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小型水库加固设计分析

摘要:为了加固小型水库,本文对溢洪道进行优化设计。首先,对溢洪道进行简要概述,其次,以B工程为例,分析该工程存在的问题,提出优化设计需求。最后,制定两套优化设计方案,并从中选取一种合适方案进行详细设计。实践应用结果表明,本文提出的优化设计方案可以解决水库容量小问题、上游水库报废以后洪量大的问题,但是在资金控制方面有待进一步探究。

关键词:小型水库;溢洪道;优化设计

水库的核心部分为溢洪道,其设计方案是否满足合理要求、科学要求,决定了洪水期水库是否安全。近年来,由于工程造价原因,投资资金无法满足预算,加大了工程实施难度。通常情况下,为了节省投资,大部分施工队伍以较低的洪水指标来设计溢洪道,导致水库安全无法得到保证。如何在控制成本的前提下,对溢洪道进行优化设计,成为了当前首要解决问题,本文将对此展开研究。

1.溢洪道简介

溢洪道指的是一种防洪设备,以水库等水利建筑物呈现。通常情况下,建筑在水坝的一侧,从整体来看,其外观像一个大槽。根据该区域实际情况,设置一个安全限度,如果水库中的水位超出安全限度,此时溢洪道将发挥其作用,水将向下游流出,使得水坝免遭破坏。溢洪道主要由4部分构成,分别是出水渠、泄槽、控制端、进水渠。

2.工程概况分析

本次研究以B工程为例,通过分析该工程当前存在的问题,结合项目特点,对工程优化需求展开详细分析,将其作为溢洪道优化设计的主要依据。2.1工程简介。B工程位于2个自然村交界处,该区域构建的小型水库数量为4个,竣工时间为1980年,于1981年正式投入使用。其构建目的为调节县城北部的干渠流量,防止洪水对该区域造成破坏、威胁到居民安全与养殖,使得免遭经济损失。据统计,4个水库流量控制面积总量为25.3平方千米。目前,虽然这4个水库的能力无法满足当前功能需求,但是仍然具有一定泄洪能力与蓄洪能力。2.2工程存在的问题分析。由于B水库建立的时间比较早,受到当时的技术条件限制,测量设备准确率与测量仪器的准确率无法得到有效保障,导致最终的测量结果精确度较低。经过36年的使用,该工程周边发生的变化较大,比较常见的现象为土石塌方。不仅如此,B水库在设计中,没有专门的溢洪道,而是用排水管来构建泄洪建筑,并且30多年的使用没有专人负责看护,导致水库淤泥严重,杂草较多。因此,B水库的设计方案无法满足当前泄洪需求,急需对其采取改造处理,制定泄洪道优化设计方案。2.3优化需求分析。首先,此次设计需要通过数值计算,对当前B工程情况进行复核,为水库基本信息的准确性提供保障。其次,根据工程情况,选取溢流堰形。最后,针对溢洪道自身,制定优化设计方案。

3.小型水库加固设计中的溢洪道优化设计

考虑到B工程使用了36年,其周围环境与自身发生了一些变化,所以,通过计算参数,确定其发生变化大小,得到当前水库参数,将其作为此次优化设计的研究依据,可以在一定程度上提高优化方案的可行性。3.1数值计算。本次研究采用经验公式法和推理公式法,对B1水库洪峰流量进行计算,得到结果见表1。除此之外,还需计算3个水库的泄洪情况。本次研究对这3个水库的库容进行综合分析,通过联合调用这两个结果来实现泄洪。如表2所示为汇总结果。以上数据将作为优化设计方案制定的主要依据。3.2优化设计。本次研究针对B水库当前的实际情况,分别对溢流堰、溢洪道进行优化设计。3.2.1溢流堰优化设计方案的制定溢洪道设计的重要内容之一为溢流堰的选取,要求堰形满足设计需求。目前,应用较多的堰形有两种,分别是宽顶堰、实用堰。其中,宽顶堰在施工期间,不会产生过大的挖掘量,对溢流前缘长度要求较多,必须达到规定长度,并且陡槽和隐渠都比较宽;实用堰在深度方面具有一定要求,需要根据实际情况制定设计方案,使其满足上游堰高度要求。通常情况下,宽顶堰的上游堰高度更低一些。对于此次研究,由于采用的适用堰对应的工程量比较小,在其基础上,需要根据B水库周围地形特点,完成实用堰设计方案的制定。3.2.2溢洪道优化设计方案的制定根据上述分析,本文对溢洪道进行优化设计,设定的优化方案有两种。(1)采取敞开设计思路,选取防汛道路作为研究突破口,利用架设桥梁方式构建防汛道路,该道路位于溢洪道顶端,其下游用于构建明渠溢洪道,从而形成完整溢洪道。(2)根据表2中的数据,第二个方案的制定是B水库改造的首要选择方案。该方案将溢洪道的位置设置在防汛道路中间,并在该道路穿过的部分需要修建涵洞,不仅如此,道路的后侧也需要采取同样措施处理。以上两种处理方案均满足设计要求,但是两个方案相比,方案1的工作量更大一些,需要在方案2构建的建筑基础上,再添加一个桥梁架设工作。本次研究提出的设计目的是在控制成本的前提下,对溢洪道进行优化设计。所以,本次研究选取第二个优化设计方案去实施。另外,溢洪道的建设位置设计在防水洞的上方,两者交叉后通过,但是与河面的末端还留有一定距离。关于溢洪洞的设计,分为挑流段、下游陡坡段、上游陡坡段、堰后收缩段,总长度218.421m,其具体设计为:挑流段:挑流鼻坎断面宽度3.5m,挑流段长度15m,侧墙高度4.2m,护坡段水平距离14m,地面高差8.6m,消力池长度14m。下游陡坡段:侧墙高度2.7m,拱高1.5m(0+0~89+97),底宽度3.5m,总长147.79m。上游陡坡段:侧墙高度2.9m,拱高1.5m,底宽度3.5m,总长40.45m。堰后收缩段:底宽从6.6m缩减到3.5m,总长度15.17m。3.2.3优化结果分析将上述方案应用到实践改造中,得到的优化结果为:该优化设计方案可以解决水库容量小问题,不仅如此,还可以上游水库报废以后洪量大的问题,但是建设规模较大。虽然相比方案一降低了成本,但是仍然需要大量资金。

4.总结

本文主要对小型水库加固设计中的溢洪道展开优化设计分析。此次研究以B工程为例,通过分析该工程当前存在的问题,提出优化设计需求,提出关于溢洪道优化设计方案。本次研究提出两套设计方案,根据B工程水库洪水流量计算结果,优选第二种设计方案,并对其参数进行详细设计。实践结果表明,本文提出的优化设计方案虽然可以解决问题,但是在资金控制方案有待进一步探究。

参考文献:

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[2]林赛.云南犁地坪水库溢洪道泄槽设计与边坡处理[J].人民长江,2015,46(8):64-66.

[3]郭馨,解宏伟,赵相航.三维模型在台阶式溢洪道台阶段优化中的应用[J].人民黄河,2017,39(3):101-103.

作者:黄惠玲 单位:浙江省水利水电勘测设计院惠州分院

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