黑虎山水庫施工導流設計

蘇 剛 ，董德學 ，劉梅松

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013；2.濰坊市水利建筑設計研究院，山東 濰坊 261041）

黑虎山水庫位于青州市西南25 km，王墳鎮章莊村西。庫區在彌河支流石溝河中游，壩址距石溝河與彌河交匯點8.5 km。水庫總庫容5 520萬m3，興利水位163 m，死水位144.6 m，興利庫容2 820萬m3。該水庫是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉及城市供水的中型水庫。水庫樞紐有主壩、副壩、溢洪道、非常溢洪道、放水洞等，建筑物等別為Ⅲ級。

1 工程概況

黑虎山水庫位于魯中南構造侵蝕中低山丘陵區，壩址坐落于石溝河中上游。主河槽分布于右岸，分布樁號0+086～0+450，河床寬364 m，主河床底高程125 m。主壩壩體心墻采用壤土填筑，褐黃色、灰褐色，土質不均，可塑～硬塑狀，無規律的夾有礫石，局部粉粒含量較高。壩殼由卵礫石填筑而成，卵礫石來源于主河槽沉積物，主要成分為灰巖，次磨圓狀，直徑1～25 cm。副壩壩體填筑土為壤土，褐黃色，土質較均勻，可塑～硬可塑，土質不均勻，局部夾礫石。

溢洪道位于水庫右岸，為開敞式，底寬48～50 m，進口底高程163.5 m，出口底高程142 m。左岸和右岸巖性均為厚層灰巖與頁巖互層，左岸高度4～16 m，右岸高度 10～26 m，邊坡陡峭，坡角 65°～80°，均屬于懸坡。

除險加固主要包括：主副壩加固、新建溢洪閘、溢洪道加固、放水洞加固以及管理設施維修改造等。

2 水文氣象

黑虎山水庫地處溫帶、亞溫帶，屬溫帶大陸性氣候，氣候四季分明，具有春旱、夏澇、晚秋又旱的特點。該區域多年平均氣溫為12.5℃，多年平均無霜期180 d左右，封凍期約為55 d，多年平均年最大風速14 m/s。根據王墳、臨朐等雨量站實測連續降水量觀測資料統計分析，黑虎山水庫多年平均降水量668.5 mm。降水主要集中在汛期6—9月，其中7—8月降水量尤為集中。多年平均汛期降水量469.6 mm，占多年平均降水量的70.4%。

根據以上資料，考慮到降雨、度汛、低溫等對工程施工的影響，確定年有效施工天數約為230 d。

3 施工導流

受庫水影響的壩前工程項目包括：主副壩漿砌石護坡、壩基高壓旋噴灌漿、壩體薄混凝土防滲墻、新建溢洪閘、放水洞加固改造等工程，其中主副壩漿砌石護坡底高程為147.0 m，壩基高壓旋噴灌漿和壩體薄混凝土防滲墻的施工平臺高程均為170.5 m，放水洞進口開挖底高程144.6 m，溢洪道進口底高程163.5 m，新建溢洪閘進口底高程161 m。壩基高壓旋噴灌漿和壩體薄混凝土防滲墻的施工平臺遠高于興利水位，其施工不受庫水影響，其他工程均在興利水位附近或以下，為確保工程安全施工，必須做好施工導流工作。

3.1 導流標準確定

根據 《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2000）的規定，本工程規模為大（2）型，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。結合《水利水電施工組織設計規范》（SL303—2004）的規定，臨時導流建筑物級別為5級，相應施工導流洪水標準為10～5年重現期洪水。由于河流水文實測資料系列較長，且圍堰為常用的土石圍堰，因此，施工導流標準采用水庫5年一遇重現期洪水。

3.2 導流方式選擇

黑虎山水庫泄水出口有2個，分別為放水洞和溢洪道，均需加固處理。考慮到溢洪道進口較高，為減少放水損失，溢洪道施工期間水庫暫不放水，在溢洪道進口修筑圍堰擋水，水庫可利用放水洞泄流。

主副壩上游護坡施工前，將水庫放水至死水位，利用3個月的時間將大壩下部受庫水影響的護坡工程施工完成，期間放水洞正常泄流，而大壩上部的護坡工程可與放水洞工程同期施工。

放水洞工程施工期間，由于溢洪道進口底高程較高，無法宣泄施工期來水，上游河道來水只能蓄于庫內，因此，需在洞前修筑圍堰擋水。

3.3 導流時段

根據氣象水文資料，為確保工程安全度汛，工程施工期安排于非汛期的10月至次年5月。

根據工程規模和施工進度的安排，壩前工程項目分2個非汛期完成，第1個非汛期的10月至次年5月進行溢洪閘工程施工，利用放水洞導流。第2個非汛期的10—12月，提前將庫水降至死水位，然后施工受庫水影響的大壩下部護坡工程，利用放水洞導流；次年1—5月，進行放水洞工程和主副壩上部護坡工程施工，上游來水全部蓄于庫內，不再下泄。

3.4 導流流量

根據以上施工導流安排，第1個非汛期的10月至次年5月，溢洪道施工期間水庫不需放水，利用放水洞泄流，以興利水位163 m作為起調水位，計算5年一遇設計洪水時的最高庫水位。第2個非汛期的1—5月施工前，需將水庫放水至死水位，但根據經驗，將庫水位降至絕對的死水位幾乎是不可能的，一般只能降到距死水位15～25 cm處，本次設計按降到144.8 m高程計算，并以144.8 m作為起調水位，計算5年一遇來水量在水庫不泄流情況下的最高庫水位。

采用實測暴雨法分析計算施工期10月至次年5月的5年一遇設計流量。施工期設計面雨量分析采用臨朐、廟子、王墳、益都、冶源水庫5站非汛期降水資料進行地區綜合分析，設計雨型采用《山東省山丘區暴雨徑流查算圖》中泰沂山北區1 h設計雨型，匯流計算采用山東省綜合瞬時單位線法。經分析計算，施工期10月至次年5月的5年一遇設計洪峰流量為144 m3/s，根據分析計算的10月至次年5月5年一遇施工期設計洪水過程線，以163 m起調，放水洞下泄，可以求得黑虎山水庫施工期10月至次年5月設計洪水位為163.82 m。

計算施工期1—5月的5年一遇設計來水量。經分析計算，黑虎山水庫施工期1—5月5年一遇設計來水量為355萬m3。水位計算考慮蒸發損失，根據冶源水庫1964—2005年蒸發資料，黑虎山水庫所處區域1—5月多年平均水面蒸發深為435 mm，可以求得從水位144.8 m起調，在水庫不泄流情況下，施工期1—5月庫水位為148.22 m。

3.5 導流設計

根據 《水利水電工程施工組織設計規范》（SL 303—2004）規定，圍堰超高為0.5 m。

波浪爬高采用 《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001）中的莆田試驗站公式計算，計算后可得風浪沿圍堰邊坡的爬高為0.6 m。由此計算，溢洪閘堰頂高程為164.92 m，堰底最低底高程為163.0 m，最大堰高1.92 m；放水洞圍堰堰頂高程為149.32 m，堰底最低底高程143.47 m，最大堰高5.85 m。

為減少圍堰填筑量，溢洪閘圍堰位置設于溢洪道進口處，圍堰兩端分別與溢洪道兩岸山體相接，堰長60 m，堰前尚有部分石方因高程較低而不能開挖，可留待次年水庫降低水位后完成。放水洞洞前圍堰軸線設于放水洞進口前30 m處，圍封后的基坑將上游引渠工程包括在內，圍堰兩端均與大壩壩坡相接，長約152 m。

溢洪閘圍堰和放水洞圍堰均為土筑圍堰，根據鋪填機械施工需要，堰頂寬度定為5.0 m。溢洪閘圍堰填筑在干地上進行，上下游邊坡均為1∶2.5。放水洞需在水中倒土填筑，圍堰水上部分邊坡為1∶2.5，水下按自然邊坡1∶4。圍堰迎水坡鋪設兩布一膜復合膜防滲，復合膜應自堰腳向上游延伸3 m，以增強防滲效果，復合膜上覆編織袋裝土護坡。

4 結語

本文根據自然條件、工程布置，確定施工導流方案，此方案使水庫放水時段縮短為1年，第2年汛前本工程全部完成，恰好利用汛期充庫蓄水。此方案不但保證了大壩及建筑物的施工均能在干地條件下進行，還減少了放水損失、節省了工程投資，從而使本工程施工達到了經濟、合理和安全的目標。