水口壩下水位治理工程施工導流規(guī)劃設計

吳 彬，江金章

（中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014）

1 概 述

1.1 工程概況

水口水電站壩下水位治理工程位于福建省閩清縣境內的水口水電站下游約9.00 km的閩江河段上。工程主要任務一是抬高水口水電站下游口門區(qū)水位，改善通航條件；二是抬高水口水電站尾水水位，保證機組的正常穩(wěn)定運行。

本工程樞紐建筑物從右至左由右岸擋水壩段、右岸船閘、溢流壩段、左岸護坡段組成。右岸擋水壩段為混凝土重力壩，壩頂高程27.00 m，最大壩高37.00 m；右岸船閘為雙線船閘，一期修建一線船閘；溢流壩為“WES”型低堰，堰頂高程6.94 m，最大壩高16.94 m，軸線長355.00 m；左岸護坡為50 cm厚的混凝土貼坡。樞紐布置詳見圖1。

1.2 水文條件

壩區(qū)地處東南沿海，屬于亞熱帶氣候，雨量十分充沛，地下水的補給來源主要是靠大氣降水，然后補給河水。河流特性屬山區(qū)性河流，河水暴漲暴落，流域內受亞熱帶季風氣候影響，全年氣候溫暖，雨量充沛，洪水期一般發(fā)生在4～7月，尤以5月、6月梅雨季為大。在秋末冬初受臺風的影響，亦可能產生較小的洪水。

天然情況下，全年重現(xiàn)期20年洪水流量為29 000 m3/s，全年重現(xiàn)期10年洪水流量為25 900 m3/s，枯水期9月～次年3月重現(xiàn)期10年洪水流量為12 400 m3/s。

1.3 地形地質條件

圖1 樞紐平面布置圖Fig.1 Plane of junction layout

壩址處閩江由北向南流，河谷開闊，呈“U”字形，河道順直，枯水季節(jié)水面寬約410.00 m，水深0.50～8.00 m，河水面高程約2.20 m，兩岸地形對稱。左岸為外福鐵路，距離岸邊約65 m，鐵路高程約為25.20 m，岸坡坡度25°～45°。鐵路外側岸坡覆蓋層較薄，主要由棄渣及殘坡積碎石土組成，厚約0.50～8.10 m，覆蓋層下為強～弱風化基巖。右岸為G316國道，距離岸邊約30.00～57.00 m，路面高程為27.00 m，岸坡坡度35°～40°，覆蓋層主要由棄渣及殘坡積碎石土組成，厚約1.40～8.90 m。中部偏右河床分布有基巖深槽，深槽覆蓋層厚18.50～36.00 m。

1.4 施工導流特點

本工程在大江大河上，樞紐建筑物規(guī)模不大，導流建筑物規(guī)模較大，與一般工程相比，本工程施工導流有以下特點：

（1）工程兩岸山體單薄，施工期需具有通航條件，因此不適合采用隧洞導流方案；工程兩岸沒有可供導流明渠布置的臺地或階地，不適合采用明渠方案；枯水期水面寬約410 m，適合采用分期導流，同時也可以解決施工期通航的問題。

（2）本工程上游建有水口水電站，水口水庫為不完全季調節(jié)水庫，具備一定的調蓄功能，在非主汛期可進行預降水位達到攔洪削峰的作用，從而減小非主汛期下泄流量。

（3）本工程河床中部偏右分布有基巖深槽，覆蓋層厚度18.50～36.00 m，深槽分布位置制約著工程縱向混凝土圍堰的布置。

（4）本工程兩岸交通干線路面高程和水庫淹沒線高程均較低，施工導流方案設計流量的選擇不宜選取過大的流量，否則施工期水位超過兩岸交通線路高程及水庫淹沒線高程，增加施工期淹沒范圍，增加工程投資。

（5）本工程石方開挖均在圍堰的圍護下才具備開挖條件，前期圍堰填筑石渣需從石料場開采，施工導流方案設計需選擇前期石渣需用量較小的方案，以減小石料場的石方開采。

2 施工導流設計

2.1 導流方案選擇

工程兩岸山體單薄，施工期需具有通航條件，因此不適合采用隧洞導流方案；兩岸沒有可供導流明渠布置的臺地或階地，并且左岸外福鐵路和右岸G316國道距離江邊較近，邊坡大開挖必然影響兩岸交通，明渠導流方式不適用于本工程；枯水期水面寬約410 m，適合采用分期導流，同時也可以解決施工期通航的問題。

從船閘早日投運角度考慮，船閘安排在一期導流階段施工。為縮短船閘施工工期、早日投運，船閘施工導流宜采用全年導流方案；但同時，本工程汛期流量大，洪枯流量相差懸殊，樞紐建筑物為混凝土結構，具備采用枯水期圍堰擋水、汛期基坑過流的導流方案。因此，本工程圍繞著船閘早日投運、施工期盡量減小對兩岸交通影響、減少征地移民為主要目的對施工導流進行方案比較。

2.1.1 方案一：三期導流方案

該方案為三期導流方案，施工導流規(guī)劃為：一期導流圍右岸船閘部分，左岸束窄河床泄流和通航，圍堰擋水標準為全年重現(xiàn)期10年洪水，在全年土石圍堰的圍護下施工船閘土建部分及右岸擋水壩段（見圖2）；二期導流階段，全年圍堰拆除至擋枯水期水位高程，并且在一期圍堰的基礎上往外新建一枯水期圍堰，與一期圍堰橫向段相接形成二期圍堰，二期圍堰形成后拆除一期圍堰縱向段，左岸束窄河床泄流和通航，圍堰擋水時段為枯水期9月～次年3月，在枯水期土石圍堰的圍護下施工縱向混凝土圍堰和右岸6孔溢流壩段以及船閘金屬結構安裝（見圖3）；三期導流圍左岸，右岸已建船閘通航，已建溢流壩泄流，圍堰擋水時段為9月～次年3月，在三期枯水期圍堰的圍護下施工左岸10孔溢流壩段和左岸護坡（見圖4）。選定的施工導流方案需盡量減小導流建筑物規(guī)模，減少石料開采量；（3）本工程左右岸均有交通干線，高程較低，上游水位壅高不宜影響兩岸交通；（4）本工程水庫淹沒線高程較低，上游壅高水位不宜高于水庫淹沒線，增加移民費用。

圖2 方案一一期導流平面布置示意圖Fig.2 Plane of diversion layout in the first stage of scheme 1

圖3 方案一二期導流平面布置示意圖Fig.3 Plane of diversion layout in the second stage of scheme 1

圖4 方案一三期導流平面布置示意圖Fig.4 Plane of diversion layout in the third stage of scheme 1

圖5 方案二一期導流平面布置示意圖Fig.5 Plane of diversion layout in the first stage of scheme 2

本方案船閘施工在全年圍堰圍護下進行，工期短。但由于一期導流采用全年導流標準，洪水流量大，上游水位高達22.50 m，高于水庫淹沒線高程，增加了施工期移民賠償費用；其次，全年圍堰長約800 m，石方填筑量大，需從石料場開采大量的石渣，增加了石料場的占地面積；再次，全年圍堰坐落于基巖深槽，圍堰混凝土防滲墻成墻面積達3萬m2（墻體最深約50 m），防滲工程造價高。本方案由于船閘施工采用全年導流標準，因此縮短了船閘通航工期和總工期，其船閘通航工期和總工期分別為2年10個月和3年11個月。

2.1.2 方案二：二期導流方案

該方案為二期導流方案，施工導流規(guī)劃為：一期導流圍右岸，左岸束窄河床泄流和通航，9月～次年3月圍堰擋水，4～8月基坑過流，在枯水期土石圍堰和縱向混凝土圍堰的圍護下進行船閘、右岸擋水壩段和右岸6孔溢流壩段施工（見圖5，為了施工縱向混凝土圍堰，需修建子圍堰）；二期導流圍左岸，右岸已建船閘通航，已建溢流壩泄流，圍堰擋水時段為9月～次年3月，在二期枯水期圍堰的圍護下施工左岸10孔溢流壩段和左岸護坡（見圖6）。

本方案充分利用了閩江水文特點、上游水口水庫具備攔洪削峰的特點以及樞紐建筑物允許過水的特點。一期導流采用枯水期圍堰擋水，在一期導流階段汛期采用基坑和束窄的左岸河床聯(lián)合過流的導流方式，減小了一期圍堰的規(guī)模，減少了石料開采量，節(jié)省投資；一期導流階段汛期基坑過流時上游壅高水位為22.04 m，低于兩岸交通干線高程和水庫淹沒線。本方案船閘采用枯水期施工、汛期基坑過流，船閘通航工期和總工期分別為3年10個月和4年11個月。

2.1.3 推薦施工導流方案

根據本工程特點分析，施工導流方案的選定主要考慮以下因素：（1）船閘盡早具備通航條件；（2）

圖6 方案二二期導流平面布置示意圖Fig.6 Plane of diversion layout in the second stage of scheme 2

方案一，船閘施工采用全年導流方案，雖然可以加快工期，但是該方案需增加石料開采量、導流工程規(guī)模大、費用高，上游壅高水位較高，對左右岸交通干線存在一定安全隱患，且高于水庫淹沒線，移民費用增加；方案二船閘施工采用枯水期導流方案，工期較方案一增加一年，但是可以減少石料開采量，且上游壅高水位較低，對兩岸交通干線沒有影響，同時也不增加施工期移民費用。綜合利弊，目前推薦方案二。

2.2 推薦方案各期設計流量的選擇

本工程導流設計標準采用9月～次年3月重現(xiàn)期10年，若采用天然流量12 400 m3/s，各期導流建筑物規(guī)模均較大，上游壅高水位淹沒或影響兩岸交通干道，同時上游水位超過水庫淹沒線，增加移民費用。本工程上游為水口水電站，水口水庫為不完全季調節(jié)水庫，經調洪計算，9月～次年3月水口水庫預降水位至62 m的情況下重現(xiàn)期10年流量為8 631 m3/s（包括區(qū)間流量）；而水口水電站7臺機滿發(fā)流量為4 015 m3/s（包括區(qū)間流量），各期施工導流設計流量可以依據保護對象、失事后果、使用年限等因素在以上兩個流量中進行選取。

（1）一期導流設計流量選擇

一期導流階段施工船閘和右岸溢流壩段，船閘施工為本工程關鍵線路項目。根據選定的導流方案，船閘施工三個枯水期，施工歷時長，為保證船閘施工工期，一期導流設計流量不宜太小。根據水口水電站16年實測逐月最大下泄流量統(tǒng)計，9月～次年3月下泄流量大于8 631 m3/s的次數(shù)為2次，施工保證率高，而下泄流量大于4 015 m3/s的次數(shù)為11次，施工保證率較低。因此，一期導流設計流量宜選擇8 631 m3/s。

（2）二期導流設計流量選擇

二期導流階段主要施工左岸溢流壩段和左岸護坡，利用一個枯水期完成，圍堰利用時間短、施工歷時短，一期導流設計流量宜選擇較小流量；同時考慮到壩址處枯水期流量主要由水口水電站發(fā)電流量控制，在短時段（一個枯水期）內采用水口水電站7臺機滿發(fā)流量作為二期導流設計流量是可行的。因此，二期導流設計流量選擇4 015 m3/s。

3 結 語

本工程施工導流規(guī)劃與一般工程相比，具有工程所在河流汛期流量大、洪枯流量相差懸殊、上游已建有電站，具備一定調蓄能力，但同時也加大枯水期流量、樞紐水頭低，水庫淹沒線高程較低、左右岸存在交通干線，且高程較低等特點。在設計階段，進行了大量的資料搜集、工程調研工作，但類似工程實例較少，沒有完全符合以上特點的工程實例。本工程施工導流規(guī)劃設計為上游具有已建電站、低水頭樞紐或兩岸交通干線較低工程的施工導流規(guī)劃提供了一定的參考和借鑒。