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1、河流洪枯流量差别大的电站施工导流设计,水利水电论文新鄂水电站位于黑龙江省逊克县境内的沾河下游，为混合式开发的水力枢纽工程。坝址位于逊克县鄂伦春族自治乡上游15 km.电站厂房位于坝址下游 4.8 km 处，距新鄂乡约10.2 km. 新鄂水电站是一座以发电为主，兼顾防洪、养鱼等综合效益的水利枢纽工程，水库总库容为15.93 108m3,电站总装机容量为100 MW.根据 DL5180-2003 (水电枢纽工程等级划分及设计安全标准，按库容确定工程规模为大1型，工程等别为等；大坝及泄水建筑物为 1 级建筑物，引水发电系统建筑物为3级建筑物。 枢纽工程主要由沥青混凝土心墙堆石坝、岸坡溢洪道、引水隧
2、洞及地面厂房组成。坝顶高程 267.70 m,最大坝高81.7 m,坝顶长包括溢洪道1 274.00 m.电站装机容量100 MW,为两台单机容量50 MW机组。引水隧洞内径8.0m,长997.66 m.2 条压力管道内径为 4.6 m,压力管道长：1号117.60 m,2号128.99 m.岸坡溢洪道布置 4 个溢流表孔，每孔净宽12.00 m,设12 m 15.50 m的弧形闸门。厂区位于河床左岸，由引水式地面发电厂房、尾水渠和变电站等3部分组成，厂房尺寸为61.90 m 21.50 m 39.54 m长 宽 高。 2 导流条件 2.1 水文、气象条件 根据沾河流域洪水特性，此次设计将施工
3、水文时段划分为五期，各时段不同重现期的流量见表1.坝区属高寒山区，极端最低气温-48.1 ,极端最高气温35.2 ,多年平均气温-1.42 。坝区冰冻期较长，一般在 10 月下旬开场流凌，11月中下旬封河，开河日期为4月上旬至5月上旬。坝区最大冰厚1.50 m,最大冻土深2.2 m.【表1】 2.2 地形、地质条件 坝址处河谷呈不对称的 U 型，左陡右缓，左岸为切割不深的低山，山体比高一般100150 m,河谷坡度30 45 ,局部为陡崖。右岸相对较低矮，为宽广平缓的玄武岩熔岩台地，地势由南向北缓慢降低，比高60100 m,河谷坡度20 40 ,谷底宽一般为200350 m.两岸分布有不连续的
4、漫滩和阶地。 坝址处平水期水面宽约180 m,河底高程约198.0 m,覆盖层厚度为513 m,河床覆盖层浸透系数为400500m/d. 3 导流标准及导流方式 3.1 导流标准 根据(施工组织设计规范规定，大坝导流建筑物为级，厂房导流建筑物为级。按规范规定，结合此工程的详细情况，确定各导流建筑物的设计挡水标准及过流标准如下： 大坝上下游土石围堰设计挡水标准，采用枯水期11月至翌年3月10年重现期流量79.2 m3/s;坝体缺口过流标准，春汛期采用20年重现期流量796 m3/s,大汛期采用50年重现期流量3 640 m3/s;大坝施工后期渡汛标准采用大汛200年重现期流量5 250 m3/s
5、;厂房土石围堰设计挡水标准采用大汛5年重现期流量1 200 m3/s;导流洞进出口预留土坎设计挡水标准亦采用大汛5年重现期流量1 200 m3/s.导流洞泄流设计标准采用大汛10年重现期流量1 880 m3/s. 3.2 导流方式 坝址处河谷形状系数较小，适宜隧洞导流，此次设计着重优化导流时段的选择。综合考虑坝址地形、地质条件、水工枢纽布置、施工进度、施工方式方法等因素，做了 3 个方案： 1围堰挡枯水流量方案：经洞径与围堰高度经济比拟，并考虑截流、排冰等因素，采用一条 6.5 m 6.5 m宽 高方圆形导流洞比拟合理，洞长431.66 m.上下游围堰有部分与坝体相结合，围堰的设计挡水标准，采
6、用枯水期11月至翌年3月10年重现期流量79.2 m3/s,上游围堰最大堰高为6.3 m.为渲泄截流后的第二年春汛及大汛洪水，在坝体左侧预留一段宽55 m的缺口，缺口底高程为204.5 m,右侧边坡为12.0. 2围堰挡春汛流量方案：经洞径与围堰高度经济比拟，采用一条9.5 m 9.5 m宽 高 方圆形导流洞，洞长为431.66 m.上下游围堰的设计挡水标准采用春汛 10 年重现期流量620 m3/s.上游围堰在 204.5 m 高程以上为自溃堰，在大汛期遇超过Q=620 m3/s流量洪水即溃决，上游围堰最大堰高为16.3 m.坝体预留缺口与挡枯水流量方案一样。 3围堰挡全年流量方案：导流洞亦
7、为一条9.5 m 9.5m宽 高方圆形隧洞，洞长为431.66 m.上、下游围堰的设计挡水标准，采用大汛期10年重期流量1 880 m3/s,上游围堰最大堰高为30.94 m. 综合评价3个方案，挡枯水流量方案工程量最少，因此导流工程造价最低，但主体工程冬季施工量大，坝体填筑强度不够平衡。挡全年流量方案工程量最大，导流工程造价最高，但主体工程冬季施工量小，坝体填筑强度比拟平衡，挡春汛流量方案则介于以上两者之间。3 个方案工期区别不大，第一台机组发电工期无本质差异不同。因而选定导流工程量较小的挡枯水期流量方案。 3.3 大坝各时段导流程序 第一年10月截流，河水由导流洞泄流，在这里期间主要进行大
8、坝基础施工，并构成坝体过流缺口；第二年春汛及大汛，由坝体缺口和导流洞联合泄流，缺口右岸坝体继续施工，第二年10月，开场填筑坝体缺口，河水由导流洞渲泄；第三年大汛由坝体拦洪，导流洞及溢洪道泄流。第三年9月下旬下闸蓄水。 4 导流建筑物设计 4.1 大坝上、下游土石围堰 围堰最大高度分别为6.3 m和2.6 m.围堰型式采用双棱体进占的粘土心墙土石围堰，堰顶宽分别为41.75 m和27.10 m,围堰两侧边坡均为11.3.围堰背水侧堆石棱体与坝体相结合。上下游围堰堰顶长分别为 174.00 m 和97.00 m.河床覆盖层厚度为 813 m,且浸透系数很大，采用高喷灌浆作基础防渗处理。【表2】 4
9、.2 大坝过流缺口 大坝过流缺口上游部分为水平段，下游部分为斜坡段，坡度比为16.5,水平段底高程为204.50 m,斜坡段坡脚底高程为199.00 m,缺口底宽为55 m,两侧边坡采用12. 坝体缺口与导流洞联合渲泄大汛50年重现期洪水时，坝体缺口平均流速可达68 m/s.在缺口上游水平段及缺口两侧采用铁丝笼装块石防护，在缺口斜坡段采用混凝土楔形体防护，缺口坡脚下游采用钢筋笼装块石防护，防护长度为20 m. 4.3 导流洞 导流洞进口位于坝址上游约300m处，呈弧形布置在左岸，方圆形断面尺寸为6.5 m 6.5 m宽 高，洞长为431.66m,洞进出口段明渠长分别为74.0 m和210.0
10、m,导流洞进、出口底高程分别为 199.00 m 和 198.00 m.洞脸采取喷混凝土和锚杆加固处理，导流洞进出口段各20 m范围内及洞身0+2050+245m段采用0.50 m厚混凝土衬砌。其余部位采用锚喷支护，导流洞底板采用0.15 m厚混凝土衬砌。导流洞进口上缘采用椭圆曲线型，洞口两侧设有 3.0 m厚的混凝土翼墙，采用平板钢闸门为封堵闸门，启闭机平台高程226.50 m. 4.4 厂房围堰 厂房尾水渠编织袋粘土心墙土石围堰顶高程为198.50 m,围堰最大高度为5.5 m,围堰顶宽为8.0 m,两侧边坡为11.5,堰顶长度为80 m.尾水渠两侧浆砌石挡土墙编织袋粘土围堰最大高度为2.
11、64 m,顶宽为2.0 m,两侧边坡为10.2,堰顶长度为150 m. 5 截 流 根据施工总进度布置，截流时间选定在第一年10月下旬，进占时间为10月上旬，截流标准采用5年重现期旬平均流量87.8 m3/s.围堰采用上、下游围堰同时进占，立堵截流，合龙顺序是先上游，后下游。经水力计算，龙口宽度1020 m.合龙时上游最高水位为 203.5 m,最大落差 3.95m.龙口最大流速 4.0 m/s,抛石最大粒径 0.70 m. 6 排 冰 坝区开河形式为文开、武开或半文半武兼而有之，武开形式大约平均10年可遇一次。春季流冰冰块尺寸较大，最大流冰速度为2.27 m/s,最长流冰持续时间为22 d.
12、流冰期流量变化幅度为20600 m3/s.施工第二年排冰，主要由底宽55 m的坝体缺口通过。为顺利排冰，需在下游段采取破冰措施，开通河道、开江时对上游大冰排采取破碎措施。施工第三年排冰，除上、下游采取破冰措施外，尚要对流冰采取蓄冰在水库措施。 7下闸蓄水措施根据施工总进度布置，下闸蓄水时间定为第三年9月下旬，流量标准采用旬平均5年重现期流量82.6 m3/s.导流洞过此流量时闸门前水位为203.40 m,采用动水下闸。 闸门设计挡水高度为32.1 m.下闸完毕后，即拆除闸门启闭设备并开场导流洞封堵段的混凝土施工。闸门全部关闭后，蓄水保证率按70%计算，第四年6月末可蓄至最低发电水位242.70 m. 8 结 语 1在高寒山区、河流洪枯流量差异不同大的条件下兴建土石坝，施工导流设计应该重点分析、研究各个水文时段的洪水资料。结合此工程所在流域的特点，在知足施工进度的前提下，宜尽可能多地划分导流时段，充分利用枯水期，进而节省导流工程量，降低工程造价。 2在进行导流建筑物设计时，宜考虑水工建筑物的施工条件、施工强度，并充分利用永久泄洪建筑物介入宣泄洪水。 此工程中期利用坝体缺口泄洪，后期利用溢洪道泄洪，大大减小了导流洞的尺寸，降低了工程投资。