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小型水庫(kù)加固設(shè)計(jì)中的溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

發(fā)布時(shí)間:2018-06-25 來(lái)源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:


  摘 要:為了加固小型水庫(kù),本文對(duì)溢洪道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,對(duì)溢洪道進(jìn)行簡(jiǎn)要概述,其次,以B工程為例,分析該工程存在的問(wèn)題,提出優(yōu)化設(shè)計(jì)需求。最后,制定兩套優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,并從中選取一種合適方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明,本文提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以解決水庫(kù)容量小問(wèn)題、上游水庫(kù)報(bào)廢以后洪量大的問(wèn)題,但是在資金控制方面有待進(jìn)一步探究。
  關(guān)鍵詞:小型水庫(kù) 溢洪道 優(yōu)化設(shè)計(jì)
  水庫(kù)的核心部分為溢洪道,其設(shè)計(jì)方案是否滿足合理要求、科學(xué)要求,決定了洪水期水庫(kù)是否安全。近年來(lái),由于工程造價(jià)原因,投資資金無(wú)法滿足預(yù)算,加大了工程實(shí)施難度。通常情況下,為了節(jié)省投資,大部分施工隊(duì)伍以較低的洪水指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)溢洪道,導(dǎo)致水庫(kù)安全無(wú)法得到保證。如何在控制成本的前提下,對(duì)溢洪道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),成為了當(dāng)前首要解決問(wèn)題,本文將對(duì)此展開(kāi)研究。
  1.溢洪道簡(jiǎn)介
  溢洪道指的是一種防洪設(shè)備,以水庫(kù)等水利建筑物呈現(xiàn)。通常情況下,建筑在水壩的一側(cè),從整體來(lái)看,其外觀像一個(gè)大槽。根據(jù)該區(qū)域?qū)嶋H情況,設(shè)置一個(gè)安全限度,如果水庫(kù)中的水位超出安全限度,此時(shí)溢洪道將發(fā)揮其作用,水將向下游流出,使得水壩免遭破壞。溢洪道主要由4部分構(gòu)成,分別是出水渠、泄槽、控制端、進(jìn)水渠。
  2.工程概況分析
  本次研究以B工程為例,通過(guò)分析該工程當(dāng)前存在的問(wèn)題,結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn),對(duì)工程優(yōu)化需求展開(kāi)詳細(xì)分析,將其作為溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。
  2.1工程簡(jiǎn)介
  B工程位于2個(gè)自然村交界處,該區(qū)域構(gòu)建的小型水庫(kù)數(shù)量為4個(gè),竣工時(shí)間為1980年,于1981年正式投入使用。其構(gòu)建目的為調(diào)節(jié)縣城北部的干渠流量,防止洪水對(duì)該區(qū)域造成破壞、威脅到居民安全與養(yǎng)殖,使得免遭經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì),4個(gè)水庫(kù)流量控制面積總量為25.3平方千米。目前,雖然這4個(gè)水庫(kù)的能力無(wú)法滿足當(dāng)前功能需求,但是仍然具有一定泄洪能力與蓄洪能力。
  2.2工程存在的問(wèn)題分析
  由于B水庫(kù)建立的時(shí)間比較早,受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件限制,測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確率與測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確率無(wú)法得到有效保障,導(dǎo)致最終的測(cè)量結(jié)果精確度較低。經(jīng)過(guò)36年的使用,該工程周邊發(fā)生的變化較大,比較常見(jiàn)的現(xiàn)象為土石塌方。不僅如此,B水庫(kù)在設(shè)計(jì)中,沒(méi)有專門的溢洪道,而是用排水管來(lái)構(gòu)建泄洪建筑,并且30多年的使用沒(méi)有專人負(fù)責(zé)看護(hù),導(dǎo)致水庫(kù)淤泥嚴(yán)重,雜草較多。因此,B水庫(kù)的設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿足當(dāng)前泄洪需求,急需對(duì)其采取改造處理,制定泄洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
  2.3優(yōu)化需求分析
  首先,此次設(shè)計(jì)需要通過(guò)數(shù)值計(jì)算,對(duì)當(dāng)前B工程情況進(jìn)行復(fù)核,為水庫(kù)基本信息的準(zhǔn)確性提供保障。其次,根據(jù)工程情況,選取溢流堰形。最后,針對(duì)溢洪道自身,制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
  3.小型水庫(kù)加固設(shè)計(jì)中的溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)
  考慮到B工程使用了36年,其周圍環(huán)境與自身發(fā)生了一些變化,所以,通過(guò)計(jì)算參數(shù),確定其發(fā)生變化大小,得到當(dāng)前水庫(kù)參數(shù),將其作為此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究依據(jù),可以在一定程度上提高優(yōu)化方案的可行性。
  3.1數(shù)值計(jì)算
  本次研究采用經(jīng)驗(yàn)公式法和推理公式法,對(duì)B1水庫(kù)洪峰流量進(jìn)行計(jì)算,得到結(jié)果見(jiàn)表1。
  除此之外,還需計(jì)算3個(gè)水庫(kù)的泄洪情況。本次研究對(duì)這3個(gè)水庫(kù)的庫(kù)容進(jìn)行綜合分析,通過(guò)聯(lián)合調(diào)用這兩個(gè)結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)泄洪。如表2所示為匯總結(jié)果。
  以上數(shù)據(jù)將作為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案制定的主要依據(jù)。
  3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)
  本次研究針對(duì)B水庫(kù)當(dāng)前的實(shí)際情況,分別對(duì)溢流堰、溢洪道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
  3.2.1溢流堰優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的制定
  溢洪道設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一為溢流堰的選取,要求堰形滿足設(shè)計(jì)需求。目前,應(yīng)用較多的堰形有兩種,分別是寬頂堰、實(shí)用堰。其中,寬頂堰在施工期間,不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的挖掘量,對(duì)溢流前緣長(zhǎng)度要求較多,必須達(dá)到規(guī)定長(zhǎng)度,并且陡槽和隱渠都比較寬;實(shí)用堰在深度方面具有一定要求,需要根據(jù)實(shí)際情況制定設(shè)計(jì)方案,使其滿足上游堰高度要求。通常情況下,寬頂堰的上游堰高度更低一些。對(duì)于此次研究,由于采用的適用堰對(duì)應(yīng)的工程量比較小,在其基礎(chǔ)上,需要根據(jù)B水庫(kù)周圍地形特點(diǎn),完成實(shí)用堰設(shè)計(jì)方案的制定。
  3.2.2溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的制定
  根據(jù)上述分析,本文對(duì)溢洪道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)定的優(yōu)化方案有兩種。
 。1)采取敞開(kāi)設(shè)計(jì)思路,選取防汛道路作為研究突破口,利用架設(shè)橋梁方式構(gòu)建防汛道路,該道路位于溢洪道頂端,其下游用于構(gòu)建明渠溢洪道,從而形成完整溢洪道。
 。2)根據(jù)表2中的數(shù)據(jù),第二個(gè)方案的制定是B水庫(kù)改造的首要選擇方案。該方案將溢洪道的位置設(shè)置在防汛道路中間,并在該道路穿過(guò)的部分需要修建涵洞,不僅如此,道路的后側(cè)也需要采取同樣措施處理。
  以上兩種處理方案均滿足設(shè)計(jì)要求,但是兩個(gè)方案相比,方案1的工作量更大一些,需要在方案2構(gòu)建的建筑基礎(chǔ)上,再添加一個(gè)橋梁架設(shè)工作。本次研究提出的設(shè)計(jì)目的是在控制成本的前提下,對(duì)溢洪道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。所以,本次研究選取第二個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案去實(shí)施。
  另外,溢洪道的建設(shè)位置設(shè)計(jì)在防水洞的上方,兩者交叉后通過(guò),但是與河面的末端還留有一定距離。關(guān)于溢洪洞的設(shè)計(jì),分為挑流段、下游陡坡段、上游陡坡段、堰后收縮段,總長(zhǎng)度218.421m,其具體設(shè)計(jì)為:
  挑流段:挑流鼻坎斷面寬度3.5m,挑流段長(zhǎng)度15m,側(cè)墻高度4.2m,護(hù)坡段水平距離14m,地面高差8.6m,消力池長(zhǎng)度14m。
  下游陡坡段:側(cè)墻高度2.7m,拱高1.5m(0+0~89+97),底寬度3.5m,總長(zhǎng)147.79m。
  上游陡坡段:側(cè)墻高度2.9m,拱高1 . 5 m,底寬度3 . 5 m,總長(zhǎng)40.45m。
  堰后收縮段:底寬從6.6m縮減到3.5m,總長(zhǎng)度15.17m。3.2.3優(yōu)化結(jié)果分析
  將上述方案應(yīng)用到實(shí)踐改造中,得到的優(yōu)化結(jié)果為:該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以解決水庫(kù)容量小問(wèn)題,不僅如此,還可以上游水庫(kù)報(bào)廢以后洪量大的問(wèn)題,但是建設(shè)規(guī)模較大。雖然相比方案一降低了成本,但是仍然需要大量資金。
  4.總結(jié)
  本文主要對(duì)小型水庫(kù)加固設(shè)計(jì)中的溢洪道展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。此次研究以B工程為例,通過(guò)分析該工程當(dāng)前存在的問(wèn)題,提出優(yōu)化設(shè)計(jì)需求,提出關(guān)于溢洪道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本次研究提出兩套設(shè)計(jì)方案,根據(jù)B工程水庫(kù)洪水流量計(jì)算結(jié)果,優(yōu)選第二種設(shè)計(jì)方案,并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。實(shí)踐結(jié)果表明,本文提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案雖然可以解決問(wèn)題,但是在資金控制方案有待進(jìn)一步探究。
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