高溪水库溢洪道除险加固措施研究及水力计算分析

【摘 要】本文对高溪水库溢洪道存在的问题进行了浅析，提出了加固措施，并通过水力计算复核加固后的溢洪道满足泄洪要求。

【关键词】高溪水库；溢洪道；水力计算

1 工程概况

高溪水库位于丽水市莲都区碧湖镇高溪村，在瓯江水系大溪支流高溪上，水库总库容1017万m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电等综合利用的中型水库。高溪水库主要建筑物由大坝、溢洪道、引水隧洞、电站等组成。水库按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。溢洪道位于大坝左侧，为侧槽式，由侧槽段、调整段、泄槽段和消能段组成。

2 溢洪道存在的主要问题

溢洪道侧堰堰体混凝土衬砌表面风化剥蚀严重，石子大面积外露，堰基、堰体及接触面均存在漏水现象。溢洪道左侧开挖边坡较高，边坡岩石，由弱风化凝灰岩组成，长时间可能会形成少量掉块及小部分塌坍。

3 溢洪道除险加固设计

3.1 侧槽段

侧槽段（0+000～0+065m）由侧堰和侧槽组成。侧堰为实用堰，最大堰高10m，堰长65m，为浆砌石外包砼结构。侧槽断面为梯形，左侧为1：0.3岩石边坡，右侧为溢流堰，侧槽底宽从槽首的2.93m渐变至槽末的7.37m，底坡为4%。加固方案：侧堰基础布置防渗帷幕孔一排，孔距2m；凿除原侧堰表层混凝土，新浇筑C25砼溢流面，堰长不变；侧槽底板、左侧岩石边坡采用30cm厚C25砼衬砌。

3.2 调整段

调整段（0+065～0+105m）起始端槽底宽7.7m，末端槽底宽7.35m，底坡为0，左侧为1：0.3岩石边坡，右侧为已建浆砌石边墙。加固方案：对底板、岩石边坡和边墙采用C25砼衬砌。

3.3 泄槽段

泄槽段（0+105～0+225m）底坡9.25%，左侧为1：0.3岩石边坡，右侧为已建浆砌石边墙。加固方案：对底板、岩石边坡和边墙采用C25砼衬砌，底宽为7.11～7.98。

3.4 消能段及泄洪渠段

挑流消能段（0+225～0+257.35m）堰面反弧半径8m，挑射角度为20度。左侧为1：0.3岩石边坡，右侧部分为已建浆砌石边墙。加固方案：对底板、岩石边坡和边墙采用C25砼衬砌，挑流鼻坎顶高程75.852m，鼻坎后接1：1陡坡与泄洪渠连接；泄洪渠采用C20砼灌砌石对两侧原挡墙加固。

4 溢洪道水力计算

4.1 泄流能力计算

泄流建筑物包括侧槽式溢洪道和发电隧洞。在洪水调度时，发电隧洞流量较小，泄流能力计算时不考虑。侧堰无闸门控制，当库水位超过96.07m时自然泄洪，不考虑淹没及侧收缩，泄流能力按下式计算：

Q=MBH

式中：Q-洪峰流量，m3/s；B-溢流堰宽度，65m；M-综合流量系数，M=m ，取m=0.45。

溢洪道泄流能力见表1：

根据泄流能力成果表可绘制“水位～泄流量”曲线。经调洪计算，溢洪道泄流能力满足防洪标准要求，校核洪水工况时最高洪水位为98.28m，最大泄洪量425m3/s。

4.2 溢洪道水面线计算

4.2.1 泄槽段水面线计算

计算工况为校核洪水工况，起始计算断面为泄槽段起点（0+105m），水深h1采用临界水深hk，采用下式计算：

hk=

式中：hk-临界水深，m；b-断面宽度，m；a-动能修正系数，a=1；m-边坡系数；g-重力加速度，g=9.8m/s2。

泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：

L =

式中：L -分段长度，m； 、 -分段始、末断面水深，m； 、 -分段始、末断面平均流速，m/s；a1、a2-流速分布不均匀系数，取1.05；θ-泄槽底坡角度，（0）；i-泄槽底坡，i=tgθ； -

分段内平均摩阻坡降， = ；n-泄槽槽身糙率系数； -分段

平均流速， =（ + ）/2，m/s； -分段水力半径， =（ + ）/2，m。

泄槽水面线计算成果见表2：

4.2.2 侧槽段水面线计算

侧槽段水面线以侧槽末端断面作为起始计算断面（0+065m），其水深hc与泄槽首端断面临界水深hk比值取1.3，计算工况为校核洪水工况，按下列公式计算：

Y=

Q =Q +qX

上式中：X-计算分段长度，断面2与断面1之间的距离，m；Y-X内水面差，m；

Q1、Q2-断面1及断面2的流量，m3/s；q-侧槽溢流堰单宽流量，m3/（s・m）；v1、v2-断面1及断面2的水流平均流速，m/s；n-泄槽槽身糙率系数，加固后取0.017； -分段内平均摩阻坡降，

= 。

侧槽段水面线计算成果见表3：

将以上水面线计算成果与溢洪道沿程挡墙高度进行比较，溢洪道沿程挡墙高度满足防洪标准要求。

4.3 消能防冲复核

溢洪道下游消能防冲设施未采用砼进行衬砌，现根据采用砼衬砌加固后的挑流消能设施进行计算复核。

（1）挑距按以下公式进行计算：

L=

L=Ttanβ

L'=L+L

式中：L-自挑流鼻坎末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m；L-水舌外缘与河床交点到冲坑最深点的水平距离，m；L'-冲坑最深点到坝下游垂直面的水平距离，m；θ-挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，（0）；h1-挑流鼻坎末端法向水深，m；h2-鼻坎顶至下游河床高程差，m；v1-鼻坎坎顶水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计；β-水舌外缘与下游水面的夹角，（0）。

（2）冲刷坑最大水垫深度按以下公式进行计算：

T=kq Z

t =T-H

式中：T-自下游水面至坑底最大水垫深度，m；tk-最大冲坑深度，由河床面至坑底，m；H-自下游水面至河床面，m；q-鼻坎末端断面单宽流量，m3/（s・m）；Z-上、下游水位差，m；k-综合冲刷系数，取1.4。

消能设施计算成果见表4：

表4 消能设施计算成果表

工况 L' 最大冲坑深度tk L'/tk 规范允许值

1000年一遇 38.34 10.26 3.74 >2.5

根据消能设施计算成果，消能防冲设施满足规范要求。

5 结语

对水库溢洪道进行除险加固，就是针对溢洪道存在的问题采取相应的措施，消除其工程隐患，并对加固方案进行水力计算，通过水力计算成果分析溢洪道加固后能否满足泄洪要求。

参考文献：

[1]SL253-2000 溢洪道设计规范[S].

[2]水力学（第二版） 成都科技大学水力学教研室编.