水利工程渡槽设计中问题探究

水利工程渡槽设计中问题探究

杨旭

四川凯运工程勘测设计有限公司，四川 成都 610000

摘要：渡槽因其机动性强、施工方便、成本低等特点，被广泛应用于各种复杂的自然条件下。然而，由于复杂的自然环境、多变的水流以及传统的设计方法等因素的限制，渡槽的设计与施工面临着诸多困难。由于河道宽度较窄，渡槽设施往往设置在遮挡作用较强的地段，易造成水量分布不均匀，影响渡槽安全稳定运行。同时，渡槽基底易受岩体、水流等因素的冲刷，影响其稳定性及安全性。此外，相对于渡船或轮渡，水深变化相对较小，但由于水底起伏及流速变化等原因，仍会对水深变化产生影响。基于此，本文对水利工程渡槽设计中问题进行探讨。

关键词：水利工程；渡槽设计；问题

引言

就水利工程渡槽设计中的有关问题展开讨论，这已经成为水利事业的一项重要内容，这种研究特征使得相关人员在水利工程渡槽设计过程中，必须探索并创造新型的水利工程施工方式以及渡槽设计模式，这样才能提高水利工程渡槽设计的整体水平。

一、水利工程渡槽设计概述

（一）水利工程渡槽设计的重要性

水利渡槽是水利水电工程的重要构筑物，它的设计对水利水电工程能否正常运行及长期稳定至关重要。在水利工程中，渡槽的设计具有重要意义。第一，提高渡槽承载力。水利工程渡槽设计应根据不同的水情、流量条件，进行合理的构筑物布置，提高渡槽承载力；第二，确保合理使用水资源。在设计水利渡槽时，既要考虑合理使用水资源，又要考虑水环境的影响，以保护水资源，实现节水目的；第三，确保水利工程的稳定。在水利渡槽设计中，必须考虑河道水位变化、气候条件等因素，以确保水利工程的稳定与安全；第四，降低维护费用。合理的水利渡槽设计，既能确保工程的安全稳定，又能降低后期维护费用，降低环境影响[1]。

（二）水利工程渡槽设计的内涵

水利工程渡槽是一种修建在河流、湖泊、水库等水体之上的管道或桥梁结构，主要是用来解决河流交通、农田灌溉和水利工程排涝等问题。其设计内涵主要有：第一，水利工程渡槽结构设计。设计渡槽的形状、材料、尺寸、荷载等，确保其稳定，耐久，承载力等；第二，渡槽的水力学设计。设计渡槽的流态、水压分布、水力损失、水流漩涡，确保水流通畅、稳定、无漏等；第三，渡槽的防洪性设计。包括渡槽的抗洪、抗冲刷、抗风暴潮等方面的设计，使渡槽能在水患和大风等自然灾害下保持稳定，不致损坏；第四，渡槽环境设计。包括保护渡槽周边的生态环境，防止环境污染，节约用水，确保渡槽不会对周边环境产生不良影响；第五，渡槽施工设计[2]。为确保渡槽施工的质量与安全，对渡槽施工的工艺、材料、时间等进行设计。

二、水利工程渡槽设计的原则

水利工程渡槽设计应遵循下列原则：第一，安全性和可靠性原则。确保渡槽的安全性和可靠性是渡槽设计的首要原则。在渡槽施工过程中，应充分考虑渡槽的受力状况和施工材料，确保渡槽的承载力、稳定性及耐久性；第二，水力学原则。水力学设计应考虑渡槽水流的通畅、稳定、无漏等。这就要求设计者要根据河流的水流情况以及设计流量等因素，来选择适合的渡槽形式和尺寸，以确保渡槽内的水流顺畅，水压力分布均匀；第三，经济合理性原则。由于渡槽是水利工程的重要组成部分，因此必须综合考虑渡槽的建设费用和维护费用。在设计时，应尽量优化设计方案，降低工程造价，使渡槽的寿命和维护费用达到经济合理的水平；第四，环境保护原则。渡槽在建设与使用过程中，应充分考虑环境影响。在设计的时候，要遵守环境保护的法律、法规，使用环保材料、设计排污管道等措施，以确保渡槽在建设和使用过程中对环境造成的影响降到最低。

三、水利工程渡槽设计中的问题

（一）渡槽设计中的遮挡问题

造成渡槽遮挡问题的主要原因有两个：一是由于渡槽所在河道狭小，使得渡槽设施往往布置在具有遮挡特性的地段，如河道间的海岬、岛礁等；二是渡槽宽度小，水流分布不均匀，造成流速变化，造成局部流量下降，水位上升，形成水头、漩涡等现象，影响了渡槽的运行。渡槽遮挡问题的解决，需要综合考虑自然条件、水流条件及设计要求。解决这一问题的主要方法有：一是提高渡槽高度，解决渡槽遮挡问题，这是一种在河道很窄，但是有明显障碍物的情况下才能使用的方法；二是对渡槽河道形状进行调整，以解决渡槽的遮挡问题；具体地说，可通过加大河床净宽度或加宽渡槽等方法，提高河流的输水能力，降低河流波及渡槽的概率；三是对渡槽进、出口位置进行调整，解决渡槽的遮挡问题。一般而言，渡槽入口与出口应尽量不设于障碍物之下，且应尽可能接近河道中央。

（二）渡槽设计中的冲刷问题

渡槽冲刷问题主要由岩石、水流及底部物质冲刷等因素引起。具体而言，砂石冲刷、基底冲刷等因素将导致渡槽底板承载力降低，影响渡槽稳定性、安全性，水流冲刷作用会引起渡槽河道形态的改变。在设计与施工渡槽时，为解决渡槽冲刷问题，应采取如下措施：首先，加强对渡槽底部的防护，加大对渡槽底部岩石及基底的承载力，防止岩石侵蚀及基底的冲刷。其次，采取减慢措施，在渡槽内设置一定的防流建筑物，以达到减慢流速，防止水流冲刷的目的。最后，对渡槽河道形态进行优化，利用水力模拟分析等手段对河道形态进行调整，使水流在河道中流动均匀，降低水流对河道的冲击

[3]。

（三）水位变化问题

渡槽水位随流速的变化而变化，同时也随流速的变化而变化。在渡槽运行过程中，水位的变化往往会造成以下几个方面的影响：一是影响渡槽的运行效果，影响渡槽运行的平顺性；二是对渡槽安全产生影响，如水位变化超过其承载力时，会引起渡槽倾覆。渡槽设计中，应采取下列措施，以解决水位变化问题。一是利用水力仿真分析等方法，模拟并预测渡槽内流速及水位的变化情况；二是通过对渡槽几何参数及调水设备的调整，实现对渡槽水流流速及流向的控制，以降低水位变化对渡槽的影响；三是加强渡槽的检测与维护，以确保渡槽的使用效果与安全。

（四）渡槽设计中的其他问题

一是沟渠本身的感应。当渡槽流量变化较大时，由于水流的脉动，可能导致渡槽产生共振或振荡，进而影响渡槽的平稳性。为解决这一问题，可通过对渡槽底板进行增厚，既可改善渡槽质量，又可吸收感应力的影响；二是对渡槽水流稳定性的研究。渡槽水流的稳定性直接影响着渡槽的安全运行和运行效果。为确保水流的稳定性，可通过优化渡槽的河道形状、增加渡槽的横向稳定措施、增加水流控制设施等方法来解决；三是水利管道的危险性问题。渡槽在使用过程中也存在着运行事故、漏油和沉没等风险问题。因此，应采取相应的措施，如建立安全管理体系、加强检修维护、增加保险等。

四、结束语

综上所述，在水利工程渡槽设计过程中，探讨与之相适应的有关问题，是一种行之有效的方法。通过对有关问题的探讨，使水利工程的整体水平得到提高，对水利工程渡槽设计的改革与创新有重要意义。随着我国水利事业的不断发展，将会出现多种水利工程建设方式，以及更加高效的渡槽设计方式。因此，作为水利工程的渡槽设计者，应该注重提高自己的渡槽设计能力，为水利事业提供高质量的渡槽设计服务。

参考文献：

[1]邓蜀阳,王怡,张攀.场所记忆视角下的乡村小型石拱渡槽空间利用设计探析——以重庆大石村渡槽为例[J].住区,2021(3):15-19.

[2]邱德俊,仲静文,周洋.基于ANSYS模拟的引水渡槽水利工程动力响应特征分析研究[J].水利科技与经济,2021,27(4):35-40.

[3]刘俊君.超高性能混凝土U形渡槽槽身结构设计及模型试验研究[D].广东:华南理工大学,2021.