任务一 分洪工程

一、概述

1.分洪工程的类型

根据分洪方式的不同，分洪工程可分为分洪道式、滞蓄式和综合式三类。

(1)分洪道式分洪工程

在临近防护区的河道上游适当地点修建分洪道，将超过河道（下游防护标准）安全泄量的部分洪水通过分洪道排泄到防护区的下游，以保证防护区的安全。

1)承泄区为下游河道：利用分洪道绕过防护区将超过防护标准的部分洪水泄入防护区下游河道，如图3-1(a)所示。

2)承泄区为相邻河流：利用分洪道将超过防护标准的部分洪水泄入相邻河流，如图3-1(b)所示。

3)承泄区为海洋：利用分洪道将超过防护标准的部分洪水直接泄入海洋，如图3-1(c)所示。

(2)滞蓄式分洪工程

如防护区附近有洼地、坑塘、废墟、民垸、湖泊等承泄区（分洪区），能够容纳部分洪水时，可利用上述承泄区临时滞蓄洪水，在河道洪水消退后或在汛末，再将承泄区中的部分洪水排入原河道。

(3)综合式分洪工程

如果防护区附近无洼地、民垸、坑塘、湖泊等分洪区，但在防护区下游不远处有适合的分洪区，则可在防护区上游的适当地点修建分洪道，直达上述分洪区，将超标准的部分洪水泄入防护区下游的分洪区，如图3-3(a)所示。也可利用临近的河沟筑坝形成水库作为分洪区，并修建分洪道将河道超标准洪水引入水库滞蓄，如图3-3(b)所示。

2.分洪方式的选择

（1）如防护区的下游地区无防护要求，下游河道的泄洪能力较高，而且在防护区段内有条件修建分洪道，可采用分洪道绕过防护区将超过防护标准的部分洪水泄入下游河道。

（2）如防护区临近大海，防护区下游河道的行洪能力不高，则可采用分洪道将超过防护标准的部分洪水直接泄入海洋。

（3）如防护区附近除原河道外，尚有相邻河流，而且两河相隔的距离不大，则可采用分洪道将原河道的部分洪水排入相邻河道。

（4）如防护区附近有低洼地、坑塘、民垸、湖泊等临时承泄区，而且短期淹没的损失不大，则可考虑采用滞蓄分洪方案。

（5）如承泄区(分洪区)位于防护区下游不远处，则可考虑采用分洪道和滞蓄区综合防洪的方案。

3.分洪道线路的选择

（1）分洪道的线路应根据地形、地质、水文条件来确定，尽可能利用原有的沟汊拓宽加深，少占耕地，减小开挖工程量。

（2）分洪道应距防护区和防护堤有一定距离，以保证安全。

（3）分洪道的进口应选择在靠近防护区上游的河道一侧，河岸稳定，无回流及泥沙淤积等影响。

（4）对于直接分洪入下游河道和相邻河道的分洪道，分洪道的出口位置除应考虑到河岸稳定，无回流和泥沙淤积等影响外，还应考虑到出口处河道水位的变化、分洪的效果和工程量等的影响。

（5）分洪道的纵坡应根据分洪道进、出口高程及沿线地形情况来确定，在地形及土质条件允许的情况下，应选择适宜的纵坡，以减小分洪道的开挖量。

4.分洪闸和泄洪闸闸址的选择

（1）分洪闸的闸址应选择在防护区上游的适当地点，应有利于分洪，保证下游河道安全泄洪和防护区的安全。

（2）分洪闸应选择在稳定的河岸上，当必须选择在河流弯道上时，应尽可能设置在弯道的凹岸，以防河水的淘刷。

（3）分洪闸的闸址最好选择在岩石地基上，当必须设置在土基上时，应选择地基土质均匀、压缩性小、承载力较大的地基，以防产生过大的沉降和不均匀沉降。同时地基的透水也不应过大，以便于闸基的防渗处理。

（4）分洪闸的闸孔轴线与河道的水流流向应成锐角，以使水流顺畅，便利分洪，并防止闸前产生回流，影响分洪效果和闸前水流对闸基的淘刷。

（5）为了节约投资，可增设临时扒口分洪口门，在大洪水期间配合分洪闸同时分洪，以满足最大洪峰流量通过时能迅速分洪，降低河道洪水位的要求。

（6）根据分洪区地形和排水的要求来确定泄洪闸(排水闸)的位置，一般泄洪闸应设置在分洪区下游，距下游河道较近的地方，闸址土质均匀，压缩性小，承载力较大。

（7）为了加快汛后分洪区内洪水的排泄，以满足农业和生产的要求，可根据排水时间的要求和泄洪量的大小，在分洪区靠近原河道的适当位置增设扒口泄洪入原河道的临时性排洪口门，配合排水闸联合泄洪。

5.分洪闸的运用原则

（1）当河道洪水超过防护区设计洪水标准时，分洪闸开闸分洪，以保证河道安全泄洪。

（2）分洪闸应以闸前水位(河道安全泄量时相应水位)或安全泄量作为闸门启闭的条件。

（3）分洪闸应根据闸前水位确定所需要的分洪流量及闸门开启高度，并应根据闸前及分洪区内水位的变化情况，及时调整闸门的开启高度。

（4）当河道洪水超过设计洪水标准时，在分洪区容量允许的情况下，除分洪闸进行分洪外，还可选择适当地点扒口临时分洪，以保证防护区的安全。扒口宽度应根据分洪流量来确定，并应考虑到0.7～0.8的分洪有效系数。扒口分洪应在最大洪峰到达之前扒开缺口，以便能及时分洪。

6.滞蓄区(分洪区)

如前所述，滞蓄区可以是洼地、坑塘、废墟、民垸、湖泊等，如果防护区附近有支沟或沟壑，也可以在支沟或沟壑上修建堤坝形成水库作为滞蓄区，将超标准洪水通过分洪道引入水库，并在堤坝内设置泄水涵管，在河道洪水通过后或汛末再从水库中将滞蓄洪水排放到河道。

对于较大型的滞洪区，在滞洪区内人口比较密集的居民点、贸易集镇和工厂比较集中的地点，应选择地势较高的地方，必要时可在四周修筑围堤，布置安全台或安全区，以保证滞洪区分洪时人民生命财产的安全。

二、分洪道

分洪道有两类，一类是利用临近的河沟经过整治后用作分洪道，另一类是新开挖渠道作为分洪道。

(1)渠道的断面形状

    渠道的断面形状决定于水流条件、地质条件、运用条件和施工条件。

1)挖方渠道

在土质地基中开挖的渠道，最常采用的断面形状为梯形，如图３-4(a)所示，这种断面形状的优点是便于施工，并能保证渠道边坡的稳定性；当开挖深度较大时，为了减小开挖量，又能保证渠道边坡的稳定，常做成复式断面的形状，如图３-4(b)所示；当渠道水深较大，或渠道经过层状地基时，可采用上下边坡坡率不同的多边形渠道，如图３-4(c)所示；当渠道靠近居民点或建筑物，要求宽度较小时，两侧可利用挡墙做成矩形断面，如图３-4(d)所示；当渠道位于坚固的岩石地基中时，可采用矩形断面，如图３-4(e)所示；当渠道经过山坡时，可做成如图３-4(f)所示的断面形状。

2)填方渠道

填方渠道通常也采用梯形断面，如图３-4(g)所示。

3)半填半挖渠道

对于在平地上的半填半挖渠道，通常也做成复式的梯形断面，如图３-4(h)所示；当渠道经过山坡时可利用挖坡的土做成如图３-4(i)所示断面形状；当渠道经过坡地或浅滩，挖深较浅时，可做成如图３-4(j)所示的断面形状。

(2)渠道的断面尺寸

1)渠道的底宽

    渠道的底宽受施工条件的影响，对于人工开挖的渠道底宽一般不小于0.5m，对于机械开挖的渠道底宽则不小于1.5～3.0m。

2)渠道的边坡

渠道的边坡与土壤的性质、渠道的开挖深度、渠道中的水深和渠道的使用条件(水位迅速升降的情况)等有关。

对于挖方渠道：如果渠道的开挖深度大于5.0m，渠中水深大于3.0m，渠道的边坡应通过稳定分析来确定；如果渠道的开挖深度小于5.0m，渠中水深小于3.0m，渠道的边坡可采用表3-1中所列的数值。

土壤类别	边坡坡度
	水下边坡	水上边坡
细粒砂土	3.0-3.5	2.5
疏松砂土和砂壤土、不密实的淤积黏土	2.0-2.5	2.0
砂、密实的砂壤土和轻黏壤土	1.5-2.0	1.5
中等黏壤土和黄土	1.5	0.5-1.0
重黏壤土、密实的黏性土和一般黏土	1.0-1.5	0.25-0.5
密实的重黏土	1.0	0.5-0.75
卵石土和砂砾土	1.5	1.0
卵石和砾石	1.25 -1.5	1.0
风化岩和砾石	0. 25 -0.5	0.25
完整岩石	0.1-0.25	0

对于填方渠道：当渠道的填方高度大于3.0m时，渠道边坡应通过稳定分析和参考已建工程来确定；当渠道的填方高度小于3.0m时，渠道边坡可按表3-2所列数值采用。

土壤类别	流量（m3/s）
	>10.0		2.0〜10.0		0. 5〜2.  0		<0.5
	内坡	外坡	内坡	外坡	内坡	外坡	内坡	外坡
黏土、重壤土、中壤土	1.25	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
轻壤土	1.5	1.25	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
砂壤土	1.75	1.5	1.5	1.25	1.5	1.25	1.25	1.25
砂土	2.25	2.0	2.0	1.75	1.75	1.5	1.5	1.5

为了便于维护和管理，对于深挖方的渠道，在水上部分和水下部分之间应设置马道(戗道)，马道宽度一般为1.5～2.0m。

3）堤顶宽度和超高

渠道堤顶的宽度应视交通和使用管理的要求来确定，按构造要求应不小于2.0～2.5 m。堤顶在最高水位以上的超高，应根据风浪高度再加0.2～0. 65m的安全加高，也可参照表3-3采用。

流量（m3/s)	<30	30 ～50	50 ～	100	>100
超高（m)	0.45 ～0.60	0. 60～0. 80	0.80～	1. 00	>1.00

4）渠道的弯曲半径

当渠道转弯时，弯道内的水流会产生横向环流，水面会出现横向比降，这将会影响弯道处渠道的冲淤（即横向稳定）和凹岸渠堤的高度。为了保证弯道处渠槽的横向稳定，以弯道顶点为准，将弯道分为前半段和后半段两部分。前半段弯道的最小稳定半径可按下式计算：

式中ｒ——弯道前半段的最小稳定半径，m；

B——弯道处的水面宽度，m；

ｖ——弯道上游直线渠段的断面平均流速，m／s；

ｖ′——凹岸土壤的不冲流速，m／s。

弯道后半段的最小稳定半径r可取为3B。根据弯道前半段最小稳定半径和后半段最小稳定半径，取其中的较大者作为弯道的最小稳定半径，一般也可直接取弯道半径r＝5B。

5)渠道的水力最佳断面和实用经济断面

a、水力最佳断面

对于梯形断面渠道，水力最佳断面的宽深比和渠道边坡坡率m具有如下的关系：

                                     (3-3)

式中:--—渠道的宽深比；

         ——渠底宽度(m)；

         ——渠道中的水深(m)；

         ——渠道的边坡坡率。

由公式(3-3)可知，当=0时(矩形断面)，即，由此可知，矩形水力最佳断面是一种宽浅式的断面。在一般土渠中，由于梯形断面的边坡坡率>1，由公式(3-3)可知，一般情况下宽深比<1，故梯形水力最佳断面是一种窄深式的断面。

b、实用经济断面

窄深式断面对施工是不利的，若某一过水断面面积A与水力最佳断面面积比较接近，而又能适应各种条件的需要，这种断面称为实用经济断面。若某过水断面面积为A，水力最佳断面面积为，两者的比值用表示，即：

                                       (3-4)

式中：、——某过水断面A相应的平均流速(m／s)和水力半径(m)；

      、——与上述过水断面A接近的水力最佳断面的平均流速(m／s)和水力半径(m)。

在流量Q、坡降i、渠道粗糙系数n和边坡坡率m一定的情况下，可得某断面和水力最佳断面之间的水力关系如下：

                              (3-5)              

                        (3-6)

    式中：、——某断面的底宽和水深(m)；

          ——水力最佳断面的水深(m)。

式(3-5)和式(3-6)即为实用经济断面的计算公式，其中α值可根据地形、施工条件等实际情况选定，一般取其略大于1.0。

在确定实用经济断面时，先按水力最佳断面计算出h_m值，根据选定的α值由式(3-5)计算比值h／h_m，从而确定实用经济断面的水深h=αh_m；然后再根据α和h／h_m值由式(3-6)计算比值β，并据此确定实用经济断面的底宽b＝βh。