宋光輝

（水電七局勘測設(shè)計院，四川 成都 611730）

在水庫溢洪道設(shè)計環(huán)節(jié)中要明確設(shè)計要點和設(shè)計規(guī)范，確保具體作業(yè)內(nèi)容的合理性和可控性，有效提升溢洪道設(shè)計的整體水平，維持其除險加固的綜合效能，結(jié)合工程項目實際情況進行復(fù)核分析、工況評估等工作，配合全面分析后選取的優(yōu)化技術(shù)，就能在提升水庫泄洪能力的同時優(yōu)化工程項目投資效益，為水利工程可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

1 水庫溢洪道設(shè)計的基本原理

溢洪道作為水庫日常管控工作的關(guān)鍵性建筑物，設(shè)計和布置的合理性直接影響整體水庫的運行效果，因此要結(jié)合實際設(shè)計標準落實規(guī)范化設(shè)計。溢洪道的設(shè)計也直接關(guān)系到工程項目的整體造價成本。水庫設(shè)置溢洪道具有滿足消能需求的作用，較為常見的消能方式包括挑流消能、底流消能、跌坎消能等。我國水利工程項目85%的設(shè)計都是依據(jù)挑流消能完成的，能在滿足安全性的同時提升設(shè)計工程體系的經(jīng)濟性，更好地實現(xiàn)消能作業(yè)。挑流消能是在泄水建筑物末端設(shè)挑流鼻坎，確保引導(dǎo)水流向下游挑射，在這個過程中，借助射流在空中的擴散、紊動和摻氣等作用，有效實現(xiàn)部分能量消除的目標，既能滿足消能的基本需求，還能最大限度減少安全隱患。同時，水流跌落至離鼻坎較遠的河槽中，可在沖刷坑和一定的尾水深度所形成的水墊中消能[1]。

2 水庫溢洪道設(shè)計的實踐意義

近幾年我國水利水電建設(shè)工作進程不斷推進，水利工程項目周圍的自然環(huán)境條件變化多樣，不同環(huán)境因素會對水利工程項目建設(shè)過程產(chǎn)生不同程度的影響。因此應(yīng)在結(jié)合一般規(guī)律的基礎(chǔ)上開展大量的調(diào)研分析，從而落實更加可控的工程設(shè)計體系。

對于水庫項目而言，溢洪道的設(shè)計能有效提升工程項目的安全水平。在溢洪道結(jié)構(gòu)處理基礎(chǔ)上，下泄流量較大或者本身是急流時，水流在彎道作用后受到溢洪道邊墻偏轉(zhuǎn)的影響，會產(chǎn)生較大的沖擊波。在沖擊波的作用下波峰和波谷會在溢洪道兩岸出現(xiàn)交替的狀態(tài)，此時，水面必然會超高，甚至?xí)黾酉掠蜗艿碾y度?；诖耍纤畮煲绾榈涝O(shè)計模式的規(guī)范性，有效提升大流量控制結(jié)構(gòu)，在不影響汛期水庫泄洪質(zhì)量的基礎(chǔ)上，保證兩岸安全，滿足設(shè)計要求和安全控制指標。

綜上所述，水庫溢洪道優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容具有重要的實踐意義，要結(jié)合實際設(shè)計規(guī)范和管理標準，踐行可控化管理模式，確保相應(yīng)的設(shè)計環(huán)節(jié)均能滿足綜合評估要求，維持整體設(shè)計控制的合理性和規(guī)范性，真正為水利水電工程項目可持續(xù)發(fā)展提供支持。

3 水庫溢洪道設(shè)計的具體內(nèi)容

在水庫溢洪道設(shè)計環(huán)節(jié)中，要充分結(jié)合水庫等水利工程項目的實際情況，確保相應(yīng)的設(shè)計過程和設(shè)計細節(jié)都能更加貼合規(guī)范需求，從而最大限度地保證設(shè)計內(nèi)容的可行性和實用價值，維持良好的設(shè)計效果。確保新增設(shè)的溢洪道結(jié)構(gòu)能在滿足水庫工作要求的同時，減少項目的投資成本。為了進一步分析水庫溢洪道設(shè)計過程中的重點和難點，選取相應(yīng)的案例對整個水庫溢洪道設(shè)計環(huán)節(jié)進行分析，旨在更全面地了解水庫溢洪道設(shè)計工作的具體內(nèi)容。

3.1 研究對象

以A水庫項目為研究對象，區(qū)域內(nèi)設(shè)置的4個小型水庫始建于2004年，水庫建設(shè)是為了調(diào)節(jié)城市周邊干渠流量，并且發(fā)揮其應(yīng)用價值，實現(xiàn)防洪、事故泄水及居民養(yǎng)殖工作的協(xié)同處理。水庫總控流面積約為25 km2。A水庫的有效庫容為85×104m3，結(jié)合水利水電工程等級劃分和洪水評估標準的相關(guān)規(guī)定要求可知，A水庫為IV等級小型水庫，洪水設(shè)計為30～50年一遇。但在水庫初步設(shè)計和建設(shè)過程中，當?shù)卣疄楣?jié)省工程項目投資成本，并綜合考量周圍區(qū)域人民群眾生命安全，選取了最低標準建設(shè)體系，因此水庫僅能滿足30年一遇洪水設(shè)計[2]。加之技術(shù)條件、測量儀器及設(shè)備精準性等因素的影響，經(jīng)過近20年的使用，無論是地質(zhì)情況還是安全效能都發(fā)生了變化，溢洪道無法完全滿足實際應(yīng)用要求，因此聯(lián)合當?shù)卣退鞴懿块T開展除險加固改造工程，利用新增溢洪道的方式優(yōu)化其應(yīng)用效能十分迫切。

3.2 研究目的

基于A水庫項目的特殊情況，下文將以此為例進行研究，為更好地發(fā)揮水庫溢洪道的設(shè)計優(yōu)勢，在初步設(shè)計環(huán)節(jié)中，設(shè)計部門聯(lián)合當?shù)卣退鞴懿块T從多元角度分析，全面評估對水庫溢洪道設(shè)計優(yōu)化產(chǎn)生影響的因素，以此作為根本要求落實相關(guān)設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計環(huán)節(jié)，以便能更好地開展除險加固改造工程，利用新增溢洪道的方式優(yōu)化其應(yīng)用效能。

首先，在工況復(fù)核分析的基礎(chǔ)上，完成洪水調(diào)節(jié)計算分析工作單元，匹配計算法分析模式能完成后續(xù)工作，并著重選擇適宜的溢流堰設(shè)計方案，確保溢洪道設(shè)計方案優(yōu)化目標點得以落實。其次，在進行周邊情況分析的過程中發(fā)現(xiàn)，A水庫區(qū)域內(nèi)并沒有設(shè)置水文觀測站和雨量實時性監(jiān)測站，因此無法對比區(qū)域內(nèi)的水文情況分析模式。基于此，需借助推理和經(jīng)驗分析的方式完成洪峰流量的計算工作。最后，為全面提升A水庫溢洪道的應(yīng)用效能，要整合具體的設(shè)計要素和設(shè)計規(guī)范，確保相關(guān)設(shè)計環(huán)節(jié)的合理性和可控性，并完善具體設(shè)計內(nèi)容，從而實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目標。

3.3 研究方案

在水庫溢洪道設(shè)計優(yōu)化工作開展的過程中，要保證具體設(shè)計內(nèi)容的規(guī)范性和科學(xué)性，從基礎(chǔ)流程入手，保證工序的準確性和規(guī)范性，從而更好地為水庫溢洪道設(shè)計優(yōu)化提供保障，減少隱患問題造成的影響，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和安全效益的和諧統(tǒng)一。

3.3.1 工況復(fù)核

為保證溢洪道應(yīng)用效能和質(zhì)量效果滿足預(yù)期，要在設(shè)計施工工作開始前進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)和工程現(xiàn)狀的進一步數(shù)據(jù)分析，利用復(fù)核的方式對比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證后續(xù)設(shè)計單元和施工作業(yè)的準確性?；谒畮熳陨淼慕Y(jié)構(gòu)特性，進行徑流面積等情況的合理性管控和評估，并對規(guī)劃設(shè)計范圍內(nèi)的外流域水源處理過程予以評估[3]。

首先，A水庫結(jié)構(gòu)本身是小型水庫，水庫相關(guān)設(shè)施的維護養(yǎng)護工作水平有限，日常維護工作的效果并不能滿足應(yīng)用預(yù)期，多數(shù)時候蓄水量不能滿足要求，并且現(xiàn)場調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，設(shè)計庫容量和A水庫目前的實際庫容量存在很大差異，經(jīng)過分析可能是由于淤積清理不及時造成的。其次，要在復(fù)核分析過程中進行實際結(jié)構(gòu)的評估和地形圖繪制，從而了解其實際情況，更好地評估相應(yīng)數(shù)值，并及時掌握目前水庫的真實情況，以保證優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)能匹配實際應(yīng)用需求。最后，要結(jié)合工況要求和標準，組織相關(guān)專業(yè)的施工團隊，并且進行施工技術(shù)操作的指導(dǎo)，確保技術(shù)人員能明確設(shè)計方案和施工難點，有效開展后續(xù)作業(yè)，提升整體施工效果，避免安全隱患現(xiàn)象的留存[4]。

3.3.2 洪水調(diào)節(jié)計算過程

為進一步對溢洪道設(shè)計環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容進行剖析，要對具體參數(shù)展開合理性評估和分析計算，以確保能獲取更加直觀的數(shù)據(jù)依據(jù)。水庫體系整體情況均屬于年久失修的狀態(tài)，為了維持整體水庫體系的質(zhì)量效果，在A水庫溢洪道設(shè)計過程中要對4個水庫的整體控流面積予以分析，從而保證洪水流量計算結(jié)果的準確性和科學(xué)性。

依據(jù)計算結(jié)果（見表1）可知，借助推理公式完成A水庫洪水流量的計算具有較為可行的應(yīng)用價值，并且在推理公式應(yīng)用過程中，要將A水庫所處區(qū)域歷年的降雨量、暴雨資料等作為依據(jù)，在完成數(shù)據(jù)分析和計算后完成洪水情況的推算[5]。

表1 洪水流量計算分析結(jié)果

在全面分析水庫溢洪能力后可知，聯(lián)合應(yīng)用A水庫和B水庫能大大提升整體溢洪效果，配合其他水庫就能減少新增溢洪道工程項目的投資預(yù)算，在滿足應(yīng)用控制方案的同時，還能提升整體水庫結(jié)構(gòu)的安全性?；诖?，要借助列表分析模式，結(jié)合A水庫區(qū)域內(nèi)洪峰流量調(diào)洪能力完成計算分析，依據(jù)計算結(jié)果確定溢洪道設(shè)計尺寸。一般是借助多樣化的水位分析內(nèi)容作為參考依據(jù)，有效評估起調(diào)水位的基礎(chǔ)，并嚴格落實不同方案的投資費用管理和建設(shè)效果對比分析模式，最終確定最優(yōu)起調(diào)水位為660.5 m。具體情況見表2。

表2 起調(diào)水位具體情況

此外，要結(jié)合A水庫結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境的特征和基本情況，在細化分析內(nèi)容和數(shù)據(jù)參數(shù)匯總管理工作后，依據(jù)實際情況落實對應(yīng)的改良處理，保證設(shè)計模式和設(shè)計控制流程均滿足規(guī)范標準，維持更加可控的管理效能，以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和安全效益并行管理的目標，一定程度上保證相關(guān)分析工作的合理性和規(guī)范性[6]。

3.3.3 溢洪道溢流堰設(shè)計

對于水庫溢洪道而言，溢流堰是非常重要的組成部分，其實際形式和具體布置過程都會對溢洪道的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，為此，要整合具體的操作流程和運行規(guī)范，整合相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，建立健全更加可控的設(shè)計模式，以便于服務(wù)工程項目設(shè)計實踐，最大限度地滿足協(xié)同控制工作的基本需求。也就是說，在溢流堰設(shè)計環(huán)節(jié)中，要對典型結(jié)構(gòu)、實際應(yīng)用場景等因素予以評估，確保設(shè)計模式最優(yōu)化。溢流堰的選擇要基于溢洪道設(shè)計的初衷，較為常見的溢流堰包括實用堰及寬頂堰，不同結(jié)構(gòu)有其特殊的作用。

（1）實用堰需要在溢流堰結(jié)構(gòu)的前端挖取隱渠，并著重控制渠的深度，確保深度能滿足實際應(yīng)用要求，并且維持上游堰的高度?；诖?，多數(shù)的實用堰都會高于寬頂堰的上游堰[7]。

（2）寬頂堰在實際設(shè)計施工過程中，挖方量明顯減少，施工處理環(huán)節(jié)操作人員要進行精細化測量，要具備較長的溢流前緣長度，其對應(yīng)的隱渠和陡槽的寬度相對較寬。

本次工程項目中因為實用堰的工程量更小且整體結(jié)構(gòu)模式更加適用于A水庫的具體需求，所以選取實用堰設(shè)計方案，并采取曲線型實用堰，不僅能維持良好的施工效能，還能保證流水與堰面的吻合度更高，提升其承壓效果。相較于直線型實用堰，此次工程項目選取的曲線型實用堰能大大提升水流量的承載效果，在過水寬度及水頭溢流等情況一致的狀態(tài)下，曲線型實用堰的實際效果更為突出。綜上所述，在綜合評估相關(guān)因素后，選取最適配的處理方案，以確保溢洪道后續(xù)優(yōu)化設(shè)計的實效性和可控性。

3.3.4 溢洪道優(yōu)化設(shè)計

為保證水庫整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合理性，對溢洪道予以優(yōu)化設(shè)計分析和處理，確保相關(guān)要素都能有效發(fā)揮其實際作用，結(jié)合本次溢洪道設(shè)計要求制訂了兩個基礎(chǔ)方案。

方案一：利用完全開放式的溢洪道予以實時性控制，將已有的防汛道路設(shè)置為架設(shè)橋梁，從溢洪道頂端完成貫通設(shè)計處理，將下游設(shè)置為明渠溢洪道[8]。

方案二：溢洪道從目前現(xiàn)已有的防汛道路中穿行，在穿過區(qū)域進行涵洞修筑操作，后部區(qū)域則利用涵洞修筑的處理方式開展具體作業(yè)。

從施工可行性分析，兩種方案都可實現(xiàn)，但方案一中需進行大范圍的橋梁結(jié)構(gòu)架設(shè)處理，從工程項目經(jīng)濟成本的角度分析，第二個方案是溢洪道設(shè)計優(yōu)化方案。

此外，為了維持整體溢洪道設(shè)計效果，要結(jié)合放水洞的設(shè)計模式開展后續(xù)工作，在全面分析水庫結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，維持整體設(shè)計結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，一般應(yīng)用連續(xù)式鼻坎挑流消能形式[9]。

3.3.5 其他設(shè)計

（1）要結(jié)合資源利用要求和配置標準保證相應(yīng)設(shè)計方案的合理性，出于資源管控要求，在水庫泄洪處理設(shè)計體系中，要結(jié)合水庫現(xiàn)有的情況保證后續(xù)優(yōu)化配置工作的落實，并著重關(guān)注水庫泄洪需求和農(nóng)業(yè)灌溉儲水需求等，聯(lián)動A水庫周圍城鎮(zhèn)及工業(yè)用水等方案，確保整體設(shè)計細節(jié)更貼合具體要求。在完成綜合效益和綜合功能評估工作后，就要對擴容處理方案進行升級，維持統(tǒng)籌管理的效率，并提升設(shè)計水平的基本效果。

（2）要結(jié)合國家的相關(guān)規(guī)定要求對除險加固進行優(yōu)化升級。一般而言，除險加固工作的落實不會對水庫結(jié)構(gòu)進行規(guī)模性的擴大，要維持堰頂高程參數(shù)的一致性。基于此，在水庫溢洪道設(shè)計環(huán)節(jié)中，若是開展擴容操作，就要將高程控制在3～5 m，并且擴容工程項目要在除險加固操作結(jié)束后陸續(xù)開展。

在完成水庫溢洪道設(shè)計優(yōu)化工作后，確定采取連續(xù)式鼻坎挑流消能形式設(shè)計模式，并且按照入庫洪水過程線、泄洪洞水位泄量關(guān)系曲線及水庫水位庫存容量曲線等完成實時性關(guān)系數(shù)據(jù)的計算分析，獲取滿足泄洪要求的防洪庫容，保證A水庫應(yīng)用控制效果的最優(yōu)化。在不影響除險加固效能的同時還能減少資源損耗、重復(fù)施工等現(xiàn)象，保證水庫溢洪道設(shè)計處理效果全面提高[10]。

4 結(jié)語

隨著水利工程項目發(fā)展進程的不斷加快，要結(jié)合不同水利工程項目實際情況優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，在全面評估水文、地質(zhì)地形條件、水流條件等因素后，提高溢洪道設(shè)計的精準性。以某工程項目為研究對象，從工程復(fù)核入手，分析了洪水調(diào)節(jié)計算過程、溢流堰設(shè)計環(huán)節(jié)等，并綜合相關(guān)要素完成溢洪道優(yōu)化設(shè)計方案，基于多元因素的考量，更加直觀地評估溢洪道優(yōu)化設(shè)計的重點和難點，最大限度地滿足工程項目的實際需求，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益和諧統(tǒng)一。