从古至今，水利工程一向是关乎民生大事的第一要义，古代有一句话译成白话文不难理解，意思是现在河水全都被有效合理的利用，使得百姓很富裕。
【摘要】水利中级工程师论文范文堤防工程设计是保护堤坝防止水患险情的重要举措，如何设计不稳定渗流法使其对堤坝起到防护的效果是当下需要紧迫探讨的课题，本文是一篇水利中级工程师论文范文，通过对堤坝特点和不稳定渗流法进行分析与研究，最后运用实例来对此进行阐述。
【关键词】不稳定渗流,堤防工程设计,计算,水利中级工程师论文范文
前言
作为防洪过程中不能忽视的重要基础---堤和坝(土石坝和混凝土坝)的整个工程作用于防洪工程中相当于是地基。防洪工程做的好与不好会对人们的安全起很大的影响，人民的生活安定，社会和国家才会稳定。整个防洪过程中的堤和坝都是因为以前缺乏相关的设施设备而通过人的力量来对堤和坝进行填筑工作，而面对这种大型工程，人力工作会显得很单薄，这使得在流域内季节性降水时期坝身和堤基由于没有渗流控制措施，险情频发。因此，如何根据堤身的工程状况和地基渗流等特点，采取对应的渗流法是保护堤和坝的前提。
一、堤防工程特点
(1)由于历史积淀的原因和河水的流势，这两个双重因素决定了堤防中心轴线的位置，因此堤防中心轴线的位置是不可以按心情等因素随便乱选的，这个轴线的位置相当的关键，就像防渗条件好的部位在哪个位置不能随便选定一个道理，所谓“成也萧何败萧何”大抵就是如此，堤防工程从以往的经验来看，大部分选址在含有深厚透水层或软土层的冲积平原上来进行堤坝工程修建的。
(2)堤身材料受到水的影响，长此以往堤坝会因为干缩从而出现裂缝，因为堤身是粘性土材料搭建而成，因此会很容易出现蚁穴、虫洞等，为了防止这种情况的发生，一般而言每过几年堤坝就要进行一次彻查(完整、全面的勘察一遍)。
(3)一些堤坝的建造为了达到某些排水或者供水的要求(如桥梁、码头、通道等)，就需要从堤坝的中间开洞或开孔，这使得从堤坝中越过/穿过的建筑物数量增多，也就直接导致整个堤坝可能产生渗漏的部分就多了。
(4)人们为了使堤坝更加稳固牢靠，会选择将时间分段使填筑(填加能够让堤坝的结构变得更复杂的材料)的高度逐渐增加。
(5)除了建在无人区的堤坝工程，还有一些堤坝工程会相对而言离人们距离较近，这就对堤坝工程的要求有了进一步的提高，为了保护人们的安全，工程严禁有外漏水或者渗水的情况发生。
在水利工程中较多的提起到渗流，而渗流(Seepage flow)又是引起涉水工程破坏的主要原因，因此利用渗流计算来测算水利水电工程涉水工程的设计必不可少，这也是为了防患于未然。对工程渗流稳定性产生直接影响的是对于渗透参数和渗流方法的选择，作为防洪工程的基础——堤防工程是整个防预洪水灾害的重要保护措施与屏障，如何根据堤身工程状况并将地基渗流的特点考虑进去，然后根据前两个因素得出的结论而采取妥帖的有力措施(渗流防控)是使得堤防安全度过汛期得以保障并确认的大前提。
二、不同地基的渗流特点
堤坝地基结构分三种。
第一种：单一地基(级配和透水性较均匀)一般而言在堤基内产生承压水的情况不易发生，单一粘性土地基不会引发渗流问题而是会使管涌险情的发生几率增加。
第二种：双层地基(级配较强而透水性较弱)，作为二元结构它的组成结构为表层弱透水粘性土。
第三种：多层地基(级配和透水性较强)，作为互层结构，多层地基是指由强弱透水层所形成，可形成多个承压水层，具有较强渗透稳定性。
三、不稳定渗流理论
我们就堤坝工程设计来进行一个假设，一切结论均基于这个假定情况上发生。我们现在假定堤坝的渗流情况较为稳定，然后我们需要对堤坝断面的尺寸进行确定，并分析堤坝断面的渗流情况和滑动稳定(Kc)。当然，如上所述这些假设都需要有前提条件，如果针对洪水涨落速度快、频率高的河道，那这些堤坝是不可能形成稳定的渗流(Seepage flow)，再按常规进行堤坝建设的工程设计，这毫无疑问是在大大的浪费人力、物力和财力。那么面对不稳定渗流法在水利堤防工程中的设计我们应该如何应对呢?
1.设计程序
设计洪水的过程因为我国地域广泛、河流众多，而地理和气候差异又很大，首先应该对工程标准(engineering standard)进行确定,再ES进行确定后再来计算洪水的水位和流量，并对它们的关系也进行一系列计算，根据所得结果来判断堤防断面几何尺寸大约是多少,然后再进行渗流分析(Seepage Analysis)和滑动稳定分析(Sliding stability analysis)。根据所得的计算结果，再不断的对堤坝断面的几何尺寸进行调整,重复上述步骤，直到根据测算所得的断面尺寸的数据有了一定的规律。
2.洪水计算
根据工程标准的明文规定：工程设计的等级应该与洪水的等级相等，这样才能与之相抗衡。我们根据不稳定渗流理论设计,需要计算洪水流动过程中，堤坝断面上测得的洪水最大流量,然后以此来推断洪水流量的一个界限,然后通过计算来设计断面的水位随时间变化的曲线。在确定了供水后(根据数据筛选出一组水位)，算出水位的持续时间，根据坐标纸上不同的时间画出对应的水位，但因为洪水是自然灾害，规律无迹可寻，所以我们可以利用相关地区的不同资料条件,选择一种或几种方法合理使用来取得成果。
不稳定渗流计算方法:
计算假定为:1)堤基不透水2)浸润线锋面近似为直线3)略去非饱和土的张力势
将洪水水位超过背水坡水位高程的水位历时过程线分成若干时段j*Δt ,Li为某个时段浸润线向下游推进距离,总距离计算公式如下:
式中:K代表堤身渗透系数,n0代表土的有效孔隙率。
如果计算总距离的值小于堤防底部宽度,那么判定渗流为不稳定渗流,堤防背水坡不会发生渗透破坏,其浸润线较稳定渗流计算结果偏低。
3.水利计算
水力计算是为了得到水位随时间变化的规律，有的河槽需水量小，这些蓄水槽的过程基本上可以忽略不计，因为其对洪水流量的影响不起作用。一般来说，大江大河的堤防工程容易形成稳定渗流，山区河流提防相对不易形成稳定渗流，另外，蓄滞洪区提防在大洪水期间挡水时间较长，也容易形成稳定渗流。[1]
4.断面设计
堤防工程的断面设计(design of section)的流程应该先对堤坝断面的几何尺寸进行初步草定,然后根据勘测资料进行渗透分析(Seepage Analysis)和滑动稳定(Sliding stability analysis)复核，断面的尺寸应该根据复核测算的结果进行不断的调整(进行渗透分析和滑动稳定复核也应该循环调整),直到得到经济合理的堤防断面结果。在提防断面形成稳定渗流的洪水，往往需要一定历时，(T=L/V，在这一公式当中，T表示提防断面某一特征水位形成稳定渗流所需要的时间，V表示渗流速度，L则表示渗径)因此，能在提防断面形成稳定渗流的洪水，需要经历时间表较长、水位比较高的的洪水过程，设计相应洪水过程线要选取峰型较胖，峰值较高的过程[2]。
洪水水位随时间变化的曲线线系是不规则曲线(计算起来会有一定难度),建议采用分段求和法进行计算,这种方法简单、快捷准确。
提防断面形式直接影响稳定渗流的形成：堤顶宽度越大，比降就越缓，从而渗径变长，不容易形成稳定渗流;但是如果提防高度越大，则说明该处地面较低，相应的堤角以上水位持续时间长，形成稳定渗流的可能越大[3]。
5.工程应用实例
某堤防工程,设计标准由50年一遇洪水设计提高至百年一遇,为此拟对原堤防自背水坡单侧加高加厚，工程设计中,首先针对设计洪水进行了堤防渗流分析,其结果显示堤身渗流为不稳定渗流，因此工程设计时,按其浸润线计算成果进行滑动稳定分析,并确定了工程设计方案，此方案较稳定渗流法设计方案可节省投资40%以上[4]。
设计洪水水位历时过程线计算成果见图1,该方案与稳定渗流法设计方案的对比见图2。
四、结语
不稳定渗流情况下的堤防工程在进行工程设计时，必须先对堤坝所建地的渗流情况进行合理的分析，然后根据分析所得的结论在进行一系列的方案设计，这样可以避免不必要的成本耗费，也可以不用对人力和时间造成浪费。
参考文献
[1]任苇.堤防稳定渗流形成条件初探[J].陕西水利水电技术,2000,02:19-21.
[2]卢玉民,徐泽平.堤防渗流计算的基本方法与渗流控制措施[J].中国水利水电科学研究院学报,2007,(04).
[3]袁明国.堤防工程渗流方面分析[J].科技咨询导报,2007,03:48.
[4]吕德洪.不稳定渗流法在堤防工程设计中的应用[J].岩土工程技术.
《水利发展研究》是由水利部主管，水利部水利发展研究中心主办的综合性学术刊物。本刊的定位是水利系统软科学研究领域的综合性学术刊物，综合报道国家的水利发展战略、水利政策、法制建设、水利经济、水利管理、水利信息和工程建设等方面的方针政策、理论、技术和经验，为我国水利事业的可持续发展提供服务和支撑，紧紧围绕水利部的中心工作和重点，对我国水利发展具有普遍性、关键性的重大问题，开展理论与实践上的探讨，同时依托水利部发展研究中心的信息优势，适当介绍国外的先进理论和经验。
