水口坝下水位治理工程施工导流规划设计

吴 彬，江金章

（中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

1 概 述

1.1 工程概况

水口水电站坝下水位治理工程位于福建省闽清县境内的水口水电站下游约9.00 km的闽江河段上。工程主要任务一是抬高水口水电站下游口门区水位，改善通航条件；二是抬高水口水电站尾水水位，保证机组的正常稳定运行。

本工程枢纽建筑物从右至左由右岸挡水坝段、右岸船闸、溢流坝段、左岸护坡段组成。右岸挡水坝段为混凝土重力坝，坝顶高程27.00 m，最大坝高37.00 m；右岸船闸为双线船闸，一期修建一线船闸；溢流坝为“WES”型低堰，堰顶高程6.94 m，最大坝高16.94 m，轴线长355.00 m；左岸护坡为50 cm厚的混凝土贴坡。枢纽布置详见图1。

1.2 水文条件

坝区地处东南沿海，属于亚热带气候，雨量十分充沛，地下水的补给来源主要是靠大气降水，然后补给河水。河流特性属山区性河流，河水暴涨暴落，流域内受亚热带季风气候影响，全年气候温暖，雨量充沛，洪水期一般发生在4～7月，尤以5月、6月梅雨季为大。在秋末冬初受台风的影响，亦可能产生较小的洪水。

天然情况下，全年重现期20年洪水流量为29 000 m3/s，全年重现期10年洪水流量为25 900 m3/s，枯水期9月～次年3月重现期10年洪水流量为12 400 m3/s。

1.3 地形地质条件

图1 枢纽平面布置图Fig.1 Plane of junction layout

坝址处闽江由北向南流，河谷开阔，呈“U”字形，河道顺直，枯水季节水面宽约410.00 m，水深0.50～8.00 m，河水面高程约2.20 m，两岸地形对称。左岸为外福铁路，距离岸边约65 m，铁路高程约为25.20 m，岸坡坡度25°～45°。铁路外侧岸坡覆盖层较薄，主要由弃渣及残坡积碎石土组成，厚约0.50～8.10 m，覆盖层下为强～弱风化基岩。右岸为G316国道，距离岸边约30.00～57.00 m，路面高程为27.00 m，岸坡坡度35°～40°，覆盖层主要由弃渣及残坡积碎石土组成，厚约1.40～8.90 m。中部偏右河床分布有基岩深槽，深槽覆盖层厚18.50～36.00 m。

1.4 施工导流特点

本工程在大江大河上，枢纽建筑物规模不大，导流建筑物规模较大，与一般工程相比，本工程施工导流有以下特点：

（1）工程两岸山体单薄，施工期需具有通航条件，因此不适合采用隧洞导流方案；工程两岸没有可供导流明渠布置的台地或阶地，不适合采用明渠方案；枯水期水面宽约410 m，适合采用分期导流，同时也可以解决施工期通航的问题。

（2）本工程上游建有水口水电站，水口水库为不完全季调节水库，具备一定的调蓄功能，在非主汛期可进行预降水位达到拦洪削峰的作用，从而减小非主汛期下泄流量。

（3）本工程河床中部偏右分布有基岩深槽，覆盖层厚度18.50～36.00 m，深槽分布位置制约着工程纵向混凝土围堰的布置。

（4）本工程两岸交通干线路面高程和水库淹没线高程均较低，施工导流方案设计流量的选择不宜选取过大的流量，否则施工期水位超过两岸交通线路高程及水库淹没线高程，增加施工期淹没范围，增加工程投资。

（5）本工程石方开挖均在围堰的围护下才具备开挖条件，前期围堰填筑石渣需从石料场开采，施工导流方案设计需选择前期石渣需用量较小的方案，以减小石料场的石方开采。

2 施工导流设计

2.1 导流方案选择

工程两岸山体单薄，施工期需具有通航条件，因此不适合采用隧洞导流方案；两岸没有可供导流明渠布置的台地或阶地，并且左岸外福铁路和右岸G316国道距离江边较近，边坡大开挖必然影响两岸交通，明渠导流方式不适用于本工程；枯水期水面宽约410 m，适合采用分期导流，同时也可以解决施工期通航的问题。

从船闸早日投运角度考虑，船闸安排在一期导流阶段施工。为缩短船闸施工工期、早日投运，船闸施工导流宜采用全年导流方案；但同时，本工程汛期流量大，洪枯流量相差悬殊，枢纽建筑物为混凝土结构，具备采用枯水期围堰挡水、汛期基坑过流的导流方案。因此，本工程围绕着船闸早日投运、施工期尽量减小对两岸交通影响、减少征地移民为主要目的对施工导流进行方案比较。

2.1.1 方案一：三期导流方案

该方案为三期导流方案，施工导流规划为：一期导流围右岸船闸部分，左岸束窄河床泄流和通航，围堰挡水标准为全年重现期10年洪水，在全年土石围堰的围护下施工船闸土建部分及右岸挡水坝段（见图2）；二期导流阶段，全年围堰拆除至挡枯水期水位高程，并且在一期围堰的基础上往外新建一枯水期围堰，与一期围堰横向段相接形成二期围堰，二期围堰形成后拆除一期围堰纵向段，左岸束窄河床泄流和通航，围堰挡水时段为枯水期9月～次年3月，在枯水期土石围堰的围护下施工纵向混凝土围堰和右岸6孔溢流坝段以及船闸金属结构安装（见图3）；三期导流围左岸，右岸已建船闸通航，已建溢流坝泄流，围堰挡水时段为9月～次年3月，在三期枯水期围堰的围护下施工左岸10孔溢流坝段和左岸护坡（见图4）。选定的施工导流方案需尽量减小导流建筑物规模，减少石料开采量；（3）本工程左右岸均有交通干线，高程较低，上游水位壅高不宜影响两岸交通；（4）本工程水库淹没线高程较低，上游壅高水位不宜高于水库淹没线，增加移民费用。

图2 方案一一期导流平面布置示意图Fig.2 Plane of diversion layout in the first stage of scheme 1

图3 方案一二期导流平面布置示意图Fig.3 Plane of diversion layout in the second stage of scheme 1

图4 方案一三期导流平面布置示意图Fig.4 Plane of diversion layout in the third stage of scheme 1

图5 方案二一期导流平面布置示意图Fig.5 Plane of diversion layout in the first stage of scheme 2

本方案船闸施工在全年围堰围护下进行，工期短。但由于一期导流采用全年导流标准，洪水流量大，上游水位高达22.50 m，高于水库淹没线高程，增加了施工期移民赔偿费用；其次，全年围堰长约800 m，石方填筑量大，需从石料场开采大量的石渣，增加了石料场的占地面积；再次，全年围堰坐落于基岩深槽，围堰混凝土防渗墙成墙面积达3万m2（墙体最深约50 m），防渗工程造价高。本方案由于船闸施工采用全年导流标准，因此缩短了船闸通航工期和总工期，其船闸通航工期和总工期分别为2年10个月和3年11个月。

2.1.2 方案二：二期导流方案

该方案为二期导流方案，施工导流规划为：一期导流围右岸，左岸束窄河床泄流和通航，9月～次年3月围堰挡水，4～8月基坑过流，在枯水期土石围堰和纵向混凝土围堰的围护下进行船闸、右岸挡水坝段和右岸6孔溢流坝段施工（见图5，为了施工纵向混凝土围堰，需修建子围堰）；二期导流围左岸，右岸已建船闸通航，已建溢流坝泄流，围堰挡水时段为9月～次年3月，在二期枯水期围堰的围护下施工左岸10孔溢流坝段和左岸护坡（见图6）。

本方案充分利用了闽江水文特点、上游水口水库具备拦洪削峰的特点以及枢纽建筑物允许过水的特点。一期导流采用枯水期围堰挡水，在一期导流阶段汛期采用基坑和束窄的左岸河床联合过流的导流方式，减小了一期围堰的规模，减少了石料开采量，节省投资；一期导流阶段汛期基坑过流时上游壅高水位为22.04 m，低于两岸交通干线高程和水库淹没线。本方案船闸采用枯水期施工、汛期基坑过流，船闸通航工期和总工期分别为3年10个月和4年11个月。

2.1.3 推荐施工导流方案

根据本工程特点分析，施工导流方案的选定主要考虑以下因素：（1）船闸尽早具备通航条件；（2）

图6 方案二二期导流平面布置示意图Fig.6 Plane of diversion layout in the second stage of scheme 2

方案一，船闸施工采用全年导流方案，虽然可以加快工期，但是该方案需增加石料开采量、导流工程规模大、费用高，上游壅高水位较高，对左右岸交通干线存在一定安全隐患，且高于水库淹没线，移民费用增加；方案二船闸施工采用枯水期导流方案，工期较方案一增加一年，但是可以减少石料开采量，且上游壅高水位较低，对两岸交通干线没有影响，同时也不增加施工期移民费用。综合利弊，目前推荐方案二。

2.2 推荐方案各期设计流量的选择

本工程导流设计标准采用9月～次年3月重现期10年，若采用天然流量12 400 m3/s，各期导流建筑物规模均较大，上游壅高水位淹没或影响两岸交通干道，同时上游水位超过水库淹没线，增加移民费用。本工程上游为水口水电站，水口水库为不完全季调节水库，经调洪计算，9月～次年3月水口水库预降水位至62 m的情况下重现期10年流量为8 631 m3/s（包括区间流量）；而水口水电站7台机满发流量为4 015 m3/s（包括区间流量），各期施工导流设计流量可以依据保护对象、失事后果、使用年限等因素在以上两个流量中进行选取。

（1）一期导流设计流量选择

一期导流阶段施工船闸和右岸溢流坝段，船闸施工为本工程关键线路项目。根据选定的导流方案，船闸施工三个枯水期，施工历时长，为保证船闸施工工期，一期导流设计流量不宜太小。根据水口水电站16年实测逐月最大下泄流量统计，9月～次年3月下泄流量大于8 631 m3/s的次数为2次，施工保证率高，而下泄流量大于4 015 m3/s的次数为11次，施工保证率较低。因此，一期导流设计流量宜选择8 631 m3/s。

（2）二期导流设计流量选择

二期导流阶段主要施工左岸溢流坝段和左岸护坡，利用一个枯水期完成，围堰利用时间短、施工历时短，一期导流设计流量宜选择较小流量；同时考虑到坝址处枯水期流量主要由水口水电站发电流量控制，在短时段（一个枯水期）内采用水口水电站7台机满发流量作为二期导流设计流量是可行的。因此，二期导流设计流量选择4 015 m3/s。

3 结 语

本工程施工导流规划与一般工程相比，具有工程所在河流汛期流量大、洪枯流量相差悬殊、上游已建有电站，具备一定调蓄能力，但同时也加大枯水期流量、枢纽水头低，水库淹没线高程较低、左右岸存在交通干线，且高程较低等特点。在设计阶段，进行了大量的资料搜集、工程调研工作，但类似工程实例较少，没有完全符合以上特点的工程实例。本工程施工导流规划设计为上游具有已建电站、低水头枢纽或两岸交通干线较低工程的施工导流规划提供了一定的参考和借鉴。