中小型水库溢洪道设计要点分析

杨云龙

黑龙江启恒勘测设计有限公司 黑龙江 哈尔滨150000

溢洪道设计作为中小型水库设计中较为关键的一项内容,通过修建溢洪道,可能防止洪水溢出和泄漏。因此在溢洪道设计时,需要保持谨慎和细致的态度,有效的消除施工隐患,确保水库性能的安全。而且溢洪道设计的科学性和合理性也会直接关系到中小型水库工程的造价。因此在中小型水库工程设计过程中,需要将溢洪道设计作为重点内容,全面提高其设计质量,确保溢洪道作用的充分发挥。

1 溢洪道概述

在水利建筑物中,溢洪道作为防洪建筑物,多在大坝的岸边进行修建,水库中水位超出安全限度时,溢洪道发挥作用,通过将库内的水经由溢洪道流向下游,避免大坝被破坏。溢洪道由进水渠、控制段、泄槽和出水渠几部分共同组成。根据具体泄洪标准和运用情况,溢洪道可以划分为正常溢洪道和非常溢洪道两类。这其中正常溢洪道主要是承担着宣泄设计洪水的作用,非常溢洪道则承担着宣泄非常洪水的作用。根据其所处位置,还可以将溢洪道划分为河床式溢洪道和岸边溢洪道。前者由坝身溢洪,后者根据具体结构形式划分为正槽、侧槽、井式、虹吸等溢洪道形式。在实际设计时,具体在进行溢洪道选型和布置时,需要综合考虑坝址地形、地质、枢纽及施工条件等,需要进行技术和经济的比较后才能确定。

2 中小型水库溢洪道设计要点

2.1 进口段 在溢洪道进口段设计时,多将其设计成一个喇叭口的形状,而且不宜不长。在实际溢洪道建设时,在地形因素制约下段内需要设置弯道时,要求弯道要尽量平缓,且上下游衔接处与出口处需要远离坝尾,避免造成不必要的冲刷。一般情况下溢洪道坝面设计成为四边形和梯形,在水流速度相对较缓的情况下,不需要砌护墙。但在溢洪道坝面与附近建筑物有连接情况时,则要砌相应长度的护墙,并在弯道位置处增加两侧的砌筑厚度。

2.2 控制段 控制段具体以闸和两侧连接建筑物为主要构筑物,在选定闸轴线时,要求与规范要求相符。根据具体地形、地质和水力条件等因素,并通过技术和经济比较来选定控制堰的型式。在控制段设计时,为了保证洪水泄流时水流速度的均匀性,要求进水渠的水流与建筑物要呈现出垂直状态,具体要根据地形和洪水泄流的需要来设置控制断面,并根据断面的宽度来确定洪流值。在进水口处设置控制断面引流的同时,控制堰的堰口设计还需要对收缩角的角度进行控制,对于断面较宽的情况,需要确保布设间距的合理性。

2.3 泄流段 泄流段作为溢洪道的急流段,设计时一般对于陡坡和急流段采取直线法进行布设,具体布设时需要有效的规避坡体或是弯道产生的流态负压问题。在具体溢洪道设计时,还要因地制宜,根据具体的地形和地质来确定引流形式,坡体采取均一比降的方式。洪流速度较快,因此在岩基设置时需要对砌护的宽度进行加厚处理。在实际设计工作中,泄槽轴线要保证其平直性,合理布置纵坡、平面和横断面,在无法避免必然要设置弯道时,则要选择流速相对较小、水流平稳且槽底平缓部位。对于泄量大且流速高的泄槽进行弯道设置时,需要实施水工模型试验来获取具体的参数。

2.4 消能段 消能防冲设施一般需要设置在泄流段尾端位置处,具体要结合地形、地质和泄流条件来确定。通常情况下非岩基上的消能设施会采取底流消能方式,将消力池设置在最末端,对于洪水流量不大的情况可以采用消能槛方式。对于洪流较大的情况,由于易对护砌造成严重的冲刷,这种情况下,宜利用差动式消能槛型式。当水库溢流道尾端有陡坡时,则采有挑流消能模式,不需要使用消力池,以便降低工程量和工程成本。

3 中小型水库溢洪道平面设计

3.1 正槽溢洪道 对于正槽溢洪道设计时,具体在地形和地质等因素影响下,其不能够与大坝靠在一起,具体宜在溢流堰前开挖引水渠,这样可以将水库内的水引向溢流堰。采用喇叭口型式的引水渠进口,底板高程为正常蓄水位。进口段与控制段相连接,控制段具体包括溢流堰和两侧连接建筑物,溢流堰的堰型具有多种形式,具体要根据工程的实际情况选择适宜的型式。根据水力计算结果选取宽顶堰长度和宽度。而且为了能够进一步减少开挖工程量,可以使溢流堰后与收缩段相接,再连接等宽泄槽,严格控制收缩段扩散角。泄槽段平面布置时需要采取直线、等宽和对称等布置方式,通常设置在挖方地段。在实际工程设计时,消能方式常采用挑流消能。特别是在出口与大坝坝角距离相对较远的情况下,泄槽段也远离河床,这种情况下多会选择挑流消能,还能够进一步减少开挖工程量。

3.2 侧槽溢洪道 在侧槽溢洪道设计时,由于其进口即为溢流堰,具体布置时需要沿河岸等高线进行布设,水流经由溢流堰泄入到与堰平行的侧槽,并在槽内转向,由泄槽泄入到下游。目前设计时溢流堰多为实用堰,堰顶高程通常为正常蓄水位,水流由堰顶泄入到侧槽内。在具体工程设计时,侧槽一般会采用窄深式梯形断面,并与收缩段、泄槽段、消能段相连接。

4 结束语

在中小型水库建设过程中,溢洪道的布置与设计与水库的安全性息息相关,因此在设计时要求合理布置和选型,并将其作为水库工程设计中的较为重要的一项内容。在具体设计工作开始之前,需要做好资料的收集工作,合理规划整体布局,做好水力和结构等的计算工作,确保设计方案的可行性,进一步保障水库工程运行的安全。