浅谈小型水库溢洪道设计

作者：张沁生

来源：《科技资讯》 2011年第14期

张沁生

(广东梅州丰顺县水利水电勘测设计室 广东丰顺 514300)

摘 要:以工程实例为分析资料,总结小型水库溢洪道设计中出现的问题,并提出有效的处理措施,为水库的安全运行提供保障。

关键词:小型水库 溢洪道设计 存在的问题 对策

中图分类号:TV651.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(b)-0048-01

溢洪道在我国水利工程建设中是最为常见的建筑,在工程项目中能够发挥出排除水库存超蓄洪水的作用,使得水库在汛期泄洪期间处于安全状态。溢洪道设计的好坏能够直接影响水库的安全状况。

1 调研概况

我县现有水库66座,其中2座中型水库,9座小(一)型水库,55座小(二)型水库。在勘察水库时对各个水库出现的安全问题进行详细地检查分析,总结小型水库存在的问题及修整的方法。研究调查的结果显示,我县的水库中共存在11座病库和53座险库。面对存在的诸多问题,应给予足够的重视,对导致问题的原因进行分析,并拟定有效的处理措施。否则,不但建筑工程发挥不了应有的作用,还会引起诸多的安全事故。技术人员在检查水库运用状况时,对溢洪道的安全问题进行详细的调研,以保证其使用的安全性。

2 小型水库溢洪道设计出现的问题

(1)溢洪道进出口段与坝身距离短。检查中发现有较多的小型水利工程的溢洪道进出口段与坝身的间隔距离存在一定的问题,主要是间隔过短,坝肩和溢洪道只有单薄的山脊互相隔离。当进口段没有使用相应的保护措施时尤其是护砌措施,泄洪后则会引起冲刷,给坝肩的安全造成巨大的伤害。(2)溢洪道设计尺寸较小。在设计小型水库时常常要考虑到工程的资金消耗,而又必须要使得设计达到水利建筑工程的标准,在资金和标准的双重压力下,很多设计人员常常会将设计尺寸进行改动,缩短尺寸大小,随之引起参考的洪峰与洪量等洪水数据发生异常变化。这些造成溢洪道设计的尺寸也相应减小,在建筑的岩体出现风化坍落后,发生泄洪渠淤积的概率则大大增加,让水库泄流难以正常进行。(3)溢洪道平面弯道半径大小不稳定。平面弯道半径对溢洪道在设计而言,是一个隐藏的不稳定因素,随着时间的变化,收缩忽小忽大,对于泄流的完成起阻碍作用。(4)水力设计方法不合理。设计者在溢洪道的设计过程中没有从专业的角度出发,研制出科学的设计方案,这就让设计结果与方案难以达到实际工程的需要,水力设计方式不合理会给工程项目造成很大的阻碍。(5)溢洪道陡坡比降过陡。陡坡比降过大对于溢洪道设计是极为重要的问题。部分溢洪道被设置在非岩性的山坡之上,其底部难以采取科学的反滤衬砌,一旦渗水后很容易出现滑坡现象,这会大大降低结构的稳定性。

3 处理小型水库溢洪道设计问题的有效措施

(1)在溢洪道设计中合理地调整布局。在设计小型水库的溢洪道工程过程中,应该坚持实事求是的原则,充分考虑到工程所在地的地形、地貌、环境等相关因素。从而对整个工程布局进行适当的调整,以保证设计结果达到标准要求。①控制段。设计时需将泄流维持在均衡状态,让进口水流垂直于控制段的建筑物,并根据具体的情况与泄流要求,对宽顶堰或实用堰合理安排,而堰的宽度大小需参照允许单宽流量进行调整。②引流段。为使得引流能够顺利进行,通常设计时将其作为喇叭口是最佳效果,并尽可能的控制住损失大小,保持长度在有效状态。③消能工。选择多级跃水或溢洪道末端跃流时需保持泄流方向远离坝脚距离≥100m～150m。对非岩基而言,最为普遍的方法是进行地段处理,并把消力池安置在末端处。对泄流量很小的情况,应该利用消力坎的方式进行。④泄流段。泄流段常采取直线布置方法,这就在避免弯道与设置扭坡中发挥了重要的作用。在设计纵断面过程中必须以现实的地质为基础,对缓坡、陡坡或多级跃水等情况做出科学的选择。(2)结构的计算。①消力池底板厚度满足抗浮标准。因为底板周围的边界存在约束作用,使得滑动现象较为普遍,这就需要采取有效的措施进行抗浮。抗浮力的方式主要是对底板的浮重、水重进行计算,控制抗浮安全系数≥1.3～1.5,则为安全。②陡坡护砌厚度满足滑动安全标准。抗滑的安全系数在≥1.3～1.5范围,则为安全。③挑流鼻坎的尺寸满足各种稳定需要。在计算时需要结合力学方法进行,抗滑安全系数为≥1.3～1.5,抗倾安全系数≥1.5。并对形成的合力进行计算,保持最大和最小应力比值在≤3～5之间,以防止出现沉陷。(3)水力计算。为使水力计算与工程特性相一致,故正确选用计算公式十分重要。①引流段的水力计算: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(如查尔诺门斯基方法),引流段进口处端须先计算水位壅高,才能求得泄洪时的正确库水位。②控制段的汇流计算: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时并使其与选用的堰型相一致。③泄流段陡槽水力计算:推求陡槽段水面曲线的方法较多,如陡槽底宽固定不变时,可采用BⅡ型降水曲线或用查尔诺门斯基方法计算;对底宽渐变的陡槽段则可用查氏方法分段详算。④消能设施的水力计算:采取底流式消能可以采用A·C:巴什基洛娃图表计算。由于巴氏对各种消能设备的计算方法与步骤均较明确、详细,计算省时又能保证精度;但是我们在选定消能设施的尺寸时应该留有余地,对于一些重要的中型水库其水力计算成果还应通过模型试验加以验证。⑤侧槽段的水力计算:过去采用的“扎马林法”由于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谢才公式,因而与实际泄流情况有较大出入。近年来有些水利科技工作者根据水流动量或能量关系而建议采用的水面曲线推算的公式比较符合实际泄流情况,如“西南水工所在《中小型水库侧槽式溢洪道的设计》一书中介绍的公式”、“美国《小坝设计》一书中用的公式”、以及“浙江省《水利科技情报》77年第三期介绍的南斯拉夫哈丁公式”等均与水工模型试验吻合。其中南斯拉夫的哈丁公式又可结合实际验算,计算方法简便、省时,故可供设计参考。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。由于侧槽式溢洪道在侧向进流时,水流的冲击、掺气和槽内水流波动很大,流态十分复杂,故精确计算十分困难,因此对于重要的大中型水库其侧槽式溢洪道设计需依据水工模型试验来确定其相应尺寸。

4 结语

总而言之,针对小型水库溢洪道设计中存在的问题采取有效地处理措施是必不可少的工作,这不仅使水利工程使用功能得到有效发挥,在拟定处理方案时应该对地质构造、水文资料做好处理,这样才能保证工程的功能得到发挥。

参考文献

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