響水澗上水庫導流方案優化對工程的影響分析

張衛林

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川雙流，610225)

1 工程概況

響水澗抽水蓄能電站由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、開關站和下水庫等建筑物組成，電站裝機容量1000MW(4×250MW)。電站上水庫由主壩、南北副壩、上庫引水系統等組成，主、副壩均為混凝土面板堆石壩，最大壩高分別為88.0m、62.0m、53.5m，壩頂長度分別為520m、353m、174m，壩頂寬度均為8.0m。

主壩前沿高程為138m，庫內降雨積水主要通過主壩建設區域排出庫區，因此上水庫防洪度汛重點在主壩工程。

2 工程原設計導流方式

2.1 導流度汛標準

根據相關資料，上水庫土建工程導流標準根據施工時段不同，劃分兩個階段:

2.1.1 自施工進點至2008年汛前，設計洪水標準按10年日暴雨降水量201.8mm/24h，24小時暴雨排水總量20.15萬m3。

2.1.2 2009年和2010年汛前，設計洪水標準按20年日暴雨降水量248.2mm/24h，24小時暴雨排水總量25.34萬m3。

2.2 導流規劃

根據導流標準及日暴雨強度曲線，原導流方式及規劃為:

2.2.1 2007年11月～2008年2月，導流建筑物施工，入庫降雨從主壩溝谷排走。此階段進行導流建筑物的修建施工，包括擋水圍堰、引水明渠、泄水廊道。原施工導流布置見圖1。擋水圍堰:圍堰頂長32.3m，底寬21.2m，頂部寬度為4m，底部高程為144.9m，高6.9m，上游迎水面坡度為1∶1，下游坡度為1∶1.5，采用袋裝土防滲。

圖1 原施工導流布置(單位:m)

引水明渠:明渠為漿砌石，修建在圍堰右側，過流斷面為1.2×1.6m，底部厚度為0.5m，兩側直墻厚0.3m。

泄水廊道:泄水廊道進口底板高程為139.50m，出口底板高程為72.30m，縱坡i=7.7%、29.4%、27.3%及13.2%不等，斷面為2.6×3.6m，廊道長350.0m。廊道內設通長DN800壓力鋼管用于庫區排水，出口設消能池。

2.2.2 2008年3月～2010年12月，入庫降雨在圍堰前匯積，高程149m以上積水通過泄水廊道內鋼管自流排出庫外，高程149m以下通過水泵進行抽排。

2.2.3 2010年12月進行圍堰拆除施工。

3 原方案實施中存在的問題

泄水廊道位于主壩溝谷內，多數為槽挖，受主壩壩體開挖和降雨影響較大，在主壩、廊道開挖時間段內，火工品供應也存在問題。加之，進場不久即遭受到百年一遇的暴雪影響，致使2008年4月前工程建設幾乎處于停滯狀態，根據施工總進度安排，難以實現導流目標。

泄水廊道內16MnR壓力鋼管需定制，在原規定時間到貨比較困難。

由于雪災等影響，導致主壩壩基及其他部位石方開挖工程滯后，開挖可利用石料無法直接上壩填筑，需在庫內堆存，導致原導流方案滯洪庫容減小，對度汛安全造成一定的危害。

基于以上幾點分析，通過與相關單位協調，決定對施工導流方案進行優化。

4 優化后的施工導流程序

上水庫建于響水澗溝源山坳中，集水面積為1.12km2，流域洪水由暴雨形成，暴雨均發生在4月至9月，以6月至7月梅雨期最多。針對以上特點，制定的導流方案及規劃如下:

4.1 導流方案

擋水圍堰填筑結合后期主壩上游蓋重區進行規劃施工，頂部高程加高至155m，采用庫區剝離風化料填筑，防滲采用粘土，取消原導流方案中的引水明渠，改由內徑為800mm的鋼管代替(鋼管布設高程142～140m)，另在泄水廊道進口段高程140m處預留孔，將鋼管與泄水廊道內壓力鋼管相連，預留孔后期使用微膨混凝土封堵。優化后的施工導流布置見圖2。

圖2 優化后施工導流布置(單位:m)

4.2 導流規劃

4.2.1 2007年12月～2008年7月中旬，利用主壩溝谷泄洪。

4.2.2 2008年8月～2009年3月下旬，在主壩左、右側各修建一條排水溝(截水溝)泄水。

4.2.3 2009年4月～2010年12月，利用已修建的導流建筑物進行防洪度汛。

4.2.4 2010年12月進行圍堰拆除施工。

5 優化方案對工程的影響

5.1 基本資料

安徽響水澗抽水蓄能電站地處在亞熱帶濕潤季風氣候區北緣，全年有三個明顯降雨期:4至5月春雨，6至7月梅雨，9至10月秋雨。日降雨量100mm以上的大暴雨多出現在6、7月份。電站多年平均(1959年～2003年)年降水量為1215.5mm。響水澗(上庫)各代表年徑流年內分配情況詳見表1，響水澗日暴雨強度及上庫日暴雨排水量詳見表2，上庫及響水澗主溝全年汛期設計洪水過程詳見表3。

表1 響水澗(上庫)各代表年徑流年內分配單位:萬m3

表2 響水澗日暴雨強度及上庫日暴雨排水量

表3 上庫及響水澗主溝全年汛期設計洪水過程單位:m3·s－1

5.2 對工程成本的影響

5.2.1 抽排水費用

如按照原導流度汛方案采用導流明渠引水，在圍堰及其他導流建筑物修建完成后，每月均要安排水泵對處于149m高程以下的降雨積水進行抽排。不考慮蒸發等因素，根據水文資料及相關統計數據分析，2009年3月～2010年4月期間，需投入22萬元的抽排水費用。優化后，此部分費用可以省去。

5.2.2 裝運、堆存料維護費用

優化后的導流度汛方案，圍堰填筑料為庫區剝離風化料，滿足主壩壩體填筑區域劃分中對“上游蓋重區任意料區(1B)的填筑可以采用開挖棄渣石料，無碾壓要求”的規定，因此該區域壩體填筑料可以直接使用圍堰填筑料。優化后的度汛方案將圍堰填筑與壩體填筑有機結合在一起，降低了堆存料堆存維護費用及減少一次挖裝、運輸費用。圍堰填筑方量12000m3，1m3風化料挖裝、運輸等費用為10元，合計12萬元(不計維護管理費用)。優化后，此部分費用可以省去。

5.2.3 拆除費用

根據合同等文件，上水庫建設完成后需要按要求清庫，原施工導流圍堰屬于此項工作，由于優化后的導流方案在規劃階段已經把圍堰作為主壩填筑的一部分，因此間接除去了此項工作，可減少8萬元的圍堰拆除費用。

5.2.4 壩體填筑、庫區清理費用

由于優化后的導流圍堰已在壩前鋪蓋范圍內，其填筑指標符合設計要求，另結合庫區清理等相關工作，因此，優化后的導流圍堰施工方案，可在不發生任何施工成本的情況下，增加施工產值。根據合同文件，庫區清理單價為11.44元/m3，壩前任意料填筑20.35元/m3，因此增加產值為38.1萬元。

5.2.5 其他相關費用

優化后的導流方案，由于取消漿砌石引水明渠修建施工，改為使用鋼管代替，此部分增加的費用9萬元(不計鋼管剩余價值)可節約。

由上述幾項，可以看出，導流度汛方案優化后，降低工程建設成本至少33萬元，增加純利潤至少38.1萬元，具有較為明顯的經濟效益。

5.3 對工程安全的影響

根據實際工程進度安排，在2009年6月前主壩壩體不具備擋水條件，為保證主壩區域內施工安全，必須采用圍堰擋水。

5.3.1 滯洪量計算

根據設計提供響水澗日暴雨強度，上庫日暴雨排水量及日暴雨強度曲線，在發生20年一遇的日暴雨強度時，10∶00～12∶00為危險時段，結合上庫及響水澗主溝全年汛期設計洪水過程(表3)可知:

式中:Q——10∶00～12∶00匯水總量;

Q1——10∶00來水量為5.4×60×60=19440 m3;

Q2——11∶00來水量為17.3×60×60=62280 m3;

Q3——12∶00來水量為4.7×60×60=16920m3。

式中:Q1——10∶00～12∶00下泄總量;

q——下泄流量，根據設計要求最大不超過3 m3/s;

h——計算時間段，10∶00～12∶00共計3小時。

滯洪量:滯洪量=來洪量－排洪量=98640－32400=66240 m3

5.3.2 滯洪庫容選擇

5.3.2.1 原導流方案下實際滯洪庫容校核原導流方案中圍堰填筑頂高程為151.8m，因工程前期延誤，導致其他施工面部分界定為開挖可利用料，無法直接進行填筑。建設方為降低工程建設成本，要求在庫區設置堆存場地進行堆存，造成圍堰高程151.5m以下滯洪庫容減小。經復測，圍堰前部主壩沖溝滯洪庫容為1.15萬m3(參見表4)，加上庫區棄渣場渣料孔隙水3.4萬m3，上水庫庫區僅有4.5萬m3滯洪庫容，小于度汛滯洪庫容要求。

5.4 對工程進度、質量的影響

如不進行調整，根據上庫及響水澗主溝全年汛期設計洪水過程(參見表4)，假設每小時降水都能及時排除，滯洪庫容每小時可利用量均為4.5萬m3，因此只要保證在11∶00其匯水能及時排除，即可保證上水庫度汛安全。結合本節5.3.1相關計算，在11∶00時，需用水泵抽排水量=來洪量－滯洪量－排洪量=Q2－V滯洪庫容－q1×h/3=62280－45000－10800=6480 m3，需配置22kW、排水能力200m3/h的水泵33臺。因此，從度汛安全、施工難度、資源配置，建設成本等考慮均不利。

5.3.2.2 優化方案選擇為保證度汛安全，根據測量現場復測數據，經綜合比較，確定上水庫圍堰頂部高程加高至高程155m，圍堰蓄水高程154.3m，滯洪庫容可增加到3.5萬m3，加上庫區棄渣場渣料孔隙水3.4萬m3，滯洪庫容可增加到6.9萬m3＞滯洪量=66240 m3，滿足度汛要求。

通過對導流方案的優化，對保證上水庫度汛安全、簡化施工程序、節約度汛成本起到了較為明顯的效果。主壩沖溝滯洪庫容復測見表4。

表4 主壩沖溝滯洪庫容復測

通過對響水澗抽水蓄能電站上庫導流度汛方案的優化，現響水澗上水庫土建工程主壩工程壩體填筑已于2010年2月初填筑到高程222m，主壩填筑實際施工工期超合同工期要求兩個月，其他各主要分部工程滿足合同進度節點要求。

主壩壩體填筑共驗收639個單元，其中優良589個，一次驗收合格639個，一次驗收合格率100%，優良率92.2%。

6 結語

響水澗抽水蓄能電站上水庫土建工程前期，由于方方面面的因素造成防洪度汛難度加大，同時也加大了汛期在建項目的風險。通過對整個工程的深入剖析，根據工程建設實際情況，及時與相關單位協商，對導流度汛方案進行優化，同時做好各分部工程銜接施工，對加快工程進度，確保工程建設安全，降低工程建設成本起到了很好的效果。

通過對響水澗上水庫土建工程導流度汛方案的優化，體會到在制定技術方案時，既要在方案上具有可行性，還應在工程建設的空間上、時間上做動態分析，尤其是在成本投入等方面應做深入研究。