水库除险加固工程溢洪道设计的实例分析

　　摘要：对于存在安全隐患的水库必须采取相应的除险加固措施，以保证水库的安全稳定运行，保护下游人民财产不受洪水侵害。某水库溢洪道存在较多安全隐患，在确定了溢洪道工程总布置后，分别从泄流能力计算、陡槽水力计算、消能计算等方面进行病险水库溢洪道加固设计。
　　关键词：溢洪道；加固设计；实例分析
　　水库除了为人们提供日常生活、农业灌溉、工业生产用水之外，还在防御洪水灾害发挥着不可替代的作用。但由于水库设计、施工、运行管理中存在的问题，部分水库达不到国家规定的防洪标准，而且随着水库运行时间延长，水库设施和各种设备不断老化，有些水库工程存在较严重的质量问题，尤其是溢洪道，损坏严重。因此，有必要对病险水库进行除险加固设计，使水库发挥其作用，保护人民生命财产安全。
　　1工程概况
　　某水库是一座以农业灌溉为主，兼顾防洪的小（2）型水库，大坝为均质土坝，最大坝高10m，坝轴线长87m，坝顶宽23m，坝顶高程为1000。00m。坝址以上集雨面积2。89km2，总库容32。8万m3，其中死库容3。8万m3，兴利库容19。2万m3。设计标准按20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核。大坝右岸有正槽式简易溢洪道一座，堰顶高程为999。00m，堰宽5m。三面无衬砌，且断面极不规则，溢洪道尾部被洪水冲刷出直径18m大小不等的坑数个，泄洪能力极差。
　　2溢洪道存在的问题
　　溢洪道进口处和控制段已经被损坏，两侧石挡墙砌石出现很大的裂缝和倾斜，消力池及海漫已被洪水冲毁，这样的质量通病已经影响水库正常泄洪，危及水库大坝安全。溢洪道应拆除重建，确证大坝的安全使用。
　　3溢洪道工程设计
　　根据洪水复核及调洪演算的结果可知，水库现状坝顶高程为1000。0m，未设防浪墙。设计溢流堰顶高程为998。00m、从现堰顶下挖1。0m即可满足防洪安全要求。结合该水库工程的实际地形，水库溢洪道布置于大坝的右岸，为正槽式溢洪道，堰型为宽顶堰。堰宽5m，堰上水头为1。35m，堰长10m（2。5hge；Lle；10h），最大下泄流量为11。71m3s。溢洪道断面设计为矩形断面（m0）。
　　3。1溢洪道水力计算
　　3。1。1临界水深hk计算
　　临界水深hk的计算公式为：
　　hk（alpha；q2g）13
　　式中：alpha；行进流速系数（取为1。0）
　　q单宽流量（2。34m3s）
　　g重力加速度（9。8m12s）
　　经计算，hk0。824m
　　3。1。2临界底坡计算
　　根据公式ikgXkaCk2Bk计算，式中：
　　ik：相应于临界水深hk时的临界坡度
　　Xk：湿周（6。65m）
　　A：流速分布不均匀系数，取为1
　　Ck：相应于临界水深hk时的谢才系数（94。65m12s）
　　Bk：相应于临界水深hk时的水面宽度（5m）
　　经计算得：ik0。0015
　　3。1。3堰段水面线
　　鉴于水库的地质地形条件，本次设计中拟定溢洪道为正槽式溢洪道，堰型为宽顶堰，根据调洪演算的结果，其堰宽为5m，堰上水头为1。35m，堰项高程为998。00m，堰长为10m。
　　3。1。4泄槽段水面曲线计算
　　由于水流在堰段末端产生临界水深，以此水深为泄槽段水面曲线计算的控制水深向下游逐段试算，根据泄槽段底坡必须大于临界底坡ik0。0015的要求，结合该水库工程的实际地形条件，拟定底坡i0。117。水面曲线试算采用公式为：Delta；L12〔（hgcostheta；alpha；gvg22g）（h1costheta；alpha；1v122g）〕iJ和J（n2v2）R43。
　　3。2消力池水力计算
　　3。2。1、尾水渠水深计算
　　令尾水渠水深为h，渠底宽B5m，n0。015，i0。005，则按明渠均匀流公式：Qomega；c（Ri）12进行试算，即
　　Q〔bh（bh）23i12〕〔n（b2h）23〕
　　式中：
　　Q：溢洪道最大下泄流量11。71m3s；
　　n：糙率，取0。015；
　　b：尾水渠底宽5m；
　　i：尾水渠比降（i0。005）；
　　c：谢才系数；
　　omega；：过水断面面积；
　　h：水深。
　　经试算，尾水渠水深h0。728m。
　　3。2。2、消力池前收缩水深hc计算
　　消力池宽为5m，按《水工设计手册》第六分册中公式Eoprime；hcQ2〔2gphi；2（hcB）2〕进行试算，
　　式中：
　　Eoprime；：堰顶水能；
　　hc：收缩水深；
　　Q：下泄流量；
　　phi；：流速系数；
　　g：重力加速度；
　　B：消力池宽；
　　经试算：hc1。08m。
　　3。2。3、跃后水深hcPrime；计算
　　根据公式hcPrime；hc2〔（18q2ghc3）121〕进行试算：
　　式中：hcPrime；：跃后水深；
　　q：单宽流量为2。34m3s；
　　g：重力加速度9。8m12s；
　　hc：消力池前收缩水深1。08m；
　　经试算，hcPrime；3。94m。
　　又根据sigma；（hsZ）hcPrime；，式中：
　　h：尾水渠水深0。728m；
　　s：消力池挖深2。5m；
　　Z：水面出池降落高度2。23m；
　　hcPrime；：跃后水深3。94m；
　　经计算得：
　　hc1。08mhcPrime；3。94m
　　s2。5mZ2。23m
　　则消力池底板高程990。18m；
　　尾水渠底板高程992。68m。
　　3。2。4、消力池长计算
　　根据公式LL10。7Lj进行试算，得消力池长L20m。
　　3。3溢洪道布置
　　结合实际地形条件，溢洪道布置于大坝的右岸，为正槽式溢洪道，由溢流堰、泄槽段、消力池和尾水渠组成。
　　3。4溢洪道构造
　　溢洪道边墙采用直墙式挡土墙，底板与边墙全部用30cm厚现浇C20砼衬砌；消力池段底板及边墙均采用30cm厚现浇C20钢筋砼衬砌；尾水渠段底板及边墙采用现浇C20砼衬砌，厚为30cm。洪道在溢流堰及水平段底板两侧设伸缩缝，其余每隔10m设伸缩缝，相应设防滑齿槽，缝用沥清砂浆回填；为了减小底板扬压力，在砼底板下设（30times；30cm）排水盲沟1条，横向排水盲沟间距为10m。
　　4结束语
　　在病险水库加固设计中，溢洪道工程是整个枢纽工程的关键和重点，它与大坝加固方案相互影响，相互制约，不仅影响工程的加固效果与加固投资，还直接关系水库泄洪对下游沿河及库区的淹没影响，应多方案综合分析比较后确定最佳方案。