摘要：溢洪道是为了保证水库等建筑物的防洪能力而建造的槽形建筑物，主要用于宣泄水库所容不下的洪水。水库溢洪道作为整个水利水电工程中的重要组成部分，提高其设计水平能为溢洪道施工质量奠定坚实的基础，增加水利企业的经济效益。基于此，本文就从水利水电工程中的水库溢洪道设计展开分析。
关键词：水利水电工程；水库溢洪道；设计要点
1、水利水电工程中水库溢洪道的重要性
溢洪道是水库工程中的关键建筑物，在洪水期间，有助于保障水库的安全运行，水库主要承担的任务有两件：第一，宣泄洪水；第二，防止洪水漫溢出堤顶。由此可知，溢洪道设计直接影响着水库的安全，合理的设计显得尤为重要。具体而言，溢洪道的布局以及选型，关系着水库的安全以及整个工程的总造价，同时对水库建成投入使用状况还起着重要的影响作用。由此可以看出，水库溢洪道设计在经济发展过程中起着不可忽视的作用，要引起重视。
2、水利水电工程中溢洪道的组成
溢洪道作为水利水电工程中的一种防洪设备，筑在水坝一侧，主要是为了防止水坝的毁坏。如果水库里的水位处在安全限度以上时，水将从溢洪道流出，进而流向下游，主要包括进水渠、泄槽、控制段与出水渠。
2.1进口段
溢洪道的进口段是引导水流平顺地由水库进入控制段，其具体形式取决于地形条件和枢纽布置方案。进口段可以是一段较长的引水明渠，也可以是一个较短的喇叭形的进水口；不论是明渠或是进水口，都必须使水流平顺地进入控制段，在平面上应做成平滑的曲线或渐变的折线，力求避免断面的突然收缩和水流的急剧转变。
2.2控制段
控制段控制着溢洪道的过流能力，是溢洪道的咽喉，通常筑成挡水堰形式；水流过堰，水面有明显的降落。堰的型式根据地形、地质、运行和经济条件来确定，通常多采用宽顶堰和实用堰型，有时也采用驼峰堰和溢流堰。宽顶堰的特点是结构简单、施工方便，但流量系数较低；实用堰的特点是流量系数较宽顶堰大，但溢流面施工较复杂；驼峰堰介于以上两种堰型之间。溢流孔口可以提高水库的汛期限制水位，但在高水位时，超泄能力不如开敞式溢洪道的泄流量大。
2.3泄槽段
溢洪道在控制段后都有一段陡坡（槽）与消能段相接，由于泄槽段中水流速度较高，会产生冲击波、掺气和空蚀等问题，故泄槽段要求泄槽底面不允许有局部凹凸不平及突出部分，泄槽边墙要适当加高；此外，还要做好泄槽的止水和排水设备，以防泄槽底板承受较大的扬压力。
2.4消能段
溢洪道的出口消能方式一般采用挑流鼻坎和消力池消能型式。有的情况是流经泄槽的急流经过消能段后，不能直接进入原河道时，需布置一段尾水渠；尾水渠要短、平顺，底坡尽量接近下游原河道的平均坡降，使出口水流能平稳、通畅地流入原河道。
3、水利水电中水库溢洪道设计的要点
3.1整体布局
在溢洪道的设计中要充分考虑到工程所在地的具体情况，基于实际的地理环境进行考虑，在此基础上再进行造价合理的设计，如果在坝体周围有可以利用的自然环境，如山坳等可以有效的使用作为溢洪道的布置，如出口过小不能布置正堰，在此情况下，应该采取侧槽溢洪道，要绝对掌控好设计原则，包括基础坚牢，保证线路最短，弯路最少，出水口处无主要建筑物，避免于滑坡基础上进行建筑，尽量选择牢固基础。
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3.2堰流段
近口水流应该与控制建筑物垂直，以保证泄洪的均匀，以实际的工程地势为依据和出水要求一定要采取实用断面堰的设计，其宽度可以依照单宽流量来确定，单宽流量的标准为岩基40～70m3/s，非岩基20～40m3/s，土基20m3/s。为实现水流的平顺可以用渐变式的方式对堰口和上游引流段进行设计，最佳角度为12度。
3.3引流段
为了确保引流的平顺，其进口形状应做成喇叭口，且为了尽量避免损失，还应对其长度进行适宜的控制。若是由于地形的限制就应在引流段设置弯道，且在弯道内应让弯曲段尽量平缓，还应让坝脚远离弯道和下游衔接段及出口段，从而尽量避免坝脚受到冲刷。在设计引流段截面时，通常会采用矩形或梯形，若是水流速度大约在2m/s时通常不用进行砌护，但是在靠近坝端和紧接控制建筑物的范围内应增加一定的砌护长度，同时对弯道两侧的凹岸进行砌护。
3.4泄槽段
溢洪道在控制段后都有一段陡坡与消能段相接，由于泄槽段中水流速度较高，会产生冲击波、掺气和空蚀等问题，故泄槽段要求泄槽底面不允许有局部凹凸不平及突出部分，泄槽边墙要适当加高；此外，还要做好泄槽的止水和排水设备，以防泄槽底板承受较大的扬压力。
3.5控制段
控制段控制着溢洪道的过流能力，是溢洪道的咽喉，通常筑成挡水堰形式。堰的型式根据地形、地质、运行和经济条件来确定，通常多采用宽顶堰和实用堰型，有时也采用驼峰堰和溢流堰。宽顶堰的特点是结构简单、施工方便，但流量系数较低；实用堰的特点是流量系数较宽顶堰大，但溢流面施工较复杂；驼峰堰介于以上两种堰型之间。溢流孔口可以提高水库的汛期限制水位，但在高水位时，超泄能力不如开敞式溢洪道的泄流量大。
4、水利水电水库溢洪道设计应注意的事项
4.1强化水库各环节水利计算
4.1.1强化引流段水力计算。采取自下游控制断面，反推上游，利用水面曲线进行计算。在引流段进口处计算水位差，进而求解泄洪后水位。
4.1.2强化控制段水力计算。依据溢流堰水力计算原则，合理选择流量系数，使其与设计堰型保持一致。
4.1.3强化泄流段陡槽水力计算。若陡槽底宽不变，可运用BⅡ型降水曲线计算方法来计算。当陡槽段底宽出现渐变时，可再用查氏方法进行计算。
4.1.4强化消能设施水力计算。底流式消能可运用巴什基洛娃图表来计算，其步骤简明、计算简便、精度较高。
4.2溢洪道位置的选择
4.2.1尽量利用天然的有利地形条件，如分水鞍，这样可以节省开挖土石方量，减少工程投资，缩短工期。
4.2.2在地质条件上要求溢洪道两岸山坡比较稳定，溢洪道位置最好选择在岩石和红胶土上，以耐冲刷；如果做在土基上，应选择坚实的地基，将溢洪道全部做在挖方的地基上，还必须用浆砌石和混凝土衬砌，防止泄洪时对土基的冲刷。
4.2.3平面布置上，溢洪道尽量做到直线布置，力求泄洪时水流顺畅。溢洪道进口离坝端应不小于l0m，出口应远离下游坝脚至少20m以上。如果由于地形限制，可将进口引水渠采用圆弧形曲线布置，并在弯道凹岸做好护砌工程。
4.2.4溢洪道布置尽可能不和泄水洞放在同一侧，以免互相造成水流干扰和影响卧管安全。
结束语
水利水电工程中的水库溢洪道具有“养护千日，用在一朝”的特点，其设计质量的高低左右着水库工程的工程造价和安全使用水平。水利工程设计者要对溢洪道的进口段、控制段、泄槽段、消能段进行合理设计，从而确保水库的安全运行，实现其可持续发展的战略目标。
参考文献
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[2]王振业.浅谈中小型水库的溢洪道设计[J].建筑科技与管理，2013.
[3]谢妃国.中小型水库溢洪道设计中的问题及其应采取措施[J].城市建设理论研究，2012.
论文作者:张文海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/26
标签：溢洪道论文; 水库论文; 水流论文; 平顺论文; 水位论文; 弯道论文; 流量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;