浅谈竖井式溢洪道设计计算（水利）
白雪莲 刘云贵
（红河哈尼族彝族自治州水利水电工程地质钻探队，云南蒙自 661100）
【摘 要】 在水利枢纽布置中，多采用竖井式溢洪道，退水隧洞与导流输水隧洞相结合，减少地表土石方开挖扰动。本文介绍了竖井式溢洪道环形溢流堰的水力计算及漏斗段体型的设计计算，为水工设计提供参考依据，拓宽溢洪道设计思路。
【关键词】 泄流能力计算；工程布置；漏斗段设计；退水段复核；投资比较
中图分类号：TV651.1 文章编号：1005-4774( 2016) 06-0021-04
东观音山水库灌区位于元阳县新街镇，坝址距新街镇政府10km，距元阳县城40km。东观音山水库是一座集灌溉和城乡生活供水为一体的综合利用小(1)型水库。坝址处校核洪峰流量仅22.04 m3/s，推荐坝型为土质防渗体分区坝。由于土石坝不具备坝身过水条件，需布置岸边泄洪设施。坝址两岸岸坡较陡，无天然垭口，坝址区覆盖层较厚，布置岸边正槽溢洪道或侧槽溢洪道均存在开挖工程量大和高边坡稳定问题。且工程区内植被较好，多为成年杉木，水库所在地为世界遗产红河哈尼梯田景区附近，所以该工程设计应尽量保护原生态森林草地，应尽可能地减少开挖和对地表的破坏。
1设计思路
根据以上条件，该工程设计思路为改变常规溢洪道设计布置原则，尽量减少对工程区植被破坏。故采用竖井溢洪道作为该工程的泄水建筑物，竖井溢洪道的退水隧洞结合导流隧洞布置，这样既有效地解决了泄水建筑物布置困难问题，又可节省工程投资。
2工程布置
将竖井式溢洪洞布置于大坝左岸，与导流洞同一侧。竖井式溢洪洞由环形溢流堰（漏斗段）、竖井及消能塘段、退水隧洞及明渠段、陡槽段、消能段和出水渠组成。溢洪洞全长260.35m，其中环形溢流堰（漏斗段）长1.65m，竖井段长28.18m，消力井深2.2m，连接段长3m。为与导流隧洞结合，无压退水段长158m，明渠段长8. 5m，导流洞泄槽段长41.82m，消能段长9m，出水渠段长6m。
工程枢纽布置如图1所示。
从平面布置图上可看出，河岸式溢洪道占地面积明显较大，对地表扰动较多；竖井式溢洪道只是进口需要明挖，以下部分均在地下进行施工，并可利用导流隧洞为退水隧洞，对地表植被破坏影响较少。
竖井式溢洪道堰型为宽顶堰。进水前缘为圆形，堰宽不同半径的进水口进行调洪计算，成果如表1所列。
根据表1可知，不同半径调洪后的洪水位相差不大，应取用半径较小、工程量较小、易于布置的为推荐方案。但经过漏斗段曲线轮廓线的计算后，当半径为1. 5m时，水舌厚度较合理，故选用半径1.Sm宽的堰。校核洪水位为1937. 56m，相应下泄流量为6.72m3/s；设计洪水位为1937. 44，相应下泄流量为4.68m3/s。
3水力计算
3.1 溢洪道泄流能力计算
过流能力计算公式：
设计堰型为宽顶堰，m为流量系数，查《水工设计手册》第7卷得m=0.38。查图表中P=0.5m，H=0.56m，R为进水口前缘半径，R=4.3m。计算结果如表2所列。
3.2环形溢流堰的漏斗段体型及水力计算
堰型为环形宽顶堰，堰顶平台为4. 3m，进水口前缘半径为1.5m，平台的半径适用Rp1=4.3m>(5~7)H。
3.2.1 堰顶末端后接抛物线漏斗段计算
a．首先计算出堰顶末端流速为
没计结果如表3所列。
d．根据表3作图后，得出漏斗段的轮廓线。以水舌起点中心为坐标原点，查得漏斗段的轮廓线坐标如表4所列。
漏斗段曲线段长1.65m，采用C25钢筋混凝土衬砌。
漏斗段体型如图2所示。
3.2.2 井口导流防涡措施
井口如有严重的水流旋涡，将会降低下泄流量。进口周围已满足大于2D的开挖轮廓，为引导水流平顺入井，不产生旋涡，该工程在垂直于水流的轴线上设置防涡导墙。
导水墙长度L=(2.5~3)H，经计算L=1.4m。
3.2.3 退水段复核
退水段长158m，用已完成导流任务的导流隧洞退水，断面为1. 5m×1.8m城门形隧洞，采用C25钢筋混凝土衬砌，厚0. 35m。
导流隧洞过流复核，采用明渠均匀流公式(Q=
)，推得表5。
由表5可知当最大下泄流量为6.72m3/s时，导流洞内水深为0.6~0.7m，可满足导流洞退水要求。
4投资比较
比较方案：在左岸设河岸式溢洪道，土方开挖量为5380. 81m3，石方开挖量为2306. 06m3，导流隧洞+岸坡式溢洪道总投资为448. 44万元。推荐方案：竖井式溢洪道，竖直暗挖土方105.8m3，竖直暗挖石方45. 34m3，导流隧洞+竖井式溢洪道总投资为276. 34万元。从投资上分析，因竖井式溢洪道减少了边坡支护和衬砌等工程量，投资比常用河岸式溢洪道少38%。
5 结语
本文主要是对竖井式溢洪道泄流能力、布置、漏斗段体型设计、退水段复核、投资比较等方面进行了分析，为类似水利工程设计提供参考。
