從古至今，水利工程一向是關乎民生大事的第一要義，古代有一句話譯成白話文不難理解，意思是現在河水全都被有效合理的利用，使得百姓很富裕。

　　【摘要】水利中級工程師論文范文堤防工程設計是保護堤壩防止水患險情的重要舉措，如何設計不穩定滲流法使其對堤壩起到防護的效果是當下需要緊迫探討的課題，本文是一篇水利中級工程師論文范文，通過對堤壩特點和不穩定滲流法進行分析與研究，最后運用實例來對此進行闡述。

　　【關鍵詞】不穩定滲流,堤防工程設計,計算,水利中級工程師論文范文

　　前言

　　作為防洪過程中不能忽視的重要基礎---堤和壩(土石壩和混凝土壩)的整個工程作用于防洪工程中相當于是地基。防洪工程做的好與不好會對人們的安全起很大的影響，人民的生活安定，社會和國家才會穩定。整個防洪過程中的堤和壩都是因為以前缺乏相關的設施設備而通過人的力量來對堤和壩進行填筑工作，而面對這種大型工程，人力工作會顯得很單薄，這使得在流域內季節性降水時期壩身和堤基由于沒有滲流控制措施，險情頻發。因此，如何根據堤身的工程狀況和地基滲流等特點，采取對應的滲流法是保護堤和壩的前提。

　　一、堤防工程特點

　　(1)由于歷史積淀的原因和河水的流勢，這兩個雙重因素決定了堤防中心軸線的位置，因此堤防中心軸線的位置是不可以按心情等因素隨便亂選的，這個軸線的位置相當的關鍵，就像防滲條件好的部位在哪個位置不能隨便選定一個道理，所謂“成也蕭何敗蕭何”大抵就是如此，堤防工程從以往的經驗來看，大部分選址在含有深厚透水層或軟土層的沖積平原上來進行堤壩工程修建的。

　　(2)堤身材料受到水的影響，長此以往堤壩會因為干縮從而出現裂縫，因為堤身是粘性土材料搭建而成，因此會很容易出現蟻穴、蟲洞等，為了防止這種情況的發生，一般而言每過幾年堤壩就要進行一次徹查(完整、全面的勘察一遍)。

　　(3)一些堤壩的建造為了達到某些排水或者供水的要求(如橋梁、碼頭、通道等)，就需要從堤壩的中間開洞或開孔，這使得從堤壩中越過/穿過的建筑物數量增多，也就直接導致整個堤壩可能產生滲漏的部分就多了。

　　(4)人們為了使堤壩更加穩固牢靠，會選擇將時間分段使填筑(填加能夠讓堤壩的結構變得更復雜的材料)的高度逐漸增加。

　　(5)除了建在無人區的堤壩工程，還有一些堤壩工程會相對而言離人們距離較近，這就對堤壩工程的要求有了進一步的提高，為了保護人們的安全，工程嚴禁有外漏水或者滲水的情況發生。

　　在水利工程中較多的提起到滲流，而滲流(Seepage flow)又是引起涉水工程破壞的主要原因，因此利用滲流計算來測算水利水電工程涉水工程的設計必不可少，這也是為了防患于未然。對工程滲流穩定性產生直接影響的是對于滲透參數和滲流方法的選擇，作為防洪工程的基礎——堤防工程是整個防預洪水災害的重要保護措施與屏障，如何根據堤身工程狀況并將地基滲流的特點考慮進去，然后根據前兩個因素得出的結論而采取妥帖的有力措施(滲流防控)是使得堤防安全度過汛期得以保障并確認的大前提。

　　二、不同地基的滲流特點

　　堤壩地基結構分三種。

　　第一種：單一地基(級配和透水性較均勻)一般而言在堤基內產生承壓水的情況不易發生，單一粘性土地基不會引發滲流問題而是會使管涌險情的發生幾率增加。

　　第二種：雙層地基(級配較強而透水性較弱)，作為二元結構它的組成結構為表層弱透水粘性土。

　　第三種：多層地基(級配和透水性較強)，作為互層結構，多層地基是指由強弱透水層所形成，可形成多個承壓水層，具有較強滲透穩定性。

　　三、不穩定滲流理論

　　我們就堤壩工程設計來進行一個假設，一切結論均基于這個假定情況上發生。我們現在假定堤壩的滲流情況較為穩定，然后我們需要對堤壩斷面的尺寸進行確定，并分析堤壩斷面的滲流情況和滑動穩定(Kc)。當然，如上所述這些假設都需要有前提條件，如果針對洪水漲落速度快、頻率高的河道，那這些堤壩是不可能形成穩定的滲流(Seepage flow)，再按常規進行堤壩建設的工程設計，這毫無疑問是在大大的浪費人力、物力和財力。那么面對不穩定滲流法在水利堤防工程中的設計我們應該如何應對呢?

　　1.設計程序

　　設計洪水的過程因為我國地域廣泛、河流眾多，而地理和氣候差異又很大，首先應該對工程標準(engineering standard)進行確定,再ES進行確定后再來計算洪水的水位和流量，并對它們的關系也進行一系列計算，根據所得結果來判斷堤防斷面幾何尺寸大約是多少,然后再進行滲流分析(Seepage Analysis)和滑動穩定分析(Sliding stability analysis)。根據所得的計算結果，再不斷的對堤壩斷面的幾何尺寸進行調整,重復上述步驟，直到根據測算所得的斷面尺寸的數據有了一定的規律。

　　2.洪水計算

　　根據工程標準的明文規定：工程設計的等級應該與洪水的等級相等，這樣才能與之相抗衡。我們根據不穩定滲流理論設計,需要計算洪水流動過程中，堤壩斷面上測得的洪水最大流量,然后以此來推斷洪水流量的一個界限,然后通過計算來設計斷面的水位隨時間變化的曲線。在確定了供水后(根據數據篩選出一組水位)，算出水位的持續時間，根據坐標紙上不同的時間畫出對應的水位，但因為洪水是自然災害，規律無跡可尋，所以我們可以利用相關地區的不同資料條件,選擇一種或幾種方法合理使用來取得成果。

　　不穩定滲流計算方法:

　　計算假定為:1)堤基不透水2)浸潤線鋒面近似為直線3)略去非飽和土的張力勢

　　將洪水水位超過背水坡水位高程的水位歷時過程線分成若干時段j*Δt ,Li為某個時段浸潤線向下游推進距離,總距離計算公式如下:

　　式中:K代表堤身滲透系數,n0代表土的有效孔隙率。

　　如果計算總距離的值小于堤防底部寬度,那么判定滲流為不穩定滲流,堤防背水坡不會發生滲透破壞,其浸潤線較穩定滲流計算結果偏低。

　　3.水利計算

　　水力計算是為了得到水位隨時間變化的規律，有的河槽需水量小，這些蓄水槽的過程基本上可以忽略不計，因為其對洪水流量的影響不起作用。一般來說，大江大河的堤防工程容易形成穩定滲流，山區河流提防相對不易形成穩定滲流，另外，蓄滯洪區提防在大洪水期間擋水時間較長，也容易形成穩定滲流。[1]

　　4.斷面設計

　　堤防工程的斷面設計(design of section)的流程應該先對堤壩斷面的幾何尺寸進行初步草定,然后根據勘測資料進行滲透分析(Seepage Analysis)和滑動穩定(Sliding stability analysis)復核，斷面的尺寸應該根據復核測算的結果進行不斷的調整(進行滲透分析和滑動穩定復核也應該循環調整),直到得到經濟合理的堤防斷面結果。在提防斷面形成穩定滲流的洪水，往往需要一定歷時，(T=L/V，在這一公式當中，T表示提防斷面某一特征水位形成穩定滲流所需要的時間，V表示滲流速度，L則表示滲徑)因此，能在提防斷面形成穩定滲流的洪水，需要經歷時間表較長、水位比較高的的洪水過程，設計相應洪水過程線要選取峰型較胖，峰值較高的過程[2]。

　　洪水水位隨時間變化的曲線線系是不規則曲線(計算起來會有一定難度),建議采用分段求和法進行計算,這種方法簡單、快捷準確。

　　提防斷面形式直接影響穩定滲流的形成：堤頂寬度越大，比降就越緩，從而滲徑變長，不容易形成穩定滲流;但是如果提防高度越大，則說明該處地面較低，相應的堤角以上水位持續時間長，形成穩定滲流的可能越大[3]。

　　5.工程應用實例

　　某堤防工程,設計標準由50年一遇洪水設計提高至百年一遇,為此擬對原堤防自背水坡單側加高加厚，工程設計中,首先針對設計洪水進行了堤防滲流分析,其結果顯示堤身滲流為不穩定滲流，因此工程設計時,按其浸潤線計算成果進行滑動穩定分析,并確定了工程設計方案，此方案較穩定滲流法設計方案可節省投資40%以上[4]。

　　設計洪水水位歷時過程線計算成果見圖1,該方案與穩定滲流法設計方案的對比見圖2。

　　四、結語

　　不穩定滲流情況下的堤防工程在進行工程設計時，必須先對堤壩所建地的滲流情況進行合理的分析，然后根據分析所得的結論在進行一系列的方案設計，這樣可以避免不必要的成本耗費，也可以不用對人力和時間造成浪費。

　　參考文獻

　　[1]任葦.堤防穩定滲流形成條件初探[J].陜西水利水電技術,2000,02:19-21.

　　[2]盧玉民,徐澤平.堤防滲流計算的基本方法與滲流控制措施[J].中國水利水電科學研究院學報,2007,(04).

　　[3]袁明國.堤防工程滲流方面分析[J].科技咨詢導報,2007,03:48.

　　[4]呂德洪.不穩定滲流法在堤防工程設計中的應用[J].巖土工程技術.

　　《水利發展研究》是由水利部主管，水利部水利發展研究中心主辦的綜合性學術刊物。本刊的定位是水利系統軟科學研究領域的綜合性學術刊物，綜合報道國家的水利發展戰略、水利政策、法制建設、水利經濟、水利管理、水利信息和工程建設等方面的方針政策、理論、技術和經驗，為我國水利事業的可持續發展提供服務和支撐，緊緊圍繞水利部的中心工作和重點，對我國水利發展具有普遍性、關鍵性的重大問題，開展理論與實踐上的探討，同時依托水利部發展研究中心的信息優勢，適當介紹國外的先進理論和經驗。