水利工程設計的重要性

鄧 穩

(貴州省盤縣水利局，貴州盤縣553500)

水利工程設計的重要性

鄧 穩

(貴州省盤縣水利局，貴州盤縣553500)

水利工程的建設是人類為了調節水資源分布情況，改善自然條件，造福人類的重要舉措，它的建設能夠極大的解決水資源時空不均問題，有效的提高人類的生活水平以及生活質量。不過，要想使得這些水利工程能夠造福于人類，還得對其進行科學的設計。文章以某水電站工程為實例分析了水利工程設計的重要性，說明了在工程設計過程中，要結合工程施工規模、地理條例、建筑物布置情況、環境因素等環節，這樣才能保證施工的順利進行，提高工程的總體效益。

水利工程;設計;重要性;分析

0 引言

水利工程是利國利民的基礎工程，它是人們利用一定的工程設施對水資源進行改造，已達到除害興利目的的一項工程，是人類文明的重要體現。不過高質量的水利工程還得依賴于前期工程設計，只有高質量的設計才能夠指導后期的工程施工，確保工程竣工后能夠更好地服務于人類。

1 水利工程設計的重要性

水利工程的建設是一項利國利民的基礎工程，在其投運后將會對區域內人民的生產、生活產生極大的作用。

但是倘若工程不合格或者設計不合理，則會給人民帶來嚴重的災難。此外，水利工程建設具有技術復雜、重要性突出且投資高的特點。

因此，要想科學、合理且低成本的建設一項水利工程必須依賴于前期的設計，結合工程實例設計完整且合理的施工方案，方案的擬定一般從方案擬定、方案設計、方案比較、方案選擇方面進行。在工程設計過程中，要結合工程施工規模、地理條件、建筑物布置情況、環境因素等環節［1-3］。

2 實例分析水利工程設計

2.1 工程概況

本工程為某一水電站工程，屬Ⅲ等中型工程，工程樞紐由混凝土面板堆石壩、左岸岸邊開敞式溢洪道、左岸放空洞、右岸引水隧洞、地面廠房及升壓站等組成，電站裝機2臺，總裝機容量30 MW，多年平均發電量9010萬kW·h，保證出力5.1 MW，增加下游梯級電量850萬 kW·h。

樞紐主要工程量:土石方開挖79.3萬m3，土石方填筑230.4萬 m3，混凝土10.12萬m3，帷幕灌漿1.33萬m。工程采用左岸隧洞倒流，總工期40個月。

2.2 水利工程設計要點分析

2.2.1 導流時段設計

導流時間段設計是本工程設計的重要內容，要依靠該地區的洪水情況以及水力等進行設計。水電站所處河流屬山溪性河流，洪枯流量變化較大，流域洪水主要由降雨形成，每年4月進入汛期，6-8月為洪水多發季節。

對壩址1960—1998年共39 a洪水系列資料進行統計，得出11月1日—次年3月31日、11月1日—次年4月30日、10月16日—次年4月15日、10月1日—次年4月30日。

此外，還依據水力計算等多方面因素的綜合分析，結合工程實際情況，在保證施工總進度的前提下，為節省導流工程投資，導流時段選擇為枯水時段10月16日—次年4月15日。

2.2.2 導流流量確定

對于選定導流時段10月16日—次年4月15日，其10 a一遇洪峰流量為141 m3/s，5 a一遇洪峰流量為107 m3/s，流量相差34 m3/s，當導流隧洞洞徑為7.0 m×9.0 m(寬×高)時，兩者上游圍堰高度相差僅1 m，為了保障，導流流量采用時段10 a一遇洪峰流量141 m3/s。

由于本工程攔河壩為混凝土面板堆石壩，攔洪庫容介于1 000萬～1億m3，考慮壩體臨時攔洪渡汛時，下游7.6 km的二級電站及下游11 km的縣城防洪安全，壩體臨時渡汛洪水標準采用全年100 a一遇，洪峰流量2 500 m3/s。

2.2.3 導流方式選擇

本工程壩址河谷形狀系數為2.53，屬狹窄形河谷。根據壩址區地形地質條件和工程樞紐布置特點，為導流方式設計了一套方案。此方案為枯水期圍堰擋水，隧洞導流，第一個汛期壩體臨時斷面攔洪渡汛［4-6］。

該方案導流隧洞布置在左岸，全長688.896 m，隧洞采用城門洞型，斷面尺寸7.0 m×9.0 m(寬×高)，進口底板高程546.00 m，出口底板高程542.50 m，縱坡 i=0.005217。

第一個枯水期由圍堰擋水，經水力學計算，當Q=141 m3/s時，上游水位552.08 m，相應的上游圍堰堰頂高程553.1 m;汛期由壩體臨時斷面攔洪渡汛，渡汛標準為100 a一遇，經調洪演算，求得攔洪水位為613.43 m，攔洪庫容0.29億m3，壩體攔洪高程615.3 m，水力學計算成果見表1。

經施工總進度安排，壩體全斷面施工，填筑總方量169.49萬m3，一個枯水期難以完成;采用經濟斷面攔洪，壩體填筑總方量97.78萬m3，5月底達到607.3 m，6月中旬達到615.3 m，月平均填筑強度14.26萬m3，經對施工布置，施工道路、料場開采條件及施工方法進行研究，這一強度完全可以做到。

2.2.4 導流建筑物設計

2.2.4.1 導流隧洞

依據壩址地形地質條件及工程樞紐布置特點，導流隧洞只能布置在左岸，分進口明渠擴散段、洞身段及出口明渠擴散段3部分。

進口明渠擴散段軸線長50.3 m，兩側以6°擴散角對稱向上游擴散，最小底寬7.0 m，底板高程546.0 m，為一平坡明渠。

洞身段全長688.896 m，其中進口喇叭口段長12.0 m，頂拱采用橢圓曲線，曲線方程為

其后設置封堵閘門井，閘門井段長6.0 m，封堵閘門采用滑動平板鋼閘門，井內組裝，閘門豎井平臺高程570.00 m。

洞身標準斷面7.0m×9.0m(寬×高)，城門洞型，過水面積58.88 m2，隧洞在樁號0+096.982～0+179.629 m段設置彎道，轉彎半徑105.0 m，轉角45°05'54.43″。

出口明渠擴散段軸線長26.1 m，以6°擴散角對稱向下游擴散，最小底寬7.0 m，底板高程542.50 m，為平坡明渠。

導流隧洞經初期導流和壩體渡汛兩個階段，歷時兩年零4個月，最高運行水位613.43 m，洞內最大流速15.04 m/s。

導流隧洞穿過的巖層大部分洞段巖體基本質量級別為Ⅲ—Ⅱ級，構造簡單，僅進出口段穿越F2、F1斷層，根據導流隧洞運行特點和地質條件，進口洞身段50 m(含喇叭口段和閘門井段)和出口洞身段90 m采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度60 cm，其余部位底板澆30 cm厚混凝土，頂拱和側墻掛網噴15 cm厚混凝土。

出口明渠段巖體較軟弱，崩解性強，為防止表面巖體崩解風化失穩而堵塞導流洞，運行水位以下采用30 cm厚鋼筋混凝土薄襯，運行水位以上采用掛網噴15 cm厚混凝土。

導流隧洞出口底板距河底高差6.0 m，水流出洞流速較大，為防止出流對隧洞出口岸坡造成沖刷破壞，對該部位的岸坡采用鋼筋籠護底保護。壩體經濟斷面及填筑示意圖如圖1所示。

圖1 壩體經濟斷面及填筑示意圖

表1 水力學計算成果表

2.2.4.2 上游圍堰

受導流隧洞進口布置的制約，上游圍堰的布置空間極為有限，加上隧洞進口距河底高差3.5～4.0 m，河床覆蓋層厚2～4 m，工程截流后難以保證漿砌石圍堰的干地施工，施工難度較大，為縮短臨建工程工期，盡快進入主體工程的施工，上游圍堰采用土工膜心墻堆石圍堰，堰頂高程553.1 m，最大堰高13.1 m，堰頂寬6.0 m，迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5。

基礎覆蓋層厚度＜5.0 m，主要由砂卵礫石、洪積巨塊石混合而成，防滲性能較差，對覆蓋層采用抽槽至基巖回填黏土的方式進行處理。由于工程區土料匱乏，且質量較差，為保證圍堰的防滲性能，圍堰采用土工膜心墻防滲［7］。

2.2.4.3 下游圍堰

下游圍堰結構型式與上游圍堰相同。為保證引水隧洞和廠房全年施工，下游圍堰設計洪水標準采用全年10 a一遇，洪峰流量為1 150 m3/s，經調洪演算，并考慮該河流二級水庫的壅高，求得下游水位為545.0 m，相應的圍堰堰頂高程545.5 m，堰頂寬6.0 m，迎水面邊坡1∶2.0，背水面邊坡1∶1.5，最大堰高11.5 m。

2.2.5 截流

依據施工總進度安排，為保證壩體第2年6月底以前能填筑至100 a一遇攔洪高程，工程截流宜愈早愈好，綜合河流水文特性，最終選定截流時間為10月中旬，截流流量為10月份10 a一遇月平均流量20 m3/s［8］。

截流方式:根據壩區施工道路布置和拋投料堆積場地，采用由左岸向右岸單向立堵進占方式，先截上游圍堰，戧堤高程548.10 m，頂寬10 m，上下游邊坡1∶1.3。

2.2.6 下閘蓄水設計

為保證順利下閘，在導流隧洞進口設置閘門豎井，井頂高程滿足閘門在井內組裝要求，定為570.00 m，閘門設計水頭按20 a一遇洪水標準，流量為1 540 m3/s，水庫起調水位為631.5 m，經計算，閘門設計水位為639.54 m，中心水頭89.0 m。

3 結語

總之，水利工程的建設是一項造福于人類的重要舉措，是人類實現可持續發展的重要途徑。通過科學的水利工程建設能夠有效的控制水流，防止洪澇災害，此外還可以實現發電功能［9］。

不是每一個水利工程都能夠達到效果，必須依賴于科學的設計，有關人員必須要做好前期規劃設計工作，這樣才可以保證施工的順利進行，提高工程的總體效益。

［1］趙慶昱.淺談水利工程設計規劃的重要性［J］.黑龍江科技信息，2013(26):213.

［2］張浩，楊志剛，鄧海生，趙亮亮.淺談水利工程設計變更管理［J］.海河水利，2013(04):20-22.

［3］秦華聯，張建國，郭寶順.芻議水利工程設計與投資的關系［J］.黑龍江科技信息，2008(32):260.

［4］陳銀萍，栗玉榮.我國水利工程設計問題研究［J］.科技致富向導，2011(20):397.

［5］吳正厚.水利工程設計的現狀及發展前景［J］.河南科技，2011(08):85.

［6］安延崗.水利工程設計中存在的問題及措施［J］.黑龍江水利科技，2011(02):144-145.

［7］王菊花.小型水利工程設計中存在的問題及應對策略［J］.黑河學刊，2011(06):11-12.

［8］岳遠義，郭鳳春，杜偉華.水利工程設計階段投資控制優化分析［J］.科技信息，2010(35):527.

［9］劉后虎.水利工程設計中存在的問題及改進措施［J］.中國高新技術企業，2010(13):113-115.

TV222

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1007-7596(2014)05-0260-03

2014-03-21

鄧穩(1975-)，男，苗族，貴州盤縣人，工程師，從事水利工程建設工作。