淺談豎井式溢洪道設(shè)計計算（水利）
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淺談豎井式溢洪道設(shè)計計算（水利）
白雪蓮 劉云貴
（紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質(zhì)鉆探隊，云南蒙自 661100）
【摘 要】 在水利樞紐布置中，多采用豎井式溢洪道，退水隧洞與導(dǎo)流輸水隧洞相結(jié)合，減少地表土石方開挖擾動。本文介紹了豎井式溢洪道環(huán)形溢流堰的水力計算及漏斗段體型的設(shè)計計算，為水工設(shè)計提供參考依據(jù)，拓寬溢洪道設(shè)計思路。
【關(guān)鍵詞】 泄流能力計算；工程布置；漏斗段設(shè)計；退水段復(fù)核；投資比較
中圖分類號：TV651.1 文章編號：1005-4774( 2016) 06-0021-04
東觀音山水庫灌區(qū)位于元陽縣新街鎮(zhèn)，壩址距新街鎮(zhèn)政府10km，距元陽縣城40km。東觀音山水庫是一座集灌溉和城鄉(xiāng)生活供水為一體的綜合利用小(1)型水庫。壩址處校核洪峰流量僅22.04 m3/s，推薦壩型為土質(zhì)防滲體分區(qū)壩。由于土石壩不具備壩身過水條件，需布置岸邊泄洪設(shè)施。壩址兩岸岸坡較陡，無天然埡口，壩址區(qū)覆蓋層較厚，布置岸邊正槽溢洪道或側(cè)槽溢洪道均存在開挖工程量大和高邊坡穩(wěn)定問題。且工程區(qū)內(nèi)植被較好，多為成年杉木，水庫所在地為世界遺產(chǎn)紅河哈尼梯田景區(qū)附近，所以該工程設(shè)計應(yīng)盡量保護(hù)原生態(tài)森林草地，應(yīng)盡可能地減少開挖和對地表的破壞。
1設(shè)計思路
根據(jù)以上條件，該工程設(shè)計思路為改變常規(guī)溢洪道設(shè)計布置原則，盡量減少對工程區(qū)植被破壞。故采用豎井溢洪道作為該工程的泄水建筑物，豎井溢洪道的退水隧洞結(jié)合導(dǎo)流隧洞布置，這樣既有效地解決了泄水建筑物布置困難問題，又可節(jié)省工程投資。
2工程布置
將豎井式溢洪洞布置于大壩左岸，與導(dǎo)流洞同一側(cè)。豎井式溢洪洞由環(huán)形溢流堰（漏斗段）、豎井及消能塘段、退水隧洞及明渠段、陡槽段、消能段和出水渠組成。溢洪洞全長260.35m，其中環(huán)形溢流堰（漏斗段）長1.65m，豎井段長28.18m，消力井深2.2m，連接段長3m。為與導(dǎo)流隧洞結(jié)合，無壓退水段長158m，明渠段長8. 5m，導(dǎo)流洞泄槽段長41.82m，消能段長9m，出水渠段長6m。
工程樞紐布置如圖1所示。
從平面布置圖上可看出，河岸式溢洪道占地面積明顯較大，對地表擾動較多；豎井式溢洪道只是進(jìn)口需要明挖，以下部分均在地下進(jìn)行施工，并可利用導(dǎo)流隧洞為退水隧洞，對地表植被破壞影響較少。
豎井式溢洪道堰型為寬頂堰。進(jìn)水前緣為圓形，堰寬不同半徑的進(jìn)水口進(jìn)行調(diào)洪計算，成果如表1所列。
根據(jù)表1可知，不同半徑調(diào)洪后的洪水位相差不大，應(yīng)取用半徑較小、工程量較小、易于布置的為推薦方案。但經(jīng)過漏斗段曲線輪廓線的計算后，當(dāng)半徑為1. 5m時，水舌厚度較合理，故選用半徑1.Sm寬的堰。校核洪水位為1937. 56m，相應(yīng)下泄流量為6.72m3/s；設(shè)計洪水位為1937. 44，相應(yīng)下泄流量為4.68m3/s。
3水力計算
3.1 溢洪道泄流能力計算
過流能力計算公式：
設(shè)計堰型為寬頂堰，m為流量系數(shù)，查《水工設(shè)計手冊》第7卷得m=0.38。查圖表中P=0.5m，H=0.56m，R為進(jìn)水口前緣半徑，R=4.3m。計算結(jié)果如表2所列。
3.2環(huán)形溢流堰的漏斗段體型及水力計算
堰型為環(huán)形寬頂堰，堰頂平臺為4. 3m，進(jìn)水口前緣半徑為1.5m，平臺的半徑適用Rp1=4.3m>(5~7)H。
3.2.1 堰頂末端后接拋物線漏斗段計算
a．首先計算出堰頂末端流速為
沒計結(jié)果如表3所列。
d．根據(jù)表3作圖后，得出漏斗段的輪廓線。以水舌起點中心為坐標(biāo)原點，查得漏斗段的輪廓線坐標(biāo)如表4所列。
漏斗段曲線段長1.65m，采用C25鋼筋混凝土襯砌。
漏斗段體型如圖2所示。
3.2.2 井口導(dǎo)流防渦措施
井口如有嚴(yán)重的水流旋渦，將會降低下泄流量。進(jìn)口周圍已滿足大于2D的開挖輪廓，為引導(dǎo)水流平順入井，不產(chǎn)生旋渦，該工程在垂直于水流的軸線上設(shè)置防渦導(dǎo)墻。
導(dǎo)水墻長度L=(2.5~3)H，經(jīng)計算L=1.4m。
3.2.3 退水段復(fù)核
退水段長158m，用已完成導(dǎo)流任務(wù)的導(dǎo)流隧洞退水，斷面為1. 5m×1.8m城門形隧洞，采用C25鋼筋混凝土襯砌，厚0. 35m。
導(dǎo)流隧洞過流復(fù)核，采用明渠均勻流公式(Q=
)，推得表5。
由表5可知當(dāng)最大下泄流量為6.72m3/s時，導(dǎo)流洞內(nèi)水深為0.6~0.7m，可滿足導(dǎo)流洞退水要求。
4投資比較
比較方案：在左岸設(shè)河岸式溢洪道，土方開挖量為5380. 81m3，石方開挖量為2306. 06m3，導(dǎo)流隧洞+岸坡式溢洪道總投資為448. 44萬元。推薦方案：豎井式溢洪道，豎直暗挖土方105.8m3，豎直暗挖石方45. 34m3，導(dǎo)流隧洞+豎井式溢洪道總投資為276. 34萬元。從投資上分析，因豎井式溢洪道減少了邊坡支護(hù)和襯砌等工程量，投資比常用河岸式溢洪道少38%。
5 結(jié)語
本文主要是對豎井式溢洪道泄流能力、布置、漏斗段體型設(shè)計、退水段復(fù)核、投資比較等方面進(jìn)行了分析，為類似水利工程設(shè)計提供參考。
