江灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工調(diào)洪計(jì)算分析

張明燕，劉 森

( 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

江灣水庫(kù)位于巴彥縣東北部，是一座中型平原水庫(kù)，集水面積120 km2。以灌溉為主、兼顧防洪、養(yǎng)魚(yú)、發(fā)展多種經(jīng)營(yíng)等綜合利用的中型水庫(kù)樞紐工程。工程施工的主要任務(wù)包括: 土壩整修、溢洪道整修、輸水洞整修。

2 施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)為中型水庫(kù)，工程等別為三等，主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)。根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》( SL303—2004)［1］第3.2.1 條規(guī)定，臨時(shí)建筑物等級(jí)為5 級(jí)，選用5 a一遇為本工程導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)作為本工程臨時(shí)度汛標(biāo)準(zhǔn)。

3 導(dǎo)流程序

根據(jù)本工程特點(diǎn)及施工進(jìn)度安排，確定本工程施工導(dǎo)流程序: 第一年大汛后開(kāi)始進(jìn)行主體工程施工，第一年主要進(jìn)行土壩及溢洪道的施工，汛后水庫(kù)來(lái)水由舊輸水洞下泄，第二年大汛前溢洪道施工完畢，第二年大汛后進(jìn)行輸水洞工程的施工。在主體工程施工前需將輸水洞閘門(mén)開(kāi)放，將水降至與輸水洞底高程齊平。

根據(jù)施工調(diào)洪演算，秋汛洪水經(jīng)輸水洞下泄達(dá)到的最高水位為147.44 m。此最高水位與風(fēng)浪爬高(0.2 m) 、安全加高( 0.5 m) 之和為148.14 m，仍低于固腳最低底高程，保證固腳在干地上施工。根據(jù)施工調(diào)洪演算，第二年大汛期間，洪水經(jīng)過(guò)輸水洞下泄達(dá)到的最高水位為149.25 m，土壩混凝土板的施工在第二年大汛前可施工至洪水位與安全超高0.7 m即149.95 m以上，無(wú)需圍堰擋水。

本次工程溢洪道維修部位主要為堰體、消力池、海漫段等部位。堰體的施工可在第一年汛后施工，溢洪道堰頂高程為149.46 m，比秋汛水位147.44 m高出2.02 m。因此堰體混凝土的施工無(wú)需圍堰擋水。堰體施工結(jié)束后可進(jìn)行溢洪道的閘門(mén)更換。第二年大汛前溢洪道工程施工全部結(jié)束。

第二年汛后修建輸水洞，在圍堰保護(hù)下進(jìn)行施工。輸水洞維修時(shí)已無(wú)泄流通道，施工期來(lái)水全部由圍堰攔擋，因此圍堰頂高程確定由9、10月份全部來(lái)水全部蓄入庫(kù)中所達(dá)到的高程確定。施工前由輸水洞將水庫(kù)水位放至輸水洞底高程，根據(jù)輸水洞底高程查詢對(duì)應(yīng)水庫(kù)庫(kù)容，再計(jì)算9、10月份5 a一遇來(lái)水量蓄入庫(kù)中所達(dá)到的最大庫(kù)容，再由最大庫(kù)容查詢對(duì)應(yīng)水位即為堰前水位，加安全超高與風(fēng)浪爬高，即為輸水洞圍堰頂高程。本工程經(jīng)查詢計(jì)算得: 堰前水位為148.04 m，堰前水位與風(fēng)浪爬高(0.2 m) 、安全加高(0.5 m) 之和為148.74 m，即為圍堰頂高程。

4 施工導(dǎo)流調(diào)洪演算

4.1 基礎(chǔ)資料

1) 輸水洞基礎(chǔ)資料:輸水洞底高程為146.86 m，寬度為1.8 m，高度為1.8 m，長(zhǎng)度為28 m，底坡為0.001，糙率為0.014。

2) 水庫(kù)水位與庫(kù)容關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)水位與庫(kù)容關(guān)系表

3) 水庫(kù)時(shí)段與流量關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 水庫(kù)不同時(shí)段流量一覽表 m3/s

4.2 輸水洞水力學(xué)計(jì)算［2］

主體工程土壩、溢洪道在進(jìn)行施工時(shí)，需要輸水洞進(jìn)行導(dǎo)流。輸水洞在導(dǎo)流時(shí)經(jīng)歷明流、半有壓流、有壓流3個(gè)階段。

4.2.1 明流泄流明流泄流采用非淹沒(méi)寬頂堰公式進(jìn)行計(jì)算:

4.2.2 半有壓流

當(dāng)水流封閉進(jìn)口，而洞內(nèi)仍為明流時(shí)，為半有壓流。計(jì)算公式為;

式中: μ、ε 流量系數(shù)，根據(jù)本工程實(shí)際，取0.625、0.673; Ad為管道出口計(jì)算斷面面積; H0為含義同上; d 洞高度。

4.2.3 有壓流

有壓流計(jì)算為:

式中: μ、Ad、H0含義同上; i 為洞底坡，本工程為0.001; l 為洞長(zhǎng)度，28m; hp出口底板以上的計(jì)算水深。

根據(jù)以上3個(gè)公式確定施工期間水位～泄量關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

圖1 輸水洞施工期水位～泄量關(guān)系曲線

4.3 調(diào)洪成果

調(diào)洪成果見(jiàn)表3。

表3 水庫(kù)調(diào)洪成果表

［1］中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.SL303—2004 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

［2］紀(jì)云生. 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，1990.