小型水庫溢洪道加固優(yōu)化設(shè)計論文
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1.1溢洪道泄流量設(shè)計的計算問題
在小型水庫溢洪道設(shè)計的過程中，溢洪道流量的計算十分重要。由于在不同的水庫中，溢流堰的結(jié)構(gòu)形式存在著區(qū)別，導(dǎo)致在溢洪道流量計算過程中，所采用的流量系數(shù)不盡相同。因此，這就容易使設(shè)計人員在溢洪道流量計算的過程中出現(xiàn)差錯，從而導(dǎo)致水庫的泄洪能力和水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不相符。
1.2布置不合理
在對小型水庫溢洪道加固設(shè)計的過程中，由于其地質(zhì)情況可能存在不同，有時會出現(xiàn)溢洪道布置不合理的情況，使溢洪道在使用過程中，容易受到周圍地質(zhì)情況的影響，從而出現(xiàn)質(zhì)量問題。這不僅對水庫的正常使用造成了嚴(yán)重的影響，還存在著一定的安全隱患。
1.3水力計算方法不合理
目前，在我國大多數(shù)小型水庫除險加固設(shè)計的過程中，設(shè)計人員并沒有采用科學(xué)的設(shè)計方法和專業(yè)的設(shè)計手段進(jìn)行設(shè)計，這就容易導(dǎo)致設(shè)計成果不符合水利工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響水庫工程設(shè)施的正常運(yùn)行。而在溢洪道運(yùn)行的過程中，由于影響溢洪道結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素很多，如果設(shè)計人員在對其進(jìn)行設(shè)計的過程中，考慮得不夠充分，那么就會使得溢洪道在水力沖擊和周圍環(huán)境的影響下出現(xiàn)問題。
1.4泄槽（陡坡）段存在問題
在對溢洪道泄槽段進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要存在兩個方面的問題：一是泄槽段的坡度問題，二是泄槽段的轉(zhuǎn)彎問題。這兩個方面的問題，如果在溢洪道設(shè)計的過程中沒有進(jìn)行有效的處理，那么就會加大水流對溢洪道邊界的沖擊，使得溢洪道在水力沖擊的影響下，其泄槽段存在問題，從而影響水庫的正常運(yùn)行。
1.5消力池問題
由于歷史原因，受水庫修建時的資金和技術(shù)條件限制，相當(dāng)數(shù)量的小型水庫都沒有消能防沖設(shè)施，導(dǎo)致幾乎每年汛期都會有溢洪道水毀事故發(fā)生。有溢洪道消力池的水庫主要存在以下問題：
①消力池出口水流受阻或受陡坡段彎道影響，水流條件惡化，導(dǎo)致消力池破壞。有的消力池太短、太淺，水流在池內(nèi)消能不充分，淘刷底板，致使消力池破壞；有的消力墩設(shè)置不當(dāng)，水流紊亂，流速大時，在消力墩上會產(chǎn)生氣蝕。
②消力池下游尾水位過低，泄洪時可能形成遠(yuǎn)驅(qū)水躍，嚴(yán)重沖刷下游海漫；③消能不充分，下游遭受沖刷，嚴(yán)重時會發(fā)展成沖刷坑，影響溢洪道安全。特別當(dāng)消力池出口離壩腳較近時，水流沖刷壩腳，危及大壩安全。
2溢洪道優(yōu)化設(shè)計策略
2.1在溢洪道泄流量設(shè)計計算中
要正確分清寬頂堰、實(shí)用堰、明渠三種水流形態(tài)和工作條件，這樣才能正確計算溢洪道的實(shí)際過流能力，以避免造成與設(shè)計條件不相符的情況。2.2溢洪道的布置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、工程特點(diǎn)、樞紐布置、施工及運(yùn)用條件等綜合因素進(jìn)行全面考慮。如果大壩附近有天然山坳可以布設(shè)溢洪道則最為理想，如果地形狹窄無法布置正堰，則可考慮選擇側(cè)槽式溢洪道。溢洪道規(guī)劃布置的主要原則是：基礎(chǔ)堅(jiān)硬均一，線路短，無彎道，出口遠(yuǎn)離大壩，工程嚴(yán)禁布置在滑坡或崩塌體上。
2.3針對眾多小型水庫現(xiàn)狀，對不滿足防洪要求的水庫可進(jìn)行溢洪道拓寬、拓深
對溢洪道拓寬、拓深均有困難的水庫，也可考慮加高大壩與拓寬溢洪道相結(jié)合的方案進(jìn)行比較，選取較優(yōu)方案。此外，在洪水復(fù)核中，若為滿足防洪要求的泄洪流量與現(xiàn)行泄洪流量相差不大時，也可改變溢洪道形式。
2.4為了使水力計算與工程特性相一致，選擇正確的計算公式十分重要
具體如下：進(jìn)口段的水力計算可采取自下游控制斷面向上游反推求水面曲線的方法進(jìn)行，進(jìn)口段起始端須先計算水位雍高，才能求得泄洪時的庫水位；控制段的泄流計算可根據(jù)《溢流堰水力計算設(shè)計規(guī)范》建議的方法計算，同時正確選用流量系數(shù)，使其與實(shí)際的堰型相一致；泄槽段水力計算方法較多，如對底寬漸變的陡槽段可用查氏方法分段詳算，陡槽底寬固定不變時，可采用B-Ⅱ型降水曲線方法計算；消能設(shè)施的水力計算根據(jù)不同的消能方式，采用不同的計算方法，在選定消能設(shè)施的尺寸時，應(yīng)該留有余地。對于一些重要的水庫，其水力計算成果還應(yīng)通過模型試驗(yàn)加以驗(yàn)證。側(cè)槽段的水力計算過去常采用“扎馬林法”，但由于該法計算時采用了均勻流假定，而實(shí)際水流狀態(tài)是沿程變量流，故不符合適用于均勻流的泄流公式，因而與實(shí)際泄流情況有較大出入，根據(jù)水流動量或能量關(guān)系而采用的水面曲線推算的公式比較符合實(shí)際泄流情況。由于側(cè)槽內(nèi)實(shí)際的流態(tài)十分復(fù)雜，故在堰頂對面的岸坡水面要比平均水位抬高5%～20%，因此其設(shè)計的襯砌的高度、厚度要考慮上述影響。
2.5溢洪道末端的消能設(shè)施主要有底流消能、面流消能和挑流消能
對消能存在的問題，土石壩大部分采用修建消力池泄能的方式處理。消力池底板厚度應(yīng)滿足抗浮穩(wěn)定要求，由于底板四周邊界的約束作用，一般沒有滑動問題，因此僅需對其抗浮要求進(jìn)行穩(wěn)定計算。
3結(jié)束語
在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，修建了許多小型水庫。這些小型水庫的建設(shè)，不僅可以滿足農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和人民生活用水的需求，還有著良好的防洪效果。但是，由于在對溢洪道進(jìn)行加固設(shè)計的過程中，容易受到多方面因素的影響，從而出現(xiàn)質(zhì)量問題，對水庫的正常運(yùn)行有著一定的影響。因此為了有效的解決在小型水庫設(shè)計中溢洪道存在的問題，技術(shù)人員就要根據(jù)工程的實(shí)際情況和相關(guān)的規(guī)范，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使其滿足工程設(shè)計的要求。
作者：彭超 單位：重慶同望水利水電工程設(shè)計有限公司
