试论小型水库加固设计中的溢洪道优化设计

黄明蕾

海南华威水利设计咨询有限公司

小型水库数量在城镇中的增加，可说明社会与经济在不断发展中取得的进步。灌溉、工业用水以及人们生产生活用水等都是小型水库负责的内容。小型水库在汛期同样可发挥自身价值，有效防洪，保障人们生命财产安全。很多小型水库建设时间较长，因建设时期施工条件或者诸多客观因素的限制，会出现不可避免的病害或者其他风险。可利用除险加固的方式，完善小型水库中存在的不足。以免因细节问题威胁到小型水库整体安全。

一、小型水库溢洪道设计现状

1.无法准确计算泄流量设计

溢洪道流量是开展小型水库溢洪道设计工作时必须高度重视的内容。溢洪道结构形式并不是完全相同的，在不同水库当中所使用的结构形式之间存在较大差异，所以无法利用同一流量系数开展溢洪道流量计算工作。很多设计人员在计算溢洪道流量时，会忽略上述问题，导致计算中出现不可避免的误差。水库泄洪能力无法满足设计需求，也在不同程度上破坏水库泄洪能力与水库设计标准之间的一致性。

2.布置合理性较差

在不同区域内开展的小型水库溢洪道设计工作，可能面临地质情况和地形情况不同的问题。因此，在真正针对小型水库溢洪道开展加固设计工作时，需要充分结合实际，以免因区域间的差异影响到溢洪道布置。溢洪道的使用效果会受到诸多客观因素的影响，其中包括地质情况以及地形问题。严重时引发溢洪道质量问题。这不仅是破坏水库运行正常性的一种表现，还为工程埋下极大的安全隐患，严重时威胁人们生命财产安全。

3.设计人员素质较低

设计手段以及设计方法不专业的问题普遍存在于小型水库除险加固设计当中，直观表现出设计人员在设计中存在的不足。加大设计成果出现失误的可能性，无法满足工程提出的相关标准与要求，甚至会对水库工程的正常运行造成威胁，水库工程各项设施是无法发挥自身作用。溢洪道是否可以顺利运行，取决于溢洪道结构质量。而影响溢洪道结构质量的因素相当复杂。这对设计人员提出越来越高的要求，必须在设计之前进行充分的准备，详细了解工程需求以及地质情况等，再综合考虑多方面内容的基础上，逐步完成溢洪道结构设计与施工工作。以免因水力冲击破坏到溢洪道整体质量，周围环境也会在不同程度上影响到溢洪道，因此设计人员必须保障设计工作的全面性，考量多种因素。

4.消力池

由于历史原因，受水库修建时的资金和技术条件限制，相当多的小型水库都没有消能防冲设施，导致几乎每年汛期都会有溢洪道水毁事故发生。有溢洪道消力池的水库主要存在以下问题：

（1）消力池出口水流受阻或受陡坡段弯道影响，水流条件恶化，导致消力池破坏。有的消力池太短、太浅，水流在池内消能不充分淘刷底板，致使消力池破坏；有的消力墩设置不当，水流紊乱、流速大时，在消力墩上会产生气蚀。

（2）消力池下游水位过低，泄洪时可能形成远驱水跃，严重冲刷下游海漫；

（3）消能不充分，下游遭受冲刷，严重时会发展成冲刷坑影响溢洪道安全。特别当消力池出口离坝脚较近时，水流冲刷坝脚危及大坝安全。

二、优化溢洪道设计的方法

1.正确计算

宽顶堰、实用堰以及明渠是三种不同形态的水流。在真正开展溢洪道泄流量计算之前，必须对其进行有效区分。还要结合实际情况与恰当工作条件，开展科学合理的设计工作。保障实际过流能力不会受到破坏，最大限度维系设计条件与工程需求之间的协调性。

2.合理布置溢洪道

真正开展溢洪道布置工作时需要充分考虑以下因素。分别为工程特点、运用条件以及地质等，注意提高对枢纽布置、地形以及施工等因素的重视程度。天然山坳是最适合布置溢洪道的理想位置，如果地形较为狭窄，则无法顺利布置正堰。需要结合工程需求，恰当选择溢洪道，此种情况下的溢洪道需要利用侧槽形式。在开展溢洪道规划布置工作时，必须严格遵循相关标准与原则，例如，不可存在弯道，出口必须与大坝之间保持合适距离。一定要注意提升基础的坚硬程度，滑坡或者崩塌体，绝不可开展溢洪道工程布置工作，以免对后续使用造成影响和破坏。

3.改变形式

针对众多小型水库现状，对不满足防洪要求的水库可进行溢洪道拓宽、拓深；对溢洪道拓宽、拓深均有困难的水库，也可考虑加高大坝与拓宽溢洪道相结合的方案进行比较，选取较优方案。此外，也可改变溢洪道形式。

4.选择计算公式

为了使水力计算与工程特性相一致，选择正确的计算公式十分重要。具体如下。进口段的水力计算可采取自下游控制断面向上游反推求水面曲线的方法进行，进口段起始端须先计算水位雍高，才能求得泄洪时的库水位，控制段的泄流计算，可根据《溢流堰水力计算设计规范》建议的方法计算，同时正确选用流量系数使其与实际的堰型相一致，泄槽段水力计算方法较多，如对底宽渐变的陡槽段，可用查氏方法分段详算；消能设施的水力计算根据不同的消能方式采用不同的计算方法，在选定消能设施的尺寸时应该留有余地。对于一些重要的水库其水力计算成果还应通过模型试验加以验证。侧槽段的水力计算过去常采用"扎马林法"，但由于该法计算时采用了均匀流假定，而实际水流状态是沿程变量流故不符合适用于均匀流的泄流公式，因而与实际泄流情况有较大出入，根据水流动量或能量关系而采用的水面曲线推算的公式比较符合实际泄流情况。由于侧槽内实际的流态十分复杂，故在堰顶对面的岸坡水面要比平均水位抬高5%-20%，因此其设计的衬砌的高度，厚度要考虑上述影响。

5.消力池设置

溢洪道末端的消能设施主要有底流消能、面流消能和挑流消能。对消能存在的问题，土石坝大部分采用修建消力池泄能的方式处理。消力池底板厚度应满足抗浮稳定要求，由于底板四周边界的约束作用，一般没有滑动问题，因此仅需对其抗浮要求进行稳定计算。

结语：小型水库依托我国社会与经济的发展，不断扩大建设规模与建设数量。大量建造的小型水库，不仅可满足农业以及工业在用水方面提出的需求，也可将更为便利的条件提供给人们用于生产生活。在防洪方面，小型水库同样不逊色于大型水库。但不能忽略存在的不足与缺陷，最为明显的就是溢洪道加固设计工作，溢洪道加固设计会直接影响到水库运行的正常性与秩序性，因此必须着重解决可能存在于小型水库溢洪道设计中的问题。利用强化设计工作的方式，满足工程在设计与施工方面提出的多样化需求。

参考文献：

[1]黄惠玲.小型水库加固设计中的溢洪道优化设计分析[J].珠江水运，2018.

[2]任勇奇.某水库除险加固新增溢洪道设计的优化方法[J].珠江水运，2015(21).