响水涧上水库导流方案优化对工程的影响分析

2012-06-28张卫林

四川水利 2012年4期

张卫林

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局，四川双流，610225)

1 工程概况

响水涧抽水蓄能电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、开关站和下水库等建筑物组成，电站装机容量1000MW(4×250MW)。电站上水库由主坝、南北副坝、上库引水系统等组成，主、副坝均为混凝土面板堆石坝，最大坝高分别为88.0m、62.0m、53.5m，坝顶长度分别为520m、353m、174m，坝顶宽度均为8.0m。

主坝前沿高程为138m，库内降雨积水主要通过主坝建设区域排出库区，因此上水库防洪度汛重点在主坝工程。

2 工程原设计导流方式

2.1 导流度汛标准

根据相关资料，上水库土建工程导流标准根据施工时段不同，划分两个阶段:

2.1.1 自施工进点至2008年汛前，设计洪水标准按10年日暴雨降水量201.8mm/24h，24小时暴雨排水总量20.15万m3。

2.1.2 2009年和2010年汛前，设计洪水标准按20年日暴雨降水量248.2mm/24h，24小时暴雨排水总量25.34万m3。

2.2 导流规划

根据导流标准及日暴雨强度曲线，原导流方式及规划为:

2.2.1 2007年11月～2008年2月，导流建筑物施工，入库降雨从主坝沟谷排走。此阶段进行导流建筑物的修建施工，包括挡水围堰、引水明渠、泄水廊道。原施工导流布置见图1。挡水围堰:围堰顶长32.3m，底宽21.2m，顶部宽度为4m，底部高程为144.9m，高6.9m，上游迎水面坡度为1∶1，下游坡度为1∶1.5，采用袋装土防渗。

图1 原施工导流布置(单位:m)

引水明渠:明渠为浆砌石，修建在围堰右侧，过流断面为1.2×1.6m，底部厚度为0.5m，两侧直墙厚0.3m。

泄水廊道:泄水廊道进口底板高程为139.50m，出口底板高程为72.30m，纵坡i=7.7%、29.4%、27.3%及13.2%不等，断面为2.6×3.6m，廊道长350.0m。廊道内设通长DN800压力钢管用于库区排水，出口设消能池。

2.2.2 2008年3月～2010年12月，入库降雨在围堰前汇积，高程149m以上积水通过泄水廊道内钢管自流排出库外，高程149m以下通过水泵进行抽排。

2.2.3 2010年12月进行围堰拆除施工。

3 原方案实施中存在的问题

泄水廊道位于主坝沟谷内，多数为槽挖，受主坝坝体开挖和降雨影响较大，在主坝、廊道开挖时间段内，火工品供应也存在问题。加之，进场不久即遭受到百年一遇的暴雪影响，致使2008年4月前工程建设几乎处于停滞状态，根据施工总进度安排，难以实现导流目标。

泄水廊道内16MnR压力钢管需定制，在原规定时间到货比较困难。

由于雪灾等影响，导致主坝坝基及其他部位石方开挖工程滞后，开挖可利用石料无法直接上坝填筑，需在库内堆存，导致原导流方案滞洪库容减小，对度汛安全造成一定的危害。

基于以上几点分析，通过与相关单位协调，决定对施工导流方案进行优化。

4 优化后的施工导流程序

上水库建于响水涧沟源山坳中，集水面积为1.12km2，流域洪水由暴雨形成，暴雨均发生在4月至9月，以6月至7月梅雨期最多。针对以上特点，制定的导流方案及规划如下:

4.1 导流方案

挡水围堰填筑结合后期主坝上游盖重区进行规划施工，顶部高程加高至155m，采用库区剥离风化料填筑，防渗采用粘土，取消原导流方案中的引水明渠，改由内径为800mm的钢管代替(钢管布设高程142～140m)，另在泄水廊道进口段高程140m处预留孔，将钢管与泄水廊道内压力钢管相连，预留孔后期使用微膨混凝土封堵。优化后的施工导流布置见图2。

图2 优化后施工导流布置(单位:m)

4.2 导流规划

4.2.1 2007年12月～2008年7月中旬，利用主坝沟谷泄洪。

4.2.2 2008年8月～2009年3月下旬，在主坝左、右侧各修建一条排水沟(截水沟)泄水。

4.2.3 2009年4月～2010年12月，利用已修建的导流建筑物进行防洪度汛。

4.2.4 2010年12月进行围堰拆除施工。

5 优化方案对工程的影响

5.1 基本资料

安徽响水涧抽水蓄能电站地处在亚热带湿润季风气候区北缘，全年有三个明显降雨期:4至5月春雨，6至7月梅雨，9至10月秋雨。日降雨量100mm以上的大暴雨多出现在6、7月份。电站多年平均(1959年～2003年)年降水量为1215.5mm。响水涧(上库)各代表年径流年内分配情况详见表1，响水涧日暴雨强度及上库日暴雨排水量详见表2，上库及响水涧主沟全年汛期设计洪水过程详见表3。

表1 响水涧(上库)各代表年径流年内分配单位:万m3

表2 响水涧日暴雨强度及上库日暴雨排水量

表3 上库及响水涧主沟全年汛期设计洪水过程单位:m3·s－1

5.2 对工程成本的影响

5.2.1 抽排水费用

如按照原导流度汛方案采用导流明渠引水，在围堰及其他导流建筑物修建完成后，每月均要安排水泵对处于149m高程以下的降雨积水进行抽排。不考虑蒸发等因素，根据水文资料及相关统计数据分析，2009年3月～2010年4月期间，需投入22万元的抽排水费用。优化后，此部分费用可以省去。

5.2.2 装运、堆存料维护费用

优化后的导流度汛方案，围堰填筑料为库区剥离风化料，满足主坝坝体填筑区域划分中对“上游盖重区任意料区(1B)的填筑可以采用开挖弃渣石料，无碾压要求”的规定，因此该区域坝体填筑料可以直接使用围堰填筑料。优化后的度汛方案将围堰填筑与坝体填筑有机结合在一起，降低了堆存料堆存维护费用及减少一次挖装、运输费用。围堰填筑方量12000m3，1m3风化料挖装、运输等费用为10元，合计12万元(不计维护管理费用)。优化后，此部分费用可以省去。

5.2.3 拆除费用

根据合同等文件，上水库建设完成后需要按要求清库，原施工导流围堰属于此项工作，由于优化后的导流方案在规划阶段已经把围堰作为主坝填筑的一部分，因此间接除去了此项工作，可减少8万元的围堰拆除费用。

5.2.4 坝体填筑、库区清理费用

由于优化后的导流围堰已在坝前铺盖范围内，其填筑指标符合设计要求，另结合库区清理等相关工作，因此，优化后的导流围堰施工方案，可在不发生任何施工成本的情况下，增加施工产值。根据合同文件，库区清理单价为11.44元/m3，坝前任意料填筑20.35元/m3，因此增加产值为38.1万元。

5.2.5 其他相关费用

优化后的导流方案，由于取消浆砌石引水明渠修建施工，改为使用钢管代替，此部分增加的费用9万元(不计钢管剩余价值)可节约。

由上述几项，可以看出，导流度汛方案优化后，降低工程建设成本至少33万元，增加纯利润至少38.1万元，具有较为明显的经济效益。

5.3 对工程安全的影响

根据实际工程进度安排，在2009年6月前主坝坝体不具备挡水条件，为保证主坝区域内施工安全，必须采用围堰挡水。

5.3.1 滞洪量计算

根据设计提供响水涧日暴雨强度，上库日暴雨排水量及日暴雨强度曲线，在发生20年一遇的日暴雨强度时，10∶00～12∶00为危险时段，结合上库及响水涧主沟全年汛期设计洪水过程(表3)可知:

式中:Q——10∶00～12∶00汇水总量;

Q1——10∶00来水量为5.4×60×60=19440 m3;

Q2——11∶00来水量为17.3×60×60=62280 m3;

Q3——12∶00来水量为4.7×60×60=16920m3。

式中:Q1——10∶00～12∶00下泄总量;

q——下泄流量，根据设计要求最大不超过3 m3/s;

h——计算时间段，10∶00～12∶00共计3小时。

滞洪量:滞洪量=来洪量－排洪量=98640－32400=66240 m3

5.3.2 滞洪库容选择

5.3.2.1 原导流方案下实际滞洪库容校核原导流方案中围堰填筑顶高程为151.8m，因工程前期延误，导致其他施工面部分界定为开挖可利用料，无法直接进行填筑。建设方为降低工程建设成本，要求在库区设置堆存场地进行堆存，造成围堰高程151.5m以下滞洪库容减小。经复测，围堰前部主坝冲沟滞洪库容为1.15万m3(参见表4)，加上库区弃渣场渣料孔隙水3.4万m3，上水库库区仅有4.5万m3滞洪库容，小于度汛滞洪库容要求。

5.4 对工程进度、质量的影响

如不进行调整，根据上库及响水涧主沟全年汛期设计洪水过程(参见表4)，假设每小时降水都能及时排除，滞洪库容每小时可利用量均为4.5万m3，因此只要保证在11∶00其汇水能及时排除，即可保证上水库度汛安全。结合本节5.3.1相关计算，在11∶00时，需用水泵抽排水量=来洪量－滞洪量－排洪量=Q2－V滞洪库容－q1×h/3=62280－45000－10800=6480 m3，需配置22kW、排水能力200m3/h的水泵33台。因此，从度汛安全、施工难度、资源配置，建设成本等考虑均不利。

5.3.2.2 优化方案选择为保证度汛安全，根据测量现场复测数据，经综合比较，确定上水库围堰顶部高程加高至高程155m，围堰蓄水高程154.3m，滞洪库容可增加到3.5万m3，加上库区弃渣场渣料孔隙水3.4万m3，滞洪库容可增加到6.9万m3＞滞洪量=66240 m3，满足度汛要求。

通过对导流方案的优化，对保证上水库度汛安全、简化施工程序、节约度汛成本起到了较为明显的效果。主坝冲沟滞洪库容复测见表4。