小型水库加固设计中的溢洪道优化设计分析

发布时间:2018-06-25 来源: 历史回眸 点击:


  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,其周圍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 . 5 m,底宽度3 . 5 m,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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