水库工程中溢洪道设计的思考总结

兰绍华，龙明星

(贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵阳 550005)

水库工程中溢洪道设计的思考总结

兰绍华，龙明星

(贵阳市水利水电勘测设计研究院，贵阳 550005)

溢洪道是水工建筑物中一种最常见和必须设置的建筑物，用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证大坝安全。针对工程中不同的地形地质条件、水工建筑物组成及设计洪量，从溢洪道的布置选择、设计内容上进行了总结。

水库工程;规划库容;大坝安全;溢洪道设计;思考总结

在水利枢纽中，必须设置泄水建筑物。溢洪道是一种最常见的泄水建筑物，用于宣泄水库设计库容所不能容纳的洪水，防止洪水漫溢坝顶，保证大坝安全。另外，溢洪道的设计和布置合理与否，不仅直接影响到水库的安全，而且关系到整个工程造价。土石坝一般中小型溢洪道，约占水库枢纽工程造价的25%～30%，故溢洪道合理的布局和选型，在水库工程设计中是一个比较重要的环节。

1 溢洪道的布置

溢洪道工程的规划布局应尽量利用有利地形地貌，即要经济合理又要保证安全。根据水工建筑物中坝型选择的不同，溢洪道可以与坝体结合在一起，也可设在坝体以外。刚性坝(混凝土坝、砌石坝等)一般适于经坝体表孔溢洪或坝身泄洪，如各种溢流坝及坝身泄水孔等。此时坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物，枢纽布置紧凑、管理集中，这种布置一般是经济合理的。而对于柔性坝(土坝、堆石坝等)，一般不容许从坝顶溢流或大量溢流。

除以上两种受坝型选择控制的情况外，当河谷狭窄而泄洪量大，难于经混凝土坝或砌石坝泄放全部泄水时，则需在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道，通常称为岸边溢洪道。其规划布置的主要原则是:基础坚硬均一，线路短，无弯道，出口远离坝体;工程严禁布置在滑坡或崩塌体地基上。

2 溢洪道的组成

按溢流堰轴线与泄槽轴线是否正交的情况，溢洪道可分为正槽式溢洪道与侧槽式溢洪道。正槽式溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成，而与混凝土坝结合的坝顶开敞式溢洪道一般只有控制段、泄槽及消能段。

3 溢洪道的设计

正槽式溢洪道的泄水槽因与堰上水流方向一致，其水流平顺，泄流能力大，适用于各种水头和流量，是一种常用的河岸溢洪道形式。下面就正槽式溢洪道设计中的几个问题总结如下，供参考。

3.1 引水渠的布置

引水渠的作用是将水库的水平顺地引至控制堰前，其设计原则:①在平面布置上应平顺，避免断面突然变化和急剧转变;②在合理的开挖前提下减小渠中水流速度，以减少水头损失，流速应大于悬移质不淤流速，小于引水渠道的不冲流速，规范规定一般≤4 m/s;③引水渠渠底应布置成比堰顶低一些的平底或不大的逆向坡，因为在一定的堰顶水头下，行近水深越大，流量系数也较大，泄放相同流量所需的堰顶长度要小。因此，在设计时根据泄洪流量合理确定渠宽及流速就显得十分重要。

3.2 控制段的堰型选择

控制段的溢流堰是水库下泄洪水的口门，是溢洪道泄流能力的关键部位，因此必须合理选择溢流堰段的形式和尺寸。溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰，有时也用驼峰堰、折线形堰等。

1)宽顶堰:其特点是结构简单，施工方便，但其流量系数较小。其适用于泄流量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中。

2)实用堰:其优点是流量系数较宽顶堰大，在相同泄流量条件下，需要的溢流前缘较短，但施工较复杂。大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采用此种形式。

3)驼峰堰:驼峰堰是一种复合圆弧低堰，是我国从工程实践中总结出来的一种新堰型，其流量系数可达0.42以上，经模型试验资料表明，当堰上水头Hd=5.3 m时，m=0.47;Hd=5.57 m时，m=0.458。说明其流量系数较大，但流量系数随堰上水头增加而有所减小。驼峰堰的堰体低，流量系数较大，设计与施工简便，对地基要求低，是中、小型水库发展推荐的一种堰型。

4)折线型堰:为获得较长的溢流前沿，在平面上将溢流堰做成折线形，堰体由若干个折曲组成，形同迷宫，又称迷宫堰。工程中应用较少。

选择适宜的堰面定型设计水头Hd，对控制堰的泄洪量和工程的安全有着重要的意义。由于溢洪道上的堰多为低堰，下游水深相对较大，选用较小的定型设计水头，高水位时一般不会发生过大的负压，有利于渲泄较大的洪水。部分研究认为当堰顶水头H=1．4Hd时，堰面负压不致产生有害的影响，所以Hd一般采用堰顶最大水头的0.6～0.75倍。规范规定低堰的定型设计水头Hd一般取为堰顶最大水头的65% ～85%。

3.3 泄槽

为溢流堰后与出口消能段相连接的泄水槽，泄槽在平面布置上应因地制宜，尽可能采用直线、等宽、对称的布置。

3.4 出口消能段

水库工程中由溢流堰下泄的水流具有很大的动能，若不处理，将对下游河床及两岸边坡造成冲刷，造成岸坡坍塌和大坝失事。所以，应根据工程实际情况选择合理的消能措施。在实际工程中，常用的消能工形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等，其中，挑流消能方式应用最广。

4 工程实例

贵阳市清镇席关水库工程是清镇市百花工业区规划的主要水源点之一，位于清镇市站街镇洗马村鸭蛋寨组，坝址距站街镇8 km，距清镇市18 km，现无公路到坝址，交通不便。

席关水库总库容为477万m3，灌溉面积196.67 hm2，水库规模为小⑴型，水库枢纽为Ⅳ等工程，大坝、溢洪道、取水口等主要建筑物为4级，次要永久建筑物为5级，相应的输水管道及管系建筑物为4级建筑物，临时建筑为5级。工程以站街工业区供水为主，初选水库正常蓄水位1 255 m，死水位1 246 m，95%供水保证率供水量570万m3/a。经坝址坝型比选，本工程推荐下坝址混凝土砌毛石重力坝方案。主要建筑物包括主坝混凝土砌毛石重力坝、坝顶溢洪道、坝身放空兼冲砂底孔、坝身取水口及渠系建筑物、供水建筑物等组成。

大坝为混凝土砌毛石重力坝，选择采用坝顶表孔溢流的表孔溢洪道。溢流段宽度根据溢流时不允许冲刷岸坡进行确定，溢流堰进口净宽18 m，设3孔，单孔净宽6 m，堰顶高程1 252.0 m。

4.1 泄流能力计算

坝顶溢流采用实用堰，泄洪能力按下列公式计算:

经计算，校核洪水位时，闸门开度3.5 m，下泄流量Q=428 m3/s;设计洪水位时，闸门开度3.5 m，下泄流量 Q=270 m3/s。设计溢洪道满足泄洪要求。

2.2 堰型计算

堰型为WES实用堰，定型设计水头H=(0.75～0.95)

直线段m=0.8，在坐标(8.89 m，6.83 m)处与直线相切，堰顶下游采用WES幂曲线，采用方程:Y=0．154X1．85。计算结果见表1。

表1 WES幂曲线计算坐标点

4.3 消能计算

采用挑流消能，反弧半径 R=(0．25～0．5)(Hd+Zmax)=5.53～11.01 m，取反弧半径R=10 m，鼻坎高程1 241.05 m，挑角22°。泄水建筑物为4级建筑物，根据规范，下游消能设计洪水标准为20年一遇洪水，P=5%时，库水位1 255.16 m，最大下泄流量193 m3/s，相应下游水位1 237.62 m，P=2%时，库水位1 255.74 m，最大下泄流量248 m3/s，相应下游水位1 238.09 m，P=0.2%时，库水位1 257.07 m，最大下泄流量391 m3/s，相应下游水位1 239.99 m。

根据《混凝土重力坝设计规范》SL 319-2005，挑流消能计算公式如下:

泄流采用挑流消能，消能设计按洪水标准在P=5%，P=2%，P=0.2%情况下，冲刷坑后坡i均小于ik(允许最大后坡)，安全。

5 结束语

在水利工程枢纽布置中，溢洪道的布置设计是必不可少的工作内容之一，掌握溢洪道的分类及建筑物组成，掌握各组成部分的工作原理及设计原则。根据实际工程中的地形地质条件及设计洪量，合理布置和确定溢洪道规模及各部分尺寸，安全宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证下泄水流与其它建筑物妥善衔接，互不影响其正常工作，保证大坝及工程安全显得尤为重要。故仅以此文共勉，不足之处，多谢指教。

［1］祁庆和.水工建筑物［M］.北京:中国水利水电出版社，1981:340-360.

［2］李启业，郭竟章.SL253-2000溢洪道设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2000:1-90.

［3］兰绍华，吴剑. 清镇席关水库工程初步设计报告［Ｒ］. 贵阳: 贵阳市水利水电勘测设计研究院，2010: 131 - 134.

TV651.1

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1007-7596(2012)07-0087-02

2012-06-25

兰绍华(1979-)，男，贵州镇远人，工程师，从事水工设计工作;龙明星(1985-)，男，贵州贵阳人，助理工程，从事