水利工程设计的重要性

邓 稳

(贵州省盘县水利局，贵州盘县553500)

水利工程设计的重要性

邓 稳

(贵州省盘县水利局，贵州盘县553500)

水利工程的建设是人类为了调节水资源分布情况，改善自然条件，造福人类的重要举措，它的建设能够极大的解决水资源时空不均问题，有效的提高人类的生活水平以及生活质量。不过，要想使得这些水利工程能够造福于人类，还得对其进行科学的设计。文章以某水电站工程为实例分析了水利工程设计的重要性，说明了在工程设计过程中，要结合工程施工规模、地理条例、建筑物布置情况、环境因素等环节，这样才能保证施工的顺利进行，提高工程的总体效益。

水利工程;设计;重要性;分析

0 引言

水利工程是利国利民的基础工程，它是人们利用一定的工程设施对水资源进行改造，已达到除害兴利目的的一项工程，是人类文明的重要体现。不过高质量的水利工程还得依赖于前期工程设计，只有高质量的设计才能够指导后期的工程施工，确保工程竣工后能够更好地服务于人类。

1 水利工程设计的重要性

水利工程的建设是一项利国利民的基础工程，在其投运后将会对区域内人民的生产、生活产生极大的作用。

但是倘若工程不合格或者设计不合理，则会给人民带来严重的灾难。此外，水利工程建设具有技术复杂、重要性突出且投资高的特点。

因此，要想科学、合理且低成本的建设一项水利工程必须依赖于前期的设计，结合工程实例设计完整且合理的施工方案，方案的拟定一般从方案拟定、方案设计、方案比较、方案选择方面进行。在工程设计过程中，要结合工程施工规模、地理条件、建筑物布置情况、环境因素等环节［1-3］。

2 实例分析水利工程设计

2.1 工程概况

本工程为某一水电站工程，属Ⅲ等中型工程，工程枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸放空洞、右岸引水隧洞、地面厂房及升压站等组成，电站装机2台，总装机容量30 MW，多年平均发电量9010万kW·h，保证出力5.1 MW，增加下游梯级电量850万 kW·h。

枢纽主要工程量:土石方开挖79.3万m3，土石方填筑230.4万 m3，混凝土10.12万m3，帷幕灌浆1.33万m。工程采用左岸隧洞倒流，总工期40个月。

2.2 水利工程设计要点分析

2.2.1 导流时段设计

导流时间段设计是本工程设计的重要内容，要依靠该地区的洪水情况以及水力等进行设计。水电站所处河流属山溪性河流，洪枯流量变化较大，流域洪水主要由降雨形成，每年4月进入汛期，6-8月为洪水多发季节。

对坝址1960—1998年共39 a洪水系列资料进行统计，得出11月1日—次年3月31日、11月1日—次年4月30日、10月16日—次年4月15日、10月1日—次年4月30日。

此外，还依据水力计算等多方面因素的综合分析，结合工程实际情况，在保证施工总进度的前提下，为节省导流工程投资，导流时段选择为枯水时段10月16日—次年4月15日。

2.2.2 导流流量确定

对于选定导流时段10月16日—次年4月15日，其10 a一遇洪峰流量为141 m3/s，5 a一遇洪峰流量为107 m3/s，流量相差34 m3/s，当导流隧洞洞径为7.0 m×9.0 m(宽×高)时，两者上游围堰高度相差仅1 m，为了保障，导流流量采用时段10 a一遇洪峰流量141 m3/s。

由于本工程拦河坝为混凝土面板堆石坝，拦洪库容介于1 000万～1亿m3，考虑坝体临时拦洪渡汛时，下游7.6 km的二级电站及下游11 km的县城防洪安全，坝体临时渡汛洪水标准采用全年100 a一遇，洪峰流量2 500 m3/s。

2.2.3 导流方式选择

本工程坝址河谷形状系数为2.53，属狭窄形河谷。根据坝址区地形地质条件和工程枢纽布置特点，为导流方式设计了一套方案。此方案为枯水期围堰挡水，隧洞导流，第一个汛期坝体临时断面拦洪渡汛［4-6］。

该方案导流隧洞布置在左岸，全长688.896 m，隧洞采用城门洞型，断面尺寸7.0 m×9.0 m(宽×高)，进口底板高程546.00 m，出口底板高程542.50 m，纵坡 i=0.005217。

第一个枯水期由围堰挡水，经水力学计算，当Q=141 m3/s时，上游水位552.08 m，相应的上游围堰堰顶高程553.1 m;汛期由坝体临时断面拦洪渡汛，渡汛标准为100 a一遇，经调洪演算，求得拦洪水位为613.43 m，拦洪库容0.29亿m3，坝体拦洪高程615.3 m，水力学计算成果见表1。

经施工总进度安排，坝体全断面施工，填筑总方量169.49万m3，一个枯水期难以完成;采用经济断面拦洪，坝体填筑总方量97.78万m3，5月底达到607.3 m，6月中旬达到615.3 m，月平均填筑强度14.26万m3，经对施工布置，施工道路、料场开采条件及施工方法进行研究，这一强度完全可以做到。

2.2.4 导流建筑物设计

2.2.4.1 导流隧洞

依据坝址地形地质条件及工程枢纽布置特点，导流隧洞只能布置在左岸，分进口明渠扩散段、洞身段及出口明渠扩散段3部分。

进口明渠扩散段轴线长50.3 m，两侧以6°扩散角对称向上游扩散，最小底宽7.0 m，底板高程546.0 m，为一平坡明渠。

洞身段全长688.896 m，其中进口喇叭口段长12.0 m，顶拱采用椭圆曲线，曲线方程为

其后设置封堵闸门井，闸门井段长6.0 m，封堵闸门采用滑动平板钢闸门，井内组装，闸门竖井平台高程570.00 m。

洞身标准断面7.0m×9.0m(宽×高)，城门洞型，过水面积58.88 m2，隧洞在桩号0+096.982～0+179.629 m段设置弯道，转弯半径105.0 m，转角45°05'54.43″。

出口明渠扩散段轴线长26.1 m，以6°扩散角对称向下游扩散，最小底宽7.0 m，底板高程542.50 m，为平坡明渠。

导流隧洞经初期导流和坝体渡汛两个阶段，历时两年零4个月，最高运行水位613.43 m，洞内最大流速15.04 m/s。

导流隧洞穿过的岩层大部分洞段岩体基本质量级别为Ⅲ—Ⅱ级，构造简单，仅进出口段穿越F2、F1断层，根据导流隧洞运行特点和地质条件，进口洞身段50 m(含喇叭口段和闸门井段)和出口洞身段90 m采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度60 cm，其余部位底板浇30 cm厚混凝土，顶拱和侧墙挂网喷15 cm厚混凝土。

出口明渠段岩体较软弱，崩解性强，为防止表面岩体崩解风化失稳而堵塞导流洞，运行水位以下采用30 cm厚钢筋混凝土薄衬，运行水位以上采用挂网喷15 cm厚混凝土。

导流隧洞出口底板距河底高差6.0 m，水流出洞流速较大，为防止出流对隧洞出口岸坡造成冲刷破坏，对该部位的岸坡采用钢筋笼护底保护。坝体经济断面及填筑示意图如图1所示。

图1 坝体经济断面及填筑示意图

表1 水力学计算成果表

2.2.4.2 上游围堰

受导流隧洞进口布置的制约，上游围堰的布置空间极为有限，加上隧洞进口距河底高差3.5～4.0 m，河床覆盖层厚2～4 m，工程截流后难以保证浆砌石围堰的干地施工，施工难度较大，为缩短临建工程工期，尽快进入主体工程的施工，上游围堰采用土工膜心墙堆石围堰，堰顶高程553.1 m，最大堰高13.1 m，堰顶宽6.0 m，迎水面边坡1∶2.0，背水面边坡1∶1.5。

基础覆盖层厚度＜5.0 m，主要由砂卵砾石、洪积巨块石混合而成，防渗性能较差，对覆盖层采用抽槽至基岩回填黏土的方式进行处理。由于工程区土料匮乏，且质量较差，为保证围堰的防渗性能，围堰采用土工膜心墙防渗［7］。

2.2.4.3 下游围堰

下游围堰结构型式与上游围堰相同。为保证引水隧洞和厂房全年施工，下游围堰设计洪水标准采用全年10 a一遇，洪峰流量为1 150 m3/s，经调洪演算，并考虑该河流二级水库的壅高，求得下游水位为545.0 m，相应的围堰堰顶高程545.5 m，堰顶宽6.0 m，迎水面边坡1∶2.0，背水面边坡1∶1.5，最大堰高11.5 m。

2.2.5 截流

依据施工总进度安排，为保证坝体第2年6月底以前能填筑至100 a一遇拦洪高程，工程截流宜愈早愈好，综合河流水文特性，最终选定截流时间为10月中旬，截流流量为10月份10 a一遇月平均流量20 m3/s［8］。

截流方式:根据坝区施工道路布置和抛投料堆积场地，采用由左岸向右岸单向立堵进占方式，先截上游围堰，戗堤高程548.10 m，顶宽10 m，上下游边坡1∶1.3。

2.2.6 下闸蓄水设计

为保证顺利下闸，在导流隧洞进口设置闸门竖井，井顶高程满足闸门在井内组装要求，定为570.00 m，闸门设计水头按20 a一遇洪水标准，流量为1 540 m3/s，水库起调水位为631.5 m，经计算，闸门设计水位为639.54 m，中心水头89.0 m。

3 结语

总之，水利工程的建设是一项造福于人类的重要举措，是人类实现可持续发展的重要途径。通过科学的水利工程建设能够有效的控制水流，防止洪涝灾害，此外还可以实现发电功能［9］。

不是每一个水利工程都能够达到效果，必须依赖于科学的设计，有关人员必须要做好前期规划设计工作，这样才可以保证施工的顺利进行，提高工程的总体效益。

［1］赵庆昱.浅谈水利工程设计规划的重要性［J］.黑龙江科技信息，2013(26):213.

［2］张浩，杨志刚，邓海生，赵亮亮.浅谈水利工程设计变更管理［J］.海河水利，2013(04):20-22.

［3］秦华联，张建国，郭宝顺.刍议水利工程设计与投资的关系［J］.黑龙江科技信息，2008(32):260.

［4］陈银萍，栗玉荣.我国水利工程设计问题研究［J］.科技致富向导，2011(20):397.

［5］吴正厚.水利工程设计的现状及发展前景［J］.河南科技，2011(08):85.

［6］安延岗.水利工程设计中存在的问题及措施［J］.黑龙江水利科技，2011(02):144-145.

［7］王菊花.小型水利工程设计中存在的问题及应对策略［J］.黑河学刊，2011(06):11-12.

［8］岳远义，郭凤春，杜伟华.水利工程设计阶段投资控制优化分析［J］.科技信息，2010(35):527.

［9］刘后虎.水利工程设计中存在的问题及改进措施［J］.中国高新技术企业，2010(13):113-115.

TV222

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1007-7596(2014)05-0260-03

2014-03-21

邓稳(1975-)，男，苗族，贵州盘县人，工程师，从事水利工程建设工作。