乏科学的规划，无法适应现实中出现的突发状况，我们要适当的根据工程功能调整溢洪道的工程规模，通过详细的勘测和对将来要面临的问题进行预测，采取扩宽溢洪道的措施。在溢洪道工程经过多年的运行后，有可能损坏严重，此时相关维修部门要从实际出发，对溢洪道工程采取加固或维修，以实现泄洪功能，保障水库的安全运行。
2.2溢洪道的规划布置不合理，进出口离坝身距离过近
坝肩与溢洪道之间缺乏必要的护砌措施，泄洪期间出现冲刷问题，就会影响坝肩的稳定性，或者设计的陡槽尾部与坝脚过近，若是出现横流冲刷，挑流消能的水舌直接冲刷岸坡或者冲蚀河槽，就会影响坝脚稳定性，这些问题都会严重威胁大坝的运行。
2.3溢洪道设计的弯度角度过大和收缩明显，影响泄流
在设计溢洪道陡坡段的弯道时，因弯道流势变化显著，使得二岸出现水面差，导致凹岸水面上升，进而下游的平直段出现折冲水流，使得泄流和消能作用极大的削弱。并且陡坡段或缓流段收缩明显，也会导致严重的壅水和流态问题，并对溢洪道衬砌产生极大冲击，砌护过高就要加大成本支出，过低又无法保证安全。
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2.4溢洪道纵横截面布局不合理，陡坡设计不规范
一些溢洪道规划在非岩性山坡地带，底部缺乏相应的反滤衬砌，导致渗水后出现滑坡灾害，结构不完善。在设计横断面时，对两侧山坡开挖缺乏考察分析，过陡或衬砌不达标，难以实现抗滑性，也易引起坍塌事故。平面规划时，上下游断面衔接不够，导致“瓶颈”问题，也极大削弱了泄洪性。并且溢洪道尾部与河道衔接不到位，使得末端超过河床高度，或者末端缺乏砌护措施，使得冲刷严重，进而危及到整个建筑物安全。
2.5现有水力设计方法尚不够完善
在设计溢洪道进口时，出现了引洪平流段问题，因在水力计算期间，未考虑到平流段的情况，水头损失。事实上雍高差异明显，就要加大重视力度。某些设计环节，对溢洪道消能的设计缺乏深入理论基础，或型号不对，使得消力墙无法满足安全需求，消能效果被极大削弱，导致下游河段冲刷严重。
对侧槽式溢洪道设计，过去采用的“扎马林法”由于计算时采用了均匀流假定，而实际水流状态是沿程变量流，故不符合适用于均匀流的谢才公式，因而与实际泄流情况有较大出入。近年来有些水利工作者根据水流动量或能量关系而建议采用的水面曲线推算的公式比较符合实际泄流情况，如“西南水工所在《中小型水库侧槽式溢洪道的设计》一书中介绍的公式”、“美国《小坝设计》一书中用的公式”、以及“浙江省《水利科技情报》77年第三期介绍的南斯拉夫哈丁公式”等均与水工模型试验吻合。由于侧槽内实际的流态十分复杂，故在堰顶对面的岸坡水面要比平均水位抬高5~20%，因此其设计的衬砌的高度、厚度要考虑其影响。
3设计对策
3.1溢洪道结构设计
深入研究我国的中小型水库溢洪道工程，其中溢洪道建设最为普遍的结构就是砌石结构，闸门通常使用的是混凝土。然而在由砌石建成的溢洪道工程中，由于长期的环境影响，洪水冲刷浸泡，损害程度较深；由混凝土建成的闸门来说，裂缝和碳化情况也总会出现，因此要加大力度的对中小型水库溢洪道工程的加固和保护。在溢洪道布置在坝肩、紧靠大坝，需要用挡土墙与大坝相连，这些挡土墙必须修建在岸坡开挖的新鲜的基岩上，做到墙身坚固稳定，墙体及基础不漏水不渗水。
3.2侧槽溢洪道的设计
侧槽溢洪道适用于岸坡较陡的情况。溢洪道进口侧槽段基本可以平行于等高线开挖，可以减少进口的开挖工程量，同时可以保证较大的泄流量。侧槽式溢洪道最关键的要素就是侧槽尺寸和底坡，应满足水流转向和流态平稳进入泄槽的要求。在国内建设完成的泄槽最大单宽泄为50~100（m3/（s.m））。
3.3滑雪式溢洪道的设计
当建坝两岸坝肩地形较陡，不适于修建岸坡溢洪道时，可以考虑滑雪式溢洪道，采用坝身进水后，接泄槽和消能工下泄洪水，可使水流远离坝脚，同时避免了高边坡及大开挖问题。
3.4泄洪洞的设计
在高山峡谷地区，由于缺少合适的垭口地形布置溢洪道，此时可以布置泄洪洞。泄洪洞进口采用开敞式进水口，泄槽段采用明流隧洞，出口接明槽或直接接消能段。可以避免大开挖、高边坡，对工程投资、环境保护有利。国内已建泄洪洞最大泄流量达6000 m3/s。
4.总结
总的来说，溢洪道设计工作是保证水库稳定运行的关键要素，溢洪道设计效果对水库除险加固也有重要作用。所以，在设计过程中，要从实际出发、认真处理，务必要保证设计的合理性，提高设计质量，唯有如此才能为水库建设运行带来科学真实的参考条件。
参考文献：
[1]土石坝加固技术 作者：张启岳
[2]水工建筑物 作者：麦家煊
[3]中小型水库设计 作者：辽宁省水利勘测设计院编
[4]水利水电工程设计 作者：顾辉 谢子书
论文作者:张金平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/9
标签：溢洪道论文; 水库论文; 工程论文; 土石论文; 洪水论文; 大坝论文; 水流论文; 《防护工程》2018年第30期论文;