黑虎山水库施工导流设计

苏 刚 ，董德学 ，刘梅松

（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2.潍坊市水利建筑设计研究院，山东 潍坊 261041）

黑虎山水库位于青州市西南25 km，王坟镇章庄村西。库区在弥河支流石沟河中游，坝址距石沟河与弥河交汇点8.5 km。水库总库容5 520万m3，兴利水位163 m，死水位144.6 m，兴利库容2 820万m3。该水库是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉及城市供水的中型水库。水库枢纽有主坝、副坝、溢洪道、非常溢洪道、放水洞等，建筑物等别为Ⅲ级。

1 工程概况

黑虎山水库位于鲁中南构造侵蚀中低山丘陵区，坝址坐落于石沟河中上游。主河槽分布于右岸，分布桩号0+086～0+450，河床宽364 m，主河床底高程125 m。主坝坝体心墙采用壤土填筑，褐黄色、灰褐色，土质不均，可塑～硬塑状，无规律的夹有砾石，局部粉粒含量较高。坝壳由卵砾石填筑而成，卵砾石来源于主河槽沉积物，主要成分为灰岩，次磨圆状，直径1～25 cm。副坝坝体填筑土为壤土，褐黄色，土质较均匀，可塑～硬可塑，土质不均匀，局部夹砾石。

溢洪道位于水库右岸，为开敞式，底宽48～50 m，进口底高程163.5 m，出口底高程142 m。左岸和右岸岩性均为厚层灰岩与页岩互层，左岸高度4～16 m，右岸高度 10～26 m，边坡陡峭，坡角 65°～80°，均属于悬坡。

除险加固主要包括：主副坝加固、新建溢洪闸、溢洪道加固、放水洞加固以及管理设施维修改造等。

2 水文气象

黑虎山水库地处温带、亚温带，属温带大陆性气候，气候四季分明，具有春旱、夏涝、晚秋又旱的特点。该区域多年平均气温为12.5℃，多年平均无霜期180 d左右，封冻期约为55 d，多年平均年最大风速14 m/s。根据王坟、临朐等雨量站实测连续降水量观测资料统计分析，黑虎山水库多年平均降水量668.5 mm。降水主要集中在汛期6—9月，其中7—8月降水量尤为集中。多年平均汛期降水量469.6 mm，占多年平均降水量的70.4%。

根据以上资料，考虑到降雨、度汛、低温等对工程施工的影响，确定年有效施工天数约为230 d。

3 施工导流

受库水影响的坝前工程项目包括：主副坝浆砌石护坡、坝基高压旋喷灌浆、坝体薄混凝土防渗墙、新建溢洪闸、放水洞加固改造等工程，其中主副坝浆砌石护坡底高程为147.0 m，坝基高压旋喷灌浆和坝体薄混凝土防渗墙的施工平台高程均为170.5 m，放水洞进口开挖底高程144.6 m，溢洪道进口底高程163.5 m，新建溢洪闸进口底高程161 m。坝基高压旋喷灌浆和坝体薄混凝土防渗墙的施工平台远高于兴利水位，其施工不受库水影响，其他工程均在兴利水位附近或以下，为确保工程安全施工，必须做好施工导流工作。

3.1 导流标准确定

根据 《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，本工程规模为大（2）型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。结合《水利水电施工组织设计规范》（SL303—2004）的规定，临时导流建筑物级别为5级，相应施工导流洪水标准为10～5年重现期洪水。由于河流水文实测资料系列较长，且围堰为常用的土石围堰，因此，施工导流标准采用水库5年一遇重现期洪水。

3.2 导流方式选择

黑虎山水库泄水出口有2个，分别为放水洞和溢洪道，均需加固处理。考虑到溢洪道进口较高，为减少放水损失，溢洪道施工期间水库暂不放水，在溢洪道进口修筑围堰挡水，水库可利用放水洞泄流。

主副坝上游护坡施工前，将水库放水至死水位，利用3个月的时间将大坝下部受库水影响的护坡工程施工完成，期间放水洞正常泄流，而大坝上部的护坡工程可与放水洞工程同期施工。

放水洞工程施工期间，由于溢洪道进口底高程较高，无法宣泄施工期来水，上游河道来水只能蓄于库内，因此，需在洞前修筑围堰挡水。

3.3 导流时段

根据气象水文资料，为确保工程安全度汛，工程施工期安排于非汛期的10月至次年5月。

根据工程规模和施工进度的安排，坝前工程项目分2个非汛期完成，第1个非汛期的10月至次年5月进行溢洪闸工程施工，利用放水洞导流。第2个非汛期的10—12月，提前将库水降至死水位，然后施工受库水影响的大坝下部护坡工程，利用放水洞导流；次年1—5月，进行放水洞工程和主副坝上部护坡工程施工，上游来水全部蓄于库内，不再下泄。

3.4 导流流量

根据以上施工导流安排，第1个非汛期的10月至次年5月，溢洪道施工期间水库不需放水，利用放水洞泄流，以兴利水位163 m作为起调水位，计算5年一遇设计洪水时的最高库水位。第2个非汛期的1—5月施工前，需将水库放水至死水位，但根据经验，将库水位降至绝对的死水位几乎是不可能的，一般只能降到距死水位15～25 cm处，本次设计按降到144.8 m高程计算，并以144.8 m作为起调水位，计算5年一遇来水量在水库不泄流情况下的最高库水位。

采用实测暴雨法分析计算施工期10月至次年5月的5年一遇设计流量。施工期设计面雨量分析采用临朐、庙子、王坟、益都、冶源水库5站非汛期降水资料进行地区综合分析，设计雨型采用《山东省山丘区暴雨径流查算图》中泰沂山北区1 h设计雨型，汇流计算采用山东省综合瞬时单位线法。经分析计算，施工期10月至次年5月的5年一遇设计洪峰流量为144 m3/s，根据分析计算的10月至次年5月5年一遇施工期设计洪水过程线，以163 m起调，放水洞下泄，可以求得黑虎山水库施工期10月至次年5月设计洪水位为163.82 m。

计算施工期1—5月的5年一遇设计来水量。经分析计算，黑虎山水库施工期1—5月5年一遇设计来水量为355万m3。水位计算考虑蒸发损失，根据冶源水库1964—2005年蒸发资料，黑虎山水库所处区域1—5月多年平均水面蒸发深为435 mm，可以求得从水位144.8 m起调，在水库不泄流情况下，施工期1—5月库水位为148.22 m。

3.5 导流设计

根据 《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303—2004）规定，围堰超高为0.5 m。

波浪爬高采用 《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）中的莆田试验站公式计算，计算后可得风浪沿围堰边坡的爬高为0.6 m。由此计算，溢洪闸堰顶高程为164.92 m，堰底最低底高程为163.0 m，最大堰高1.92 m；放水洞围堰堰顶高程为149.32 m，堰底最低底高程143.47 m，最大堰高5.85 m。

为减少围堰填筑量，溢洪闸围堰位置设于溢洪道进口处，围堰两端分别与溢洪道两岸山体相接，堰长60 m，堰前尚有部分石方因高程较低而不能开挖，可留待次年水库降低水位后完成。放水洞洞前围堰轴线设于放水洞进口前30 m处，围封后的基坑将上游引渠工程包括在内，围堰两端均与大坝坝坡相接，长约152 m。

溢洪闸围堰和放水洞围堰均为土筑围堰，根据铺填机械施工需要，堰顶宽度定为5.0 m。溢洪闸围堰填筑在干地上进行，上下游边坡均为1∶2.5。放水洞需在水中倒土填筑，围堰水上部分边坡为1∶2.5，水下按自然边坡1∶4。围堰迎水坡铺设两布一膜复合膜防渗，复合膜应自堰脚向上游延伸3 m，以增强防渗效果，复合膜上覆编织袋装土护坡。

4 结语

本文根据自然条件、工程布置，确定施工导流方案，此方案使水库放水时段缩短为1年，第2年汛前本工程全部完成，恰好利用汛期充库蓄水。此方案不但保证了大坝及建筑物的施工均能在干地条件下进行，还减少了放水损失、节省了工程投资，从而使本工程施工达到了经济、合理和安全的目标。