楓坑水庫除險擴容工程優(yōu)化變更度汛方案探索與實踐

邵志平 葛捍東

（1.義烏市水務局，浙江 義烏 322000；2.浙江省水電管理中心，浙江 杭州 310009）

一、楓坑水庫除險擴容工程概況

楓坑水庫除險加固工程位于吳溪上游楓坑溪上的赤岸鎮(zhèn)蔣田畈村，壩址以上集雨面積17km2，多年平均入庫水量1383萬m3，支洞引水流量436萬m3，按50年一遇洪水設(shè)計，500年一遇洪水校核。

原大壩為粘土心墻壩，水庫壩高33.05m，壩頂高程159.22m，校核洪水位為157.5m，總庫容286萬m3，正常蓄水位為155.45m，相應庫容229萬m3。原水庫以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用，原設(shè)計灌溉面積533.3ha，現(xiàn)有灌溉面積300ha。壩后設(shè)有二級電站，裝機容量分別為75kW和285kW，總裝機360kW，多年平均發(fā)電量為66萬kW。

水庫除險加固后，大壩采用碾壓堆石壩，壩高68.3m，壩頂高程189.3m，總庫容1638萬m3,正常蓄水位186m，正常庫容1501萬m3，規(guī)模將擴建為中型水庫，年可供城鎮(zhèn)用水1196萬m3。水庫建成后，將為該水庫今后的綜合利用創(chuàng)造有利的條件。

二、楓坑水庫除險擴容工程設(shè)計洪水成果

設(shè)計流域內(nèi)無流量資料，但雨量資料條件相對較好，故設(shè)計洪水采用暴雨資料推求設(shè)計洪水。設(shè)計暴雨主要采用楓坑水庫站資料推求。采用的暴雨系列為1963－2005年共43年。

通過年最大24小時和三日暴雨的頻率分析，采用皮爾遜Ⅲ型曲線擬合適線的方法，求得楓坑水庫設(shè)計暴雨成果，見表1。

設(shè)計洪水匯流計算分別用浙江省合理化公式法計算，水庫壩址設(shè)計洪水成果，見表2。

表1 楓坑水庫設(shè)計暴雨成果表

表2 楓坑水庫設(shè)計洪水成果表

表3 洪峰流量表 單位：（m3/s）

表4 導流及度汛水力計算成果表 單位：（m3/s）

三、原初設(shè)報告導流和施工度汛方案

1.導流和度汛標準

根據(jù)水文分析，該工程所在地區(qū)可分為梅雨期（4月16日～7月15日）；臺汛期（7月16日～10月15日）；非汛期（10月16日～次年4月15日）。不同時期不同設(shè)計頻率洪峰流量及三日洪水總量，見表3。

該工程攔河壩為3級建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，相應的分流建筑物為5級。圍堰采用土石混合結(jié)構(gòu)型式，其擋水設(shè)計標準采用5年一遇。根據(jù)本工程施工進度要求，導流時段按非汛期洪水考慮，相應的最大設(shè)計洪峰流量為65m3/s，壩體施工期臨時度汛的洪水標準為50年一遇。

2.導流和度汛方式

根據(jù)原施工度汛進度安排，攔河壩的導流和度汛方式如下，見表4。

(1）第一階段

2007年5月1日～9月30日，為導流洞、圍堰施工期及原大壩壩體（151m高程以上）開挖期。在第一年7月，水庫通過原輸水隧洞和壓力涵管放空至131m。天然來水可由原輸隧洞、壓力涵管及導流洞（3m×4m）過流。

(2）第二階段

2007年10月1日～2008年4月15日，為原大壩壩體及基礎(chǔ)開挖，壩體堆石填筑、趾板砼澆筑期，此階段按非汛期5年一遇洪水考慮，來水經(jīng)導流洞（3m×4m）過流。

(3）第三階段

2008年4月16日～7月15日，壩體施工期臨時度汛采用50年一遇梅汛期設(shè)計洪水，來水由壩體臨時斷面擋水，導流洞（3m×4m）過流。壩體臨時斷面必須在2008年4月15日前填筑至144m高程以上。

(4）第四階段

2008年7月16日～10月15日，壩體施工期臨時度汛采用50年一遇臺汛期設(shè)計洪水，來水由壩體臨時斷面擋水，導流洞（3m×4m）過流。

四、施工導流的度汛方案變更原因

本工程原計劃按初設(shè)要求進度進行施工，開工日期定為2007年5月10日，采用“圍堰一次斷流，隧洞導流”的方式，即非汛期（2007年10月16日～2008年4月15日）來水由上游圍堰擋水，導流洞過流；汛期（2008年4月16日～2008年10月15日）來水由壩體臨時斷面擋水，導流洞泄流。

因土地征用、林木砍伐等政策處理原因，工程直至2007年10月底才安排施工單位人員和設(shè)備入場，2007年11月8日舉行開工典禮。

根據(jù)實際施工情況，施工單位編制了施工計劃進度控制節(jié)點，見表5。

由于政策處理等原因，拖延開工日期，根據(jù)新的施工進度計劃，大壩在2008年臺汛前剛具備填筑條件，無法在汛前達到原度汛方案要求的形象面貌，因此必須對原導流和度汛方式進行調(diào)整。

五、導流和度汛方式的調(diào)整方案

1.主要調(diào)整內(nèi)容

(1）施工期度汛標準的調(diào)整

根據(jù)義烏雨量站1951-2002年雨量資料，全年最大日降雨量出現(xiàn)在1975年，這一年的最大24小時降雨為177mm；根據(jù)佛堂水文站（離楓坑水庫12km）1954－2002年水文資料，全年最大日降雨量出現(xiàn)在1977年，這一年的最大24小時降雨為174mm；通過資料分析，楓坑水庫壩址以上降雨主要呈現(xiàn)為連續(xù)降雨天數(shù)較長，但日降雨強度較小。

由上述統(tǒng)計資料可見，各測站統(tǒng)計歷年最大日降雨量均小于設(shè)計暴雨的日最大降雨量188mm。臺汛期臨時度汛標準《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定為20～50年一遇，初步設(shè)計報告中為減小度汛風險取其上限50年一遇洪水。根據(jù)以上分析可見在楓坑水庫周邊區(qū)域內(nèi)，20年一遇洪水出現(xiàn)機率很小，且施工期庫內(nèi)蓄水少，失事后對壩區(qū)和下游不會造成重大損失，因此考慮施工期臨時度汛標準調(diào)整為20年一遇。

(2）導流和度汛方式調(diào)整

由于原導流和度汛方式不能按計劃實現(xiàn)，必須對原導流和度汛方式進行調(diào)整，以滿足安全度汛的要求。

若采用汛期壩體填筑斷面過水的度汛方式，每次洪水期間均需對壩體進行保護，汛后進行清理恢復，對正常施工干擾極大，嚴重影響施工進度；若采用河床明渠導流的度汛方式，則壩體需分期填筑，因工作面小導致施工進度受影響，且施工質(zhì)量難以保證。因本工程上游集雨面積較?。?7km2），區(qū)間洪峰流量較小，為減少汛期洪水對施工的影響，可考慮采用加高圍堰并加大導流洞斷面的方式，施工度汛方式相應的調(diào)整為：全年均由圍堰擋水，導流洞過流。

表5 施工計劃進度控制表 單位：（m3/s）

2.導流及度汛方式調(diào)整方案比較

(1）調(diào)整方案

根據(jù)水庫放空后導流洞進口前實際地面高程，導流洞進口底高程由135m調(diào)整為133m。將導流洞斷面加大為4.0m×5.0m、5.0m×5.0m、6.0m×6.0m三個方案及原方案（3.0m×4.0m）進行比較，見表6、7。

表6 四方案導流及度汛水力計算成果表

根據(jù)表7，綜合考慮各方案的施工條件、投資及施工進度要求等因素，推薦同時采用加高圍堰和加大導流洞斷面的方案二作為2008年汛期的工程度汛方案，即度汛標準采用汛期20年一遇的設(shè)計洪水，導流洞斷面尺寸加大至5.0m×5.0m，上游圍堰加高至142.7m。汛期來水由圍堰擋水，導流洞泄流。

(2）調(diào)整后的導流建筑物設(shè)計

①導流洞及明渠平面布置不變；進口底高程由135m變?yōu)?33m，洞身尺寸由3.0m×4.0m變?yōu)?.0m×5.0m。

②上游圍堰布置在壩趾板軸線上游70.0m處，為土圍堰（利用壩體開挖粘土料）；堰頂高程142.7m，堰底高程130.0m，最大堰高12.7m；堰頂寬6.0m，堰長103.0m，上下游邊坡均為1：1.8。

③下游圍堰：當臺汛期20年一遇的洪水到來時，導流洞下泄流量為185.0m3/s，因?qū)Я鞫闯隹谶h離大壩下游，且大壩下游處原地面高程高于洪水位高程，此時回水不能到達壩腳處，故不需修建下游圍堰。

六、度汛方案調(diào)整后度汛情況

2008年4月15日，導流洞順利貫通，圍堰施工也已按度汛要求及標準完成，調(diào)整后的度汛方案經(jīng)浙江水利廳組織審查，予以通過。2008年汛期、2009年汛期都安然度過，期間2008年6月23日在壩址上游出現(xiàn)2小時降雨達122mm的特大暴雨，圍堰、導流洞等整個導流系統(tǒng)沒有出現(xiàn)任何問題，目前大壩已于2009年10月10日完成填筑任務，砼面板已完成90%工作量，輸水洞和進水塔已全部完成。以上事實充分證明本次度汛方案調(diào)整是科學的、合理的、經(jīng)濟的、及時的，同時也是符合實際的。

表7 四個度汛方案綜合比較表

七、優(yōu)化變更度汛方案產(chǎn)生的效益

1.節(jié)省工期6個月

若不變更度汛方案，楓坑水庫除險擴容工程2008年4月15日～10月15日汛期就只能停止施工，工程完工時間只能往后順延。義烏市是水資源緊缺的城市，投資約1.7億元對楓坑水庫除險擴容的目的是解決義西南地區(qū)水資源短缺矛盾。2004年開始到目前，義西南地區(qū)供水水源只有柏峰水庫，由于柏峰水庫庫容有限，一到下半年都要降壓限水，嚴重制約當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。節(jié)省6個月工期也就是說可以提前6個月蓄水和供水，這不僅是義西南地區(qū)的民生工程，而且能產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。

2.節(jié)約工程資金62.27萬元

在科學分析當?shù)貧v年水文資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)楓坑水庫實際情況，由原來的50年一遇度汛標準降低到20年一遇，可大大降低土圍堰堰頂高程，減少圍堰土石方工程量，同時縮短導流洞的洞身長度，僅此一項可節(jié)省約40萬元，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

八、結(jié) 語

楓坑水庫擴容工程在施工度汛方案優(yōu)化變更方面取得了較好的成績，得益于上級業(yè)務主管部門的指導和大力的支持，得益于指揮部、監(jiān)理部、項目部等參建單位因地制宜，敢于實踐，發(fā)揮智慧。實踐證明：根據(jù)工程的實際情況，對水文資料進行嚴密分析，在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，合理選擇度汛標準，優(yōu)化度汛方案中的工程措施，不僅保證了工期，還取得了巨大的社會經(jīng)濟效益。