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小水库溢洪道泄洪能力复核——以昌乐县某小型水库为例摘要：山东省内小型水库数量较多，在防洪、灌溉方面发挥着重要作用，但因建成年代久远，水库特性、水文情况发生改变，且鉴于近年来时有小型水库发生漫坝险情，全省范围内开展小型水库溢洪道泄洪能力复核工作。
本文以昌乐某小型水库为例，对小型水库溢洪道泄洪能力复核工作的内容、流程及方法进行了分析探讨。
关键词：昌乐县；小型水库；溢洪道；泄洪能力引言近年来我国暴雨频发，部分地区发生严重洪涝灾害，部分小型水库出现漫坝、溃坝等重大险情，如3·1西沟水库漫坝事件，造成严重损失。
为做好水库安全度汛工作，全省范围内开展小型水库溢洪道泄洪能力复核工作，以便及时清除泄洪障碍，恢复泄洪能力，保证泄洪安全。
1小型水库基本情况（1）流域概况该水库为小（2）型水库，位于昌乐县乔官镇，属弥河水系大丹河支流，水库坝址以上集水面积为12km2，流域呈狭长形，地势南高北低，流域属山区丘陵区，坝址以上河道平均干流比降为0.0324m/m。
（2）水文气象昌乐县属暖温带大陆性半湿润季风型气候，四季分明，干湿季明显，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。
根据昌乐县气象局实测资料，昌乐县多年平均气温12.5℃，工程所在区域多年平均降水量634.2mm，由于季风的影响，降雨量集中在6～9月，特别是7～8月。
干旱指数1.71，年径流深181.5mm。
无霜期190d，多年平均日照时数为2668.0h，日照百分率为60%。
光照充足，雨热同期。
（3）工程概况水库由大坝、溢洪道等组成，水库大坝为均质土坝，最大坝高10.5m，坝顶高程140.00m，坝顶宽度5~12m，坝轴线长度280m，坝顶路现状为砂石道路。
迎水坡坡比1：2.5，自锁水工砖/草皮护坡；背水坡坡比1:2.0，草皮护坡，有纵横向排水沟。
溢洪道位于大坝左岸，开敞式溢洪道，建有生产桥一座，堰顶高程136.40m，溢洪道堰顶净宽30.0m。
水库总库容为48.71万m3，工程规模为小（2）型，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。
某水库溢洪道设计一、设计方案理论论证某水库由于当年的条件限制，所以工程质量较差，加之近40年的运行，反复冻融破坏，结构、设备老化，水库诸多隐患，水库经专家鉴定，评价为：溢洪道无底板，右侧边墙短，破坏严重，安全评定为C级。
根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》（SL253-2000），对溢洪道进行计算和设计。
该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。
（一）、溢洪道水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。
溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取n=0.016。
溢洪道为3级建筑物，按10年一遇设计，20年一遇校核的洪水标准。
（二）、进水渠的设计根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），进水渠的布置应依照以下原则：选择有利的地形、地质条件；在选择轴线方向时，应使进水顺畅。
进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。
进水渠的地基为土基，故采用梯形断面；底坡为平底坡，边坡采用m=0.5。
根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）进水渠设计流速宜采用3~5m/s，渠内流速取υ=3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是18.259m。
进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1-2。
表1-2 进水渠断面尺寸计算表- 1 -- 2 -由计算可以拟定引渠底宽B=10 m （为了安全），引渠长L=10m 。
（二）、控制段的设计控制段也叫溢流堰段，控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，其作用是控制泄流能力。
本工程是以灌溉为主的小型工程，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，开敞式溢流堰有较大的超泄能力，故堰型选用开敞式宽顶堰，断面为矩形。
顶部高程与正常蓄水位齐平，为18.80m 。
堰厚δ拟为8米（2.5H<δ<10H ）。
堰宽由流量方程求得，具体计算见表1-3。
表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g)由计算知，控制堰宽取b=15m 为宜。
2.4 溢洪道设计和计算根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》（SL253—2000）（该规范适用于大、中型水利水电工程中岩基上的1、2、3级河岸式溢洪道），对溢洪道进行计算和设计。
该工程中，河岸式溢洪道由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲段及出水渠组成。
2.4.1 进水渠和控制段的设计2.4.1.1 溢洪道的水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址（厂址）水位流量关系曲线可得出相应的下游水位，并与上游水位相减得出上下游水头差，并以此列表。
表4、溢洪道水力计算成果表2.4.1.2控制段的设计控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物。
堰型可选用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰、宽顶堰、驼峰堰等型式。
开敞式溢流堰有较大的超泄能力，宜优先选用。
宽顶堰结构构简单，施工方便，但流量系数低故不选用。
实用堰需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂也不选用，而驼峰堰的堰体低，流量系数较大，设计与施工简便，对地基要求低，所以工程设计中采用驼峰堰，并且在两侧设置边墙。
2.4.1.3 控制段的计算采用的驼峰堰为低堰，且开敞式堰面，根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000）中，对于1 1.33d P H <的低堰，堰面曲线定型设计水头max (0.650.85)d H H =，则选用中间值0.75，其中max H 为校核流量下的堰上水头（校核水位与堰顶水头之差）为12.42m ，最后得出设计水头d H 为9.315m 。
根据《溢洪道设计规范》中驼峰堰堰面曲线图（（A.1.5）驼峰堰剖面示意图）及表（（A.1.5）驼峰堰体型参数），选用a 型，得出了该工程中驼峰堰的剖面尺寸。
表5、驼峰堰的剖面尺寸示意图且得到堰底高程，即堰顶高程与上游堰高之差，为122m —2.24m=119.76m 。
2.4.1.4进水渠的设计图2 驼峰堰剖面示意图根据《溢洪道设计规范》（SL253—2000），进水渠的布置应依照下列原则：选择有利的地形、地质条件；在选择轴线方向时，应使进水顺畅；进水渠较长时，宜在控制段之前设置渐变段，其长度视流速等条件确定，不宜小于2倍堰前水；渠道需转弯时，轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度，弯道至控制堰（闸）之间且有长度不小于2倍堰上水头的直线段。
5.5.3设计洪水水面线推算根据防洪设计标准及洪水分析，设计流量采用P=10%设计洪峰流量确定整治河道的治导岸线。
根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。
（1）水面线推算的基本公式水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程，在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。
具体如下：2g2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速； 2Z 、2V ——下游断面的水位和平均流速；j f w h h h +=——上、下游断面之间的能量损失；l RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失；)22(2221gVg V h j -=ζ——上、下游断面之间的局部水头损失；ζ——局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，由于断面逐渐扩大的ζ取值0.333，桥渡处ζ取值0.05~0. 1。
C ——谢才系数； R ——水力半径；α——动能修正系数。
（2）河道糙率河道的粗糙系数受到河床组成床面特性、平面形态及水流流态、植物、岸壁特性等影响，情况复杂，不易估计，本工程河道基本顺直，床面平整，经过整治的河床粗糙系数可以采用《水工设计手册》第一卷P1-404介绍的当量粗糙系数xNxn n ∑=1当 ；设总湿周x 的各组成部分1x ，2x ，……N x 及所对应的粗糙系数分别为n 1，n 2……n N 。
选用砂土及淤泥渠道n=0.030；砌石护面n = 0.030；草皮n = 0.030。
本工程护坡基本为干砌块石及草皮，护底采用天然地层。
根据水位情况可以计算出不同水位下的综合糙率为0.030。
（3）水面线计算成果根据城市发展规划和河段所处的地理位置条件，确定河道横断面采用梯形断面型式。
护坡类型共有草土体结合柳桩护坡、干砌石结合格栅石笼护脚护坡两种，护坡边坡均为1:2。
结合上下游河床实际宽度和河道比降合理拟定断面底宽和纵向比降。
溢洪道⽔⾯线计算（分段求和法）3/sQ=[((b+mh)h)5/3i 0.5]/[n(b+2h(1+m 2)0.5)2/3]h =（αq 2/g）1/32.2 求临界⽔深（h k ）的计算：计算公式2 ⽔⾯线的定性分析2.1 正常⽔深（h 0）的计算：计算公式1.2 陡槽资料：(由设计确定)。
《⽔库溢洪道⽤分段求和法计算⽔⾯线》（棱柱体）1、基本资料1.1 洪⽔资料：(洪⽔资料由调洪演算成果所得).3.3 计算⽔⾯线3.3.2 分段并确定各段的计算⽔深2.3 求临界坡降i k 2.4 ⽔的流态及⽔⾯线定性计算公式i =gX /αC 2B 全长⽔位差（⊿h）3 计算⽔⾯线3.1 计算⽅法3.3.1 控制⽔深3.2 基本公式分段求和法((h i +v 2/2g)-(h i+1+v 2i+1/2g))/⊿L=i-J⽔流从缓流过渡到急流必须要经过临界⽔深hk，该临界⽔深即为控制⽔深。
V 12/2g E s1=h 1+V 12/2g同理，可求得X 2、R 2、C 2、 ……直到所列断⾯。
3.5 计算平均⽔⼒坡度（J 1-2）：断⾯的⽔⼒要素：X 1=b+2h 1(1+m)0.5R 1=ω1/X 1C 1=R 11/6/n平均⽔⼒坡度（J 1-2）：（J 1-2）=V 均2/C 均2R 均V均=（V 1+V 2）/2；R均=（R 1+R 2）/2；C均=（C 1+C 2）/23.6 计算两断⾯间的距离（L 1）：分别求出:同理，可求得h 2、ω2、V 2、E s2 ……直到所列断⾯。
两断⾯的⽐能差（⊿E s1-2）：⊿E s1-2=E s1-E s2ω1=(b+mh 1)h 1V 1=Q/ω1L 1=⊿E s1-2/(i-J 1-2)1～1断⾯：由已知的:分段计算，定各断⾯计算⽔深（h）3.4 计算两断⾯的⽐能差（⊿E s1-2）：h 1[V] >10α—5 计算边墙⾼度（H）：系数，α=1.0～1.34 计算掺⽓后的⽔深（h a）：计算公式：ha=h(1+αV/100)要考虑掺⽓对⽔深的影响。
1.基本资料1.1 水文规划资料根据调洪计算成果，后胡水库溢洪道消能防冲按30年一遇洪水标准设计，其相应下泄流量为204m3/s，50年设计洪水其相应下泄流量为234.5m3/s。
1000年洪水校核，其相应下泄流量为651.7m3/s。
1.2 溢洪道现状溢洪道位于大坝左岸，为开敞式，进口高程153.50m，下游河底高程136.00m，总落差17.50m，溢洪道总长457.4m，最大泄量651.7m3/s。
现状溢洪道一级明渠段右岸边坡进行了护砌，左岸边坡未防护，一级陡坡以下工程均未修建。
2. 设计标准本次设计溢洪道轴线结合工程现状布置进行布置，溢洪道总长度为396.581m，底宽28.0m。
溢洪道工程共分9个部分，具体设计如下。
1、进水渠段位于溢洪道桩号0+000～0+038.8之间，总长38.8m，底宽28.0m，底坡为-1/1000，底部不护砌。
进水渠段右岸边坡维持现状护坡不变，左岸采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
2、控制段位于溢洪道桩号0+038.8～0+058.8之间，总长20m，底宽28.0m，底坡为平坡，采用M7.5浆砌石护底，厚30cm。
控制段右岸边坡维持现状护坡不变，左岸采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
3、一级明渠段位于溢洪道桩号0+058.8～0+148之间，总长89.2m，底宽28.0m，底坡1/1000，底部在桩号0+138.8～0+148之间采用M7.5浆砌石护底，厚30cm，其余不护砌。
明渠段右岸边坡桩号0+058.8～0+076之间维持现状护坡不变；右岸桩号0+076～0+148采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1:1。
明渠段左岸桩号0+058.8～0+148之间采用M7.5浆砌石护坡，厚30cm，坡度为1：1。
4、一级陡坡段位于溢洪道桩号0+148～0+198之间，长50m，底宽28m，为梯形断面，底坡1/5，落差7.85m。
溢流坝段设计一、孔口设计1、孔口形式本设计溢流坝段采用开敞式溢流坝，孔口形式采用坝顶溢流式，堰顶不设闸门，所以溢流堰堰顶高程即为正常蓄水位605m。
2、孔口尺寸本设计溢流堰净宽51m，每孔净宽17m。
二、溢流坝剖面设计溢流坝曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成，溢流面曲线采用WES曲线。
1、设计依据《溢洪道设计规范》（SL 253-2002）2、基本资料有上述资料可得出H max=5.97m。
3、溢流曲线设计溢流曲线具体尺寸要求如下图一所示，其中H d为堰面曲线定型设计水头设计水头，规范要求按最大作用水头H max的75%到95%计算，本设计采用80%倍的H max，所以H d=4.78m。
上游堰高P1=42m>1.33H d=6.35m，所以本设计为高堰流量系数m d=0.502。
1)、曲线上游圆弧段参数计算如下表所示：曲线参数计算表2)、下游曲线段下游曲线段计算公式为：式中：H d为堰面曲线定型设计水头；x，y为原点下游堰面曲线横纵坐标；n与上游堰坡有关；k当P1/H d>1.0时，k值由规范查取，当P1/H d≦1.0时，k取2.0到2.2。
上游堰坡垂直，所以由规范查的n=1.85；P1/H d=8.8>1.0，所以由规范查的k=2.0。
综上所述，本设计溢流堰堰面曲线段公式为：经excel计算可得堰面曲线计算表如下表所示：3）、中间直线段直线段与曲线段的切点计算如下所示：代入数据计算可得：4）、下游反弧段本设计采用挑流消能，由规范查的反弧段半径R=(4~10)h0，式中h为校核水位闸门全开时挑流鼻坎反弧段最低点处的水深。
挑流鼻坎高程取579.00m（下游最高水位577.54m）。
反弧段最低点流速：式中：φ为堰面流速系数，由长江流域规划办公室提供的公式初步确定为：反弧段半径R=(4~10)h0，本设计反弧段流速为23.29m/s>16m/s，但流速也不是很大，同时考虑反弧段要与中间直线段相切，所以取R=6.42h0=9.95m。
溢洪道工程量计算引言介绍溢洪道工程量计算的目的和意义，以及本大纲涵盖的内容。
溢洪道工程量计算是指根据溢洪道设计的要求和参数，计算出其所需的工程量信息。
溢洪道作为水利工程中的重要组成部分，其设计和建设过程中的工程量计算是必不可少的环节。
本文将详细介绍溢洪道工程量计算的相关内容和步骤。
在进行溢洪道工程量计算之前，首先需要明确溢洪道的设计要求和参数。
这包括确定溢洪道的设计流量、设计水位、溢洪面积等重要参数。
通过对设计要求和参数的准确定义，可以为后续的工程量计算提供准确的基础数据。
溢洪道的净高是指溢洪面以上的高度，通常由设计水位和溢洪道顶部标高确定。
通过净高的计算可以确定溢洪道的尺寸和线型，从而为后续的工程量计算提供依据。
溢洪道的断面面积是指溢洪面以下的横截面积，通常通过溢洪道的净高和宽度计算得出。
根据溢洪道的断面面积，可以评估溢洪能力和流量承载能力，进而确定溢洪道的工程量。
溢洪道的长度是指溢洪道的线性距离，通常通过溢洪道的起点和终点位置计算得出。
溢洪道的长度是工程量计算中的重要指标之一，它直接影响到溢洪道的总体工程量。
综合考虑溢洪道的净高、断面面积和长度等因素，可以计算出溢洪道的总体工程量。
总体工程量包括但不限于混凝土用量、钢筋用量、土方开挖量等。
通过对总体工程量的计算，可以为溢洪道的施工和投资提供重要的参考依据。
本大纲详细介绍了溢洪道工程量计算的步骤和相关内容。
溢洪道工程量计算是确保溢洪道设计和建设顺利进行的重要环节，它直接影响到溢洪道的安全性和运行效果。
掌握这些计算方法和指标，可以提高工程师在溢洪道设计和施工中的准确性和效率。
本文将介绍如何计算溢洪道的尺寸，其中包括考虑水流量、水头、出口尺寸等因素。
溢洪道的尺寸计算需要综合考虑多个因素。
首先，需要确定水流量，即单位时间内通过溢洪道的水量。
水流量的计算通常基于流量公式，考虑到输入参数如河流或水库的特性，可以利用经验公式或专业软件进行计算。
另外，还需考虑溢洪道的设计泄洪能力，以满足特定的洪水放流要求。
岸边溢洪道设计6.3.1溢洪道说明溢洪道其主要任务是泄洪，土石坝不允许水过坝顶，需要专门修建泄洪建筑物。
根据本工程的地形条件，上游坝址左岸沿河流方向有一道呈现弧形的纵向凹槽，所以选择溢洪道设置在大坝左岸，为带胸墙孔口式岸边溢洪道。
溢洪道由引渠段、堰闸段、泄槽段、挑流鼻坎段组成。
6.3.2 溢洪道引水渠为了使水流平缓，减小或不发生漩涡和翻滚现象，进口采用喇叭口，进口宽度B=50m.设计流速4m/s，横断面在岩基上接近矩形，边坡根据稳定要求确定这里选择边坡坡度为1:0.5；采用梯形断面，进水渠的纵断面做成平底。
在靠近溢流堰前断区，由于流速较大，为了防止冲刷和减少水头损失，可采用混泥土护面厚度为0.5m。
6.3.3 控制段控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，溢流堰通常可以选择宽顶堰、实用堰、驼峰堰。
溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，溢流堰作用是控制泄流能力，本次设计采用实用堰，优点是流量大，在相同的泄流条件下需要的堰流前缘长，工程量小。
采用弧形闸门。
初步拟定堰顶高程H=设计洪水位—堰顶最大泄水位H0堰顶高程H=1838=1858.22—H 0，则H 0=20.22m 胸墙式孔口溢流堰形式的下泄流量Q 公式为：320=Q ε溢式中：ε ——闸墩侧收缩系数，0.9； m ——流量系数，0.48:； g ——重力加速度，9.81 2m/s ； B ——堰宽，12m;水位为设计洪水位1858.22m 时，堰顶高程1838m ，设计Q 溢=4645m3/s.则由上面公式计算得出的B=26.69m,取B=14m.表6.3-1溢洪道宽顶堰堰宽计算（忽略流速）计算取b=28m,孔口数2孔，弧形工作闸门取值14x19m(宽x 高)。
中墩厚3m,边墩宽1m,闸室宽度=14x2+3+2x1=33m.堰面曲线的确定开敞式堰面曲线，幂曲线按式（7-2）计算：1n n d x KH y -= （7-2）式中 Hd ——堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高P1≥1.33Hd 的高堰，取Hd=(0.75～0.95)Hmax ，对于P1<1.33Hd 的低堰，取Hd=(0.65～0.85)Hmax ，Hmax 为校核流量下的堰上水头.x 、y ——原点下游堰面曲线横、纵坐标； n ——与上游堰坡有关的指数，见表A.1.1；k ——当p1/Hd>1.0 时，k 值见表A.1.1，当P1/Hd ≤1.0 时，取k=2.0～2.2。
