水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)思路分析
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摘要:在社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，人均物質(zhì)生活水平顯著提升，相應(yīng)對水利工程建設(shè)提出了更高的要求。水利工程關(guān)乎社會民生，工程規(guī)模和數(shù)量不斷增長，作為水利工程建設(shè)中重要組成部分，水庫溢洪道工程的重要性不言而喻，主要是為將水庫中的多余儲蓄水排出，保證在汛期時水庫安全。但是，縱觀當(dāng)前我國的水利工程建設(shè)現(xiàn)狀來看，很容易受到客觀因素影響，對水庫工程建設(shè)質(zhì)量帶來深遠(yuǎn)的影響。其中溢洪道問題最為典型，這就需要在水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)中能夠合理布局設(shè)計(jì)，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)的同時，進(jìn)行水利計(jì)算，提升水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)合理性。本文就水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，從多種角度客觀闡述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，尋求合理的應(yīng)對措施。
關(guān)鍵詞:水庫;溢洪道工程;設(shè)計(jì)思路;設(shè)計(jì)布局
水利工程關(guān)乎社會民生，在新時期人均物質(zhì)生活水平顯著提升背景下，對于工程設(shè)計(jì)提出了更高的要求。作為水利工程中重要組成部分，水庫溢洪道工程質(zhì)量高低將直接影響到水庫的安全，尤其是在汛期和泄洪期，盡可能降低安全因素帶來影響。在水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)中，需要充分把握水庫溢洪道的設(shè)計(jì)布局、水庫溢洪道水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算，提出設(shè)計(jì)合理性，提升我國水力工程建設(shè)質(zhì)量。由此看來，加強(qiáng)水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)研究十分關(guān)鍵，對于后續(xù)工作開展具有一定參考價值。
1水庫工程中常見的問題
1．1洪水期間的問題
在水庫溢洪道工程中，洪水期間出現(xiàn)的問題十分嚴(yán)重，作為保障水庫安全的基礎(chǔ)設(shè)施，水庫溢洪道所起到的作用十分突出。但是由于造價不合理，水庫設(shè)施不完善，所以在水庫溢洪道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上存在一定的不合理性，洪水?dāng)?shù)據(jù)偏小，這就導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計(jì)的溢洪道尺寸不合理，難以滿足實(shí)際要求。尤其是水庫溢洪道運(yùn)行條件較為惡劣，長期受到水體和風(fēng)體的影響，巖石風(fēng)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，致使水庫溢洪道的泄洪能力偏低，在洪水期間為水庫安全埋下了嚴(yán)重的安全隱患。
1．2水庫溢洪道布置和設(shè)計(jì)問題
在水庫溢洪道布置和設(shè)計(jì)方面，由于距離大壩進(jìn)出口太近，所以壩肩和溢洪道之間的距離過于單薄。加之進(jìn)出口并未建立專門的護(hù)砌，所以一旦發(fā)生洪水事故很容易造成壩肩崩塌，埋下嚴(yán)重的安全隱患。在水庫溢洪道設(shè)計(jì)中，由于平面彎道過大，收縮性較強(qiáng)，洪水期間對于水庫的泄洪能力帶來不同程度上的影響，尤其是水庫溢洪道布置的彎道大多數(shù)是在下坡處。水流流式不斷變化，兩岸水面差距十分明顯，水庫凹岸的水面不斷提升，并且水流流速較快。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致延平直段由于水流流速和沖擊力較大發(fā)生拆沖現(xiàn)象，影響到水庫整體的泄洪能力，帶來的影響十分深遠(yuǎn)。如果水庫緩流處收縮過于強(qiáng)烈，可能產(chǎn)生較為明顯的流態(tài)變化情況，進(jìn)而對溢洪道砌面產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊力，工程施工難度更大。也正是由于水庫投入資金限制性較大，如果砌筑高度較高，相應(yīng)的需要投入大量的資金費(fèi)用，在一定程度上對水庫泄洪能力和安全產(chǎn)生直接的影響。
1．3水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)方法不合理
由于水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較廣，在平面和剖面設(shè)計(jì)中可能存在不同程度上的缺陷，進(jìn)而影響到溢洪道陡坡設(shè)計(jì)缺陷和不足的出現(xiàn)。主要是由于水庫溢洪道布設(shè)具有非山坡性特點(diǎn)，所以底部并未進(jìn)行充分的反濾砌筑防護(hù)，可能出現(xiàn)不同程度上滲漏水現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重的滑坡事故，對水庫安全帶來嚴(yán)重的破壞和影響。與此同時，在設(shè)計(jì)中由于重視程度不高，邊坡的厚度不均勻可能產(chǎn)生嚴(yán)重的滑坡事故，進(jìn)而對水庫泄洪能力產(chǎn)生影響，帶來較大的沖刷力。由此可以看出，當(dāng)前我國水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)中還存在一系列缺陷和不足，除了上述問題以外，還包括一些結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和泄洪能力上的缺陷，可能出現(xiàn)水流沖擊力較大，水庫砌筑防護(hù)裂縫漏水，影響到工程的建設(shè)安全，還有待進(jìn)一步完善和創(chuàng)新。
2水庫溢洪道的設(shè)計(jì)規(guī)劃
2．1水庫溢洪道的設(shè)計(jì)布局
在水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌和水文條件，保證經(jīng)濟(jì)投入合理性，后續(xù)施工活動可以安全有序進(jìn)行。如果水庫附近有山，建設(shè)水庫溢洪道是合理的，如果施工區(qū)域較為狹窄，水庫溢洪道可以選擇側(cè)槽式進(jìn)行施工，有助于提升水庫溢洪道泄洪能力。水庫溢洪道設(shè)計(jì)布置中，主要是在堅(jiān)硬平面上，盡可能的縮短線路距離，避免彎道的出現(xiàn)。同時，出口與壩體之間的距離越遠(yuǎn)越好，這樣可以有效避免后續(xù)滑坡或泥石流對水庫溢洪道帶來破壞。(1)進(jìn)口段。一般情況下，進(jìn)口段的形狀為喇叭形，這樣是為了降低損失和地形因素限制，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)脑O(shè)置彎道。設(shè)置的彎道盡可能保證平緩，避免受到較強(qiáng)的沖刷影響;溢洪道壩面設(shè)計(jì)為梯形或是四邊形，水流速度在1s/h以下，可以不適用砌護(hù)墻。反之，如果與附近建筑物在一定范圍內(nèi)連接，可以適當(dāng)?shù)脑黾忧凶o(hù)長度和厚度。(2)控制段。為了保證洪水期間泄洪能力，水流速度均勻，應(yīng)該保證進(jìn)口水流和建筑物保持垂直，根據(jù)地形條件有針對性的設(shè)置控制斷面，確定泄洪流值。一般情況下，巖基單寬流量大概在50m3/s以上，除了一些小型水庫進(jìn)水口設(shè)置引流以外，水庫溢洪道的寬度應(yīng)該控制在3h以下。如果斷面寬度較大，布設(shè)間距應(yīng)該控制在10m～15m之間。(3)陡坡和急流段。在陡坡和急流段的設(shè)計(jì)中，可以選擇直線法，進(jìn)而避免坡體和彎道產(chǎn)生的流態(tài)負(fù)壓問題。故此，在水庫溢洪道設(shè)計(jì)中需要因地制宜，根據(jù)具體的地形、地貌和水文條件來確定引流形式。(4)消能段。陡坡和急流段的尾端需要安設(shè)一個效能裝置，結(jié)合溢洪道地形和地質(zhì)條件有針對性選擇裝置型號。在溢洪道末端選擇多級躍流形式，促使水庫的泄流方向可以控制在壩角的100m～150m左右。但是，對于消能工具的選擇，如果是非巖基的消能工具，絕大多數(shù)情況下是采用底流效能方式.末端配置消能池。水庫洪流階段，池流量處于一個較為平穩(wěn)的階段，可以選擇消能檻形式來滿足實(shí)際需要。水庫洪流是遠(yuǎn)驅(qū)式，可能對砌護(hù)帶來嚴(yán)重的沖刷作用。針對此類情況下，可以選擇差動式消能裝置，水庫溢流道末端坡度較陡情況下，應(yīng)用挑射效能模式作用更為突出，還可以有效避免消能池的使用，降低工程量和資金投入，提升工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益。
2．2水庫溢洪道水力計(jì)算
(1)進(jìn)口段水力計(jì)算。進(jìn)口段水力計(jì)算主要是選擇查爾諾門斯基法，從下游控制面反推上游控制斷面的水面曲線變化情況，并且得出具體的數(shù)位高度，確保泄洪時水庫的水位計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度。(2)陡坡和急流段的水力計(jì)算。陡坡和急流段的水力計(jì)算方法較為多樣化，可以采用b2型降水曲線方法進(jìn)行計(jì)算。(3)消能工具水力計(jì)算。在水庫溢洪道底流式效能設(shè)備計(jì)算時，通過巴什基洛娃圖方法進(jìn)行計(jì)算，步驟簡單，可以更快的得到計(jì)算結(jié)果，保證計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度，降低計(jì)算時間。一般情況下，在溢洪道建設(shè)中，更多的選擇尺寸較大的消費(fèi)設(shè)備，所以想要獲得準(zhǔn)確的水利工程效能情況，應(yīng)該建立模型進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。(4)側(cè)槽段的水利計(jì)算模式。在溢洪道側(cè)槽段水力計(jì)算中主要是通過扎馬林法，這個計(jì)算模式中將將流假定值是均勻的，但是實(shí)際情況下確實(shí)動態(tài)變化的，所以只能計(jì)算得出一個模糊結(jié)果，與實(shí)際情況存在一定的差異。尤其是近些年來，水利工程的水流量和能量關(guān)系的計(jì)算不斷深化，計(jì)算方法也在不斷創(chuàng)新，在了解池流情況基礎(chǔ)上，由于側(cè)槽式溢洪道水流內(nèi)進(jìn)沖擊力較大，所以導(dǎo)致水流的流態(tài)變得更加復(fù)雜，計(jì)算難度較高。
2．3水庫的結(jié)構(gòu)計(jì)算
為了保證水庫建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，這就需要在結(jié)構(gòu)計(jì)算中能夠選擇合理的計(jì)算方法，除了對于坡面擋土墻的計(jì)算以外，還要對其他方面內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析。在陡坡砌護(hù)厚度計(jì)算中，主要是為了保證互動安全，設(shè)置可伸縮沉陷縫，避免洪水期間砌護(hù)體受到影響坡向發(fā)生變化，加劇阻力。
3結(jié)語
綜上所述，水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)中，作為水利工程中重要組成部分，設(shè)計(jì)合理與否將直接影響到工程整體建設(shè)質(zhì)量，這就要求設(shè)計(jì)人員充分把握水庫溢洪道的設(shè)計(jì)布局、水庫溢洪道水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算，提出設(shè)計(jì)合理性，提升我國水力工程建設(shè)質(zhì)量。
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作者:劉文靜 單位:青海省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院