水库溢洪道泄洪安全的设计问题及对策

1 水库溢洪道泄洪安全设计面临的问题

1.1 尺寸设计和选址不合理

部分工程在尺寸初定阶段仅引用历史最大洪水资料，而未充分结合流域最新暴雨频率分析与气候变化情景，导致设计流量被低估，宽度、高程及流量系数偏小；又因选址时未全面评估左右岸地质条件、施工便捷性与后期扩容可能性，常出现进口高程过低、迎水冲刷区基岩风化严重或施工通道受限等隐患。一旦超标准洪水来临，过流断面不足会引起坝前回水抬高、库区漫顶乃至坝坡渗流增加，严重威胁大坝主体稳定。

1.2 结构设计不合理

在结构布置上，个别溢洪道仍沿用结构设计过于简化的矩形断面泄槽或空心重力式闸墩，未依据流速-流态差异优化断面形状，结果产生局部高速水舌和负压区；闸门启闭机容量偏小、预留检修空间不足，使得洪峰期间启闭受阻；消能工段常因坝下河床冲淤变化未及时复核，设置的消力坎、消力墩等辅助消能工或消力池本身尺寸不当，易发生抗冲材料被掏空、消能失效，进而加剧下游淘刷与堤岸坍塌。

1.3 平面及纵横剖面设计不合理

平面走向过于直线或纵比降突变，会导致水流加速过快、动能难以在消能段前有效释放；而坡度设置过缓又可能出现水深过大、淹没控制段闸门，削弱调洪功能。横向看，侧墙高度或泄槽段边坡采用单一线性形式，忽视洪峰期波浪爬高与漂浮物冲击，致使溅浪漫墙；纵剖面未考虑复杂地质交替，导致基底纵向刚度不均，引发结构裂缝与渗流通道，加大维护成本与安全风险。

1.4 溢洪道的平面弯道设计不合理

为节约征地或避让构筑物，一些溢洪道采用急弯或多折线方案，却未按弯曲水力学理论核算偏压区与离心水位差，也缺少导流墩、挑水墙等附属整流设施。洪水过弯时流速分布不均，内弯沉积、外弯淘刷的现象显著，易造成护砌掏空与弯顶浪溅；同时强烈的横向涡流会削弱下游消能效果，增加闸门振动与结构疲劳，长期运行后可能出现弯段混凝土剥蚀、钢筋外露等病害，甚至形成新的溃决薄弱点。

2 水库溢洪道泄洪安全设计问题的应对策略

2.1 合理选址

在选址阶段应充分考虑水库两岸的地质结构、水力条件及施工可行性。优先选择地基稳固、岩体完整性高、抗冲刷能力强的区域布设溢洪道，以提高整体安全性。同时，要结合流域内洪水演进规律与洪峰传播路径，合理布置进口与出口，避免过流路径过长或穿越不稳定地段，降低水流冲击风险。选址过程还应预留后期扩容与维护空间，确保长期运行中的可调整性和安全保障。

2.2 优化布局

在总体布局上，应结合地形、水文和气象资料进行综合分析，科学确定溢洪道各功能段的布置顺序与相对位置。泄槽段应保持顺直、坡度适宜，减少急弯及高低落差，提升水流通畅性和消能效率；控制段应便于闸门设置与检修，消能段则应与下游河床匹配，确保流态稳定。此外，应结合数值模拟与物理模型试验，评估不同布局对水流状态与结构安全的影响，提升设计的可靠性与实用性。

2.3 完善溢洪道各部分结构设计

2.3.1 进水渠段

进水渠段承担着汇集库水、稳定来流、削减紊动的任务。布设时应依托天然岸线或山谷走势，采用微弯缓进、宽窄渐变的平面，使主流轴线与库盆水流夹角小于 15^∘ ，减少横向冲击。渠底高程要与设计最低库水位匹配，设置导流墩和防漂浮物拦污栅，确保来流均匀、杂物不过闸。渠壁与渠底宜整体衬砌 C30 以上混凝土，并在高流速区嵌设钢纤维或铺贴耐磨板，防止空蚀。必要时增设导气槽或消涡台阶，提前释放负压。渠段两侧预留检修栈桥与启闭机吊装通道，方便后期运维及扩容改造。

2.3.2 控制段

控制段是溢洪道的“阀门”，主要由溢洪堰鼻坎、闸墩、闸门及启闭机室组成。堰顶应采用弧形堰或宽顶堰，以利稳定过水；鼻坎棱线设置圆角，半径不小于 0.2m ，避免剪切流脱落形成空蚀。闸墩内设置消力井与横向空腔，减轻启闭机振动；墩顶必须布置环形止水与可更换式锚杆，方便检修。闸门可优先选用弧形钢闸门或叠梁闸门，并配置两级启闭系统——平时电动、战时或停电工况下配手摇或液压辅助，以提升可靠性。控制段底板应加设通长不锈钢泄水管和纵横排水沟，及时排除渗水，防止基底淤积及冻胀开裂。

2.3.3 泄槽段

泄槽段决定水流能量转换及输移效率。泄槽轴线宜保持顺直，纵坡控制在 1/25～1/50 ；如因地形需设折线，应在折点布置导流墩，并通过数值模型校核局部冲刷。底板采用整体式钢筋混凝土，厚度按最大静水压力与动水冲击双重校核，最小厚度不小于 0.6m ；每隔 20m 设置伸缩缝并嵌柔性止水带。为防止流速超 4m/s 的高能水舌空蚀，可在坡面布置分段挑流或阶梯式跌坎，同时预留气腔槽促使水流掺气。侧墙高度应结合波浪爬高与漂浮物高度系数，附加 0.5m 安全裕度；墙背设置锚杆并进行回填压重，提升整体抗滑及抗倾倒稳定。

2.3.4 消能防冲设施段

末端消能段需依据下游河床比降与尾水位选型。对中低水头、高尾水位，首选底流消力池、带有辅助消能工的消力池。鼻坎溢出口棱线处倒圆半径 ，防止空蚀；冲击池池底采用耐磨不锈钢复合板或 C40 纤维混凝土，并按“池底纵向排水沟+横向排水沟”布设排水系统。池后设置消力墩、撞击墩与扶壁墙，保证水流二次跌坎与回流，全段湍流区空化指数应控制在 0.15 以上。两岸护岸采取齿形压顶+格宾网箱护脚结构，延伸至下游稳定河段；基底外缘布置导流堤及反射墙，限制横向冲击。整体设计应结合物理模型复核，再通过原位板载数据监测校正，以确保长效安全。

2.4 合理的水力计算

水力计算是溢洪道安全设计的核心，应在确定设计洪水标准后，综合采用一维不稳定流、二维浅水方程及三维计算流体动力学（ComputationalFluid Dynamics, CFD）数值模拟，对溢洪道各工段水面线、流速分布及空化指数进行迭代校核；同时结合物理模型试验，验证高弗劳德数区段的紊流特性和掺气条件。计算过程中须考虑气候变化情景下可能出现的洪峰抬高、尾水位升高以及库区回水效应，及时调整堰顶高程和控制段宽度；对弯道、跌坎等局部水头损失应附加修正系数，以保证计算结果偏安全。最终成果应形成“设计流量-水位曲线”“闸门开度-过流能力曲线”及“能量余高-消能效率曲线”，为结构尺寸和运行调度提供可靠依据。

2.5 合理的结构计算

结构计算需遵循“整体稳定-局部安全”原则。首先对溢洪道进行多荷载组合分析，涵盖静水压力、动水冲击、地震作用、温度梯度及启闭机动力，采用有限元模型计算各工况下的位移、应力及裂缝宽度；对高水头工况还需进行流固耦合分析，校核闸墩、堰体及底板的抗滑、抗倾覆和抗浮安全系数。混凝土截面配筋按极限状态设计，重要部位采用双向配筋并掺加抗裂纤维；伸缩缝与止水带位置需结合应力集中区布置，并通过锚固钢板或剪力键增强缝间传力。对于地基承载力不足段，应配置抗拔桩或压重梁，并进行帷幕灌浆减少渗流。最终形成详图及材料明细，确保施工可行、运营安全且便于后期监测养护。

3 结语

综上所述，水库溢洪道作为防洪泄洪的关键设施，其设计的科学性和合理性直接关系到水利工程的安全运行和区域防洪能力。本文针对当前溢洪道设计中存在的尺寸选址、结构布局、平面与剖面设计等问题，提出了合理选址、优化布局、完善结构设计及精确水力和结构计算等切实可行的对策。

参考文献

[1]徐高瑞.某水库溢洪道优化设计模型试验研究[J].江西水利科技，2020，46（1）：51-56.

[2]王永亮，张冠营，张艳方，等.前坪水库溢洪道控制段施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计，2018，25（20）：35-37.