南巴河水库工程施工导流设计

2020-04-11

治淮 2020年1期

（安徽省水利水电勘测设计院合肥 230088）

1 工程概况

南巴河水库坝址位于海南省乐东县境内南巴河下游，坝址距离河口约7km，距离乐东县城约13km。南巴河水库控制流域面积193km2，水库以供水、灌溉为主，兼顾生态补水等。水库正常蓄水位181.0m，总库容8900万m3。南巴河水库主要承担向长茅水库调水任务，年均调水量3827万m3，最大年调水量9190万m3，设计调水流量7m3/s。

工程主要由大坝、溢洪道、引水隧洞、生态放水底孔及过鱼建筑物等组成。大坝坝型为黏土心墙堆石坝，坝顶总长331.0m，最大坝高46.0m；岸边式溢洪道紧靠大坝右坝头布置，布置总长427.6m，总宽60.0m；引水隧洞总长6890m，洞身断面为2.5m×3.2m（宽×高）城门洞型；生态放水底孔设计流量为1.8m3/s，由导流洞改建而成，总长为980.7m；过鱼建筑物采用鱼道型式，鱼道总长为3060m。

2 自然条件

水文气象：该区域多年平均降雨量1671mm，且年内分配不均匀，降雨多集中在6～10月，占年总雨量约80%。多年平均气温25.5℃，长夏无冬，具有热带海洋性季风气候的特点。坝址区洪、枯水期流量相差较大，洪枯比约12。

地形：坝址区为低山地貌及少量河流阶地地貌单元，两岸山脊之间，地形呈不对称“V”型，左岸山体高程约441.0m，地形较缓，坡度15°～25°；右岸山体高程约233.0m，地形较陡，坡度30°～50°，临河为陡立山体，山体坡度70°～80°，局部近直立。河床宽约35m，河床面高程145.0～146.0m。

地质：左岸及河床阶地处于大面积崩积体范围内，崩积层含角砾碎石黏性土夹块石，透水性偏大，厚度较厚，地质条件较差；右岸及主河床弱风化埋深较浅，可见弱风化粉细砂岩出露。

3 导流方式

大坝左岸坝基地质条件差，基础处理量大，加上坝体填筑量大，难以在一个枯水期内完成大坝施工，所以大坝施工时段需按全年考虑。正常情况下，土石坝施工导流宜采用围堰一次拦断河床、隧洞导流方式，但由于该工程坝址区洪、枯水期流量相差较大（洪枯比约12），若采用围堰一次拦断河床的隧洞全年导流方式，需要修筑较高的围堰和大断面的导流洞，不仅施工导流工程投资大，且导流建筑物布置也较困难。坝址处主河床宽度虽只有35m左右，但左岸阶地较宽，有近120m 宽，阶地地面高程151.0～159.0m，具备分期导流的条件。经综合分析考虑，大坝施工导流拟采用分期导流方式，具体分期方式如下：

一期：第一年4月～第二年11月，鉴于左岸阶地较宽，拟在靠河道一侧沿水流方向填筑全年围堰挡水，先行施工大坝左岸坝段，进行左岸坝段地基处理和坝体填筑工作，并将左岸坝段坝体填筑至180.4m 高程，该时段内上游来水仍从原河道通过。

二期：第二年12月～第三年5月，填筑上、下游围堰拦断河床，上游来水改从布置在右岸的导流洞通行，该时段内进行右岸坝段的坝基处理和坝体填筑施工，并在5月底将大坝全坝段填筑至180.4m度汛高程。

三期：第三年6月～第三年12月，大坝继续填筑至坝顶高程并完成大坝所有项目的施工，该时段内上游来水流量等于或小于导流洞下泄能力时，由导流洞泄流；当来水流量大于导流洞下泄能力时，由导流洞及溢洪道共同泄流。

4 导流标准

南巴河水库工程等别为Ⅲ等，大坝建筑物级别为3级，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）的规定，其导流建筑物级别为5级，相应临时性导流建筑物洪水标准在采用土石结构时为5～10年一遇。大坝一期围堰全年挡水，挡水时段18个月，时间较长，考虑导流建筑物使用年限、围堰失事后果等情况，经风险度综合分析，大坝一期围堰洪水标准取上限10年一遇；大坝二期围堰仅枯水期挡水，挡水时段较短，且设计挡水位不高，大坝二期围堰洪水标准取下限5年一遇。

坝体施工期临时度汛洪水标准根据坝型及坝前拦洪库容V（108m3）确定。该工程大坝为堆石坝，当V ＜0.1时，为20～50年一遇标准；当0.1 ≤V ＜1.0时为50～100年一遇标准，考虑坝址距河口较近，失事后对下游的影响不大，该工程坝体施工期临时度汛洪水标准取下限。

选定的导流建筑物洪水标准、设计流量及水位见表1。

表1 导流建筑物洪水标准表

5 导流建筑物设计

5.1 一期导流建筑物设计

一期河道上游来水仍从原河道过流，受一期围堰布置影响，过流断面略有减小，经水力计算，通过设计流量1750m3/s，坝址处水位约155.0m，流速约4.30m/s。

一期围堰在左岸阶地靠河道一侧布置，围堰轴线总长453.6m，其中上游横向围堰长75.1m，下游横向围堰长127.5m，纵向围堰长251.0m。一期围堰设计水位：上游横向围堰155.3m、下游横向围堰154.7m、纵向围堰154.7～155.3m。考虑安全加高和波浪高度，一期围堰顶高程为：上游横向围堰156.3m、下游横向围堰155.7m，纵向围堰155.7～156.3m。围堰型式采用土石围堰，直接利用基坑开挖料填筑，粘土心墙防渗，考虑交通要求和后期度汛要求，堰顶宽度取8.0m，围堰填筑边坡迎水侧为1∶1.5，背水侧为1∶2.0。一期导流汛期河槽内流速较大，围堰迎水侧铺设35cm 厚钢筋石笼防冲。

5.2 二期导流建筑物设计

大坝二期导流泄水建筑物导流洞（导流结束后改建为生态放水底孔）布置于右岸，为3.0m×3.9m（宽×高）城门洞型断面，洞长约890m，进口底高程150.5m，洞底坡4.0‰，出口底高程约147.0m。进口处设封堵闸门槽，采用钢闸门下闸蓄水。根据水力计算结果并经调洪演算，通过设计施工时段最大下泄流量119m3/s时，上游水位为157.6m，下游水位为147.4m。

大坝二期导流挡水建筑物上游围堰采用土工膜心墙碾压堆石堰型，下游围堰选用粘土斜墙碾压堆石堰型。上游围堰轴线长度约145.0m，设计挡水位157.6m，堰顶高程158.6m，最大堰高10.6m，堰顶宽6.0 m，堰体边坡为1∶1.5。下游围堰轴线长度约93m，设计挡水位147.4m，堰顶高程148.4m，最大堰高3.9m，堰顶宽度5.0m，迎水面边坡为1∶2.0，背水面堰体边坡1∶1.5。

6 施工期坝体临时挡水度汛

施工期坝体临时挡水度汛（第三年汛期）利用溢洪道与导流洞共同泄流，第三年5月底将溢洪道开挖至171.0m 高程，开挖宽度56m，为施工期坝体临时度汛创造条件。经计算，当发生全年时段设计标准洪水时，最大下泄流量2021m3/s，其中溢洪道泄流量1927.3m3/s，导流洞泄流量93.7m3/s，此时大坝上游水位178.9m，下游水位154.1m，考虑安全超高和波浪爬高，第三年5月底坝体需填筑至180.4m高程。

7 下闸蓄水与下游供水

导流洞下闸时间初选在第四年5月初，下闸流量采用5月份5年一遇月平均流量9.5m3/s。导流泄水建筑物封堵期间，封堵工程进口临时挡水设施的洪水标准应与相应时段的大坝施工期洪水标准一致，进口挡水闸门设计取5～6月50年一遇洪水标准，设计流量916 m3/s。导流洞下闸封堵后，上游来水通过已完建的溢洪道下泄，闸门设计最高挡水位为177.5m。进口封堵闸门采用潜孔式平面滑动钢闸门。

水库蓄水期按保证率为75%的月平均流量并减去向下游供水量计算水库蓄水量，第四年5月中旬可蓄至引水隧洞进口底高程159.5m，8月底可蓄至正常蓄水位。

为满足施工期下游生态保护要求，在导流洞下闸封堵改建，水库初期蓄水期间，要求考虑向下游供生态基流措施。因此，根据下游最小生态流量0.61m3/s 要求，初期蓄水期（水库蓄水从下闸水位蓄至鱼道进口170.0m 高程），在此期间利用浮船载离心泵抽水至溢洪道下泄生态基流，待蓄水位超过170.0m 后，由鱼道下泄生态基流。