刍议中小水库溢洪道布置设计

刍议中小水库溢洪道布置设计

范斌

阳江市水利水电勘测设计有限公司广东阳江529500

摘要：溢洪道是水库等水利工程的常见防洪建筑物，对确保水库的安全运行具有十分重要的作用。本文结合某水库工程实例，对水库溢洪道的布置及设计进行了详细的介绍，以期能为其他类似工程提供参考。

关键词：水库；溢洪道；设计

0引言

随着我国国民经济的快速发展，水库等水利工程在国民经济发展中发挥着至关重要的作用，保障其运行的安全十分必要。其中，溢洪道作为水库工程常见的防洪设备，能够有效调节水库的水量，防止水坝被破坏，确保水库运行的安全。因此，对水库溢洪道的布置设计展开探讨，确保其布置设计的合理性，保障水库的安全使用十分重要。

1工程概况

某水库工程主要功能是向农业灌溉、集镇和农村人畜饮水供水，兼顾工业供水。水库总库容1360.1万m3，调洪库容157.0万m3，死库容42.1万m3，兴利库容1161.18万m3。水库拦河坝最大坝高56.0m，建成后可增加灌溉面积2393.33hm2。水库向乡村集镇和灌溉供水流量为2.254m3/s，工业供水流量为0.014m3/s，生态供水流量为0.07m3/s。水库枢纽建筑物由拦河坝、溢洪道、导流输水隧洞组成，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物大坝、溢洪道、导流输水隧洞为3级建筑物，取水坝属次要建筑物、为4级，临时建筑物为5级。水库拦河坝设计洪水标准为50年一遇(P=2%)，相应的下泄流量为16.9m3/s；校核洪水标准为1000年一遇(P=0.1%)，相应的下泄流量为29.5m3/s；下游消能防冲建筑物洪水标准为30年一遇(P=3.33%)，相应的下泄流量为14.8m3/s。

2溢洪道布置

溢洪道的布置根据地形、地质、工程特点、枢纽总体布置、施工及经济指标等综合因素进行全面考虑，由于水库坝址区左岸为向河床方向凸起的厚实山体，工程地质条件较好，有利于输水隧洞布置，考虑到导流与输水相结合，结合施工时两者相互干扰和出口水流为平顺入流的实际，将导流输水隧洞布置在大坝左岸。同时，考虑到枢纽总体布置、泄洪消能布置、出口水流与下游河道平顺连接及与导流输水隧洞出口水流归顺，将溢洪道布置在右岸。

溢洪道布置于右岸有2种方案可选择:方案1布置于右岸垭口，方案2布置于右岸紧靠大坝，下面就2个方案作比选。

方案1:上坝址右岸有一垭口，垭口距离大坝右岸约165m，垭口最大高程2045m，比坝顶高程高5m，溢洪道堰顶高程2037.50m，最大开挖边坡高29m，有利于布置溢洪道。因此，将溢洪道布设于右岸垭口，其轴线顺冲沟走向布置，轴线长289.50m。但垭口处是当地一所小学校，若搬迁小学校则造成当地小孩上学困难，加上工程区地处偏远山区，附近没有理想地方建校。

方案2:溢洪道布置于大坝右岸，紧靠大坝，轴线长305.530m，轴线布置需转弯，但工程占地少，不存在搬迁赔偿问题，对当地群众生活影响较小。

一般而言，土石坝大中型水库溢洪道利用地形选在山垭口布置，水库溢洪道2条轴线布置开挖边坡都不大，地质条件相同，工程量相近，但方案1存在小学搬迁赔偿问题，投资较大，因此选用方案2，将溢洪道布置于大坝右岸。

3溢洪道型式

泄洪建筑物为开敞式溢洪道，由于驼峰堰过流能力大于宽顶堰，工程费用较少，所以堰型采用驼峰堰，堰宽B=3、4、5、6、8m。比较5种驼峰堰堰宽后，拟定下面3种不同调洪方案进行比选。

3.1方案1:溢洪道单独泄洪

溢洪道底板高程设于正常水位2037.50m，单独泄洪，堰宽3、4、5、6、8m时水位相差仅0.11～0.4m，坝高增加不大，能满足水库正常运行的需要，既可以保证水库安全又能减少工程量及投资，选择堰宽6.0m。

3.2方案2:溢洪道与隧洞联合泄洪

溢洪道底板高程设于正常水位，与隧洞联合泄洪。隧洞闸门不同开度下，溢洪道堰宽6m时校核水位为2039.06m，与方案1校核水位相差仅0.32m；设计水位为2038.44m，与方案1设计水位相差仅0.34m，坝高减少0.32m。考虑到隧洞永久运行为无压，隧洞最大过流流量12m3/s，隧洞工作闸门开启e/a=0.7，隧洞功能则增加导流、泄洪、输水3种，不便于水库运行调度。

3.3方案3:溢洪道与隧洞联合泄洪

溢洪道底板高程设于设计洪水位高程，与隧洞联合泄洪。隧洞闸门不同开度下，溢洪道堰宽6m时校核水位为2039.44m，与方案1校核水位相差仅0.04m；特殊工况下，隧洞不参与泄洪，溢洪道堰宽6m时校核水位为2039.93m，比方案1校核水位仅高0.53m。

因本区径流面积小、洪水不大，通过不同方案组合，水位对溢洪道宽度以及隧洞是否参与泄洪敏感性不大，为便于今后对水库的运行调度，采用方案1。溢洪道型式选择开敞式无闸控制，堰宽选取6.0m。溢洪道选用单独泄洪的正常溢洪道能满足要求，导流输水隧洞设为单一的输水功能。

4溢洪道结构

溢洪道布置于右岸，其进口形状做成喇叭口，使引流平顺，减小损失。溢洪道为无闸控制开敞式，控制段堰型为驼峰堰，堰宽6m，堰顶高程2037.50m。溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段及出口护坦段组成，全长305.53m，采用消力池消能。

根据调洪结果，校核洪水时溢洪道下泄流量为29.5m3/s，设计洪水下泄流量为16.9m3/s，消能防冲30年一遇洪水下泄流量为14.8m3/s。

溢0-042.000—溢0+000.00为引渠段，宽度B=10～6.0m，底坡i=0，底板高程2037.000m。其中，溢0-020.944—溢0+000.000长20.944m，为平面转弯段，转弯半径R=40m，θ1=30°，进口段为U形整体钢筋混凝土结构。

溢0＋000.00—溢0+012.00为驼峰堰段，高0.5m，长12.0m，底宽B=6.0m，为矩形断面，采用C25钢筋混凝土整体结构，底坡i=0。

溢0＋012.00—溢0+089.887为泄槽Ⅰ段，长77.887m，溢0+012.00—溢0+020.00上部设有宽

8.0m、跨度6.0m的交通桥与坝顶公路连接，交通桥后溢洪道宽度由6.0m渐变为4.0m，采用矩形断面，采用C25钢筋混凝土整体结构，底坡i=0.02。其中，溢0+072.433—溢0+089.887段长17.444m，为平面转弯段，转弯半径R=40m，θ1=25°。溢0+089.887—溢0+177.238为泄槽Ⅱ段，底宽B=4.0m，为矩形断面，采用C30钢筋混凝土整体结构，泄槽边墙高1.8m，底坡i=0.625。泄槽底板从溢0+032.00后下设纵、横向排水沟。

溢0+177.238—溢0+199.238为消力池段，由于水库溢洪道水头较低、泄流量较小，加上消力池段地形平缓，所以采用底流式消能。消力池长22m，底宽4.0m，池深1.5m，底板高程1984.193m，为矩形断面，采用C25钢筋混凝土整体结构。消力池底板下设置排水孔，底部铺设砂碎石反滤层。

溢0+199.238—溢0+263.530为出水渠段，其中溢0+199.238—溢0+219.238段为矩形断面，采用C25钢筋混凝土整体结构，底坡i=0.001，边墙高5.9m；溢0+219.238—溢0+263.530出口护坦段为矩形断面，采用M7.5浆砌石护砌，溢洪道出口水流与河道平顺连接。

每条冲沟处设浆砌石挡墙，将区间水拦截引入排水沟排至下游河道。

溢洪道引渠段、控制段、泄槽Ⅰ段及收缩段混凝土强度、抗渗、抗冻等级为C25W6F50，抛物线段及泄槽Ⅱ段、挑流段混凝土强度、抗渗、抗冻等级为C30W6F50。

6.1.2消力池底板抗浮稳定

由于结构是对称的，消力池底板所受的荷载也是对称的。因此，作为一个整体，其满足整体稳定的要求。

由于抗浮稳定安全系数=(水重+自重)/(扬压力+脉动压力)=1.461，所以消力池底板抗浮稳定。

6.2驼峰堰段抗滑稳定计算

驼峰堰段稳定按基本和特殊组合进行计算分析。

6.2.1计算工况与荷载组合

(1)完建工况。堰上下游均无水；荷载组合:结构自重。

(2)正常工况。堰上游水位为正常库水位2037.50ｍ，堰后无水；荷载组合:结构自重＋水重＋静水压力＋扬压力(浮托力＋渗透压力)。

(3)设计工况。堰上游水位为2038.78m，堰后水位为2037.932m；荷载组合:结构自重＋水重＋静水压力＋扬压力(浮托力＋渗透压力)。

(4)校核工况。堰上游水位为2039.4m，堰后水位为2038.351m；荷载组合:结构自重＋水重＋静水压力＋扬压力(浮托力＋渗透压力)。

(5)地震工况。堰上游水位为正常库水位2037.50m，堰后无水，遇地震动峰值加速度0.3g；荷载组合:结构自重＋水重＋静水压力＋扬压力(浮托力＋渗透压力)＋地震。

6.2.2稳定计算

稳定计算方法采用抗剪断公式，根据文献的有关规定，堰抗滑稳定计算公式为:

驼峰堰坐落在泥岩夹泥灰岩、长石石英细砂岩上，地基承载力为300kPa，均满足计算结果。经过计算，溢洪闸稳定和地基应力均满足规范要求。

7结语

综上所述，水库溢洪道的布置设计直接影响到水库运行的安全，与人们的生命财产安全息息相关。因此，在水库溢洪道布置设计过程中，设计人员要对各项参数进行精确的计算，充分考虑各项因素的影响，合理设计溢洪道，从而确保溢洪道的功能效益，保障水库的正常、安全运行。

参考文献

[1]中小水库溢洪道设计中的问题及其措施[J].李萍萍.科技创新与应用.2015(14).

[2]水库溢洪道结构设计布置[J].徐晓艳.水利科技与经济.2014(05).