張 恒,於 蕊,崔積家
(1.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司,山東 濟南 250014;2.山東省工程咨詢院,山東 濟南 250013)
花朵子水庫位于日照市東港區(qū)三莊鎮(zhèn),壩址位于三莊河上游兩支流交匯口處,東南方向距龍門崮風(fēng)景區(qū)約1.2 km,距三莊鎮(zhèn)約10 km,是一座以供水、防洪為主,兼顧生態(tài)補水和旅游開發(fā)功能的?。á颍┬退畮?。水庫總庫容43.2 萬m3,興利庫容18.4 萬m3,死庫容6.2 萬m3。
三莊鎮(zhèn)地處魯東丘陵區(qū),境內(nèi)山丘起伏,全境地勢西北高,東南低。庫區(qū)所在區(qū)域地勢中間高、兩側(cè)低,東西兩側(cè)為剝蝕堆積山間平原區(qū),略向東南傾斜。中部低山丘陵區(qū)屬泰沂山脈系,呈東南—西北或南北走向。庫區(qū)位于中切割剝蝕構(gòu)造低山丘陵區(qū),兩岸山體寬厚,山腳地勢平緩,多被人工改造成梯田,山頂呈渾圓的饅頭狀,高程多在260~450 m 之間,相對高差100~300 m。
壩址左右岸均分布人工改造的梯田,覆蓋層主要為人工堆積的壤土和碎石土,山坡部分為殘坡積的壤土,谷底基巖出露,覆蓋層分布厚度不均,基巖為方戈莊組潛粗安巖。
花朵子水庫流域位于魯東南沿海,該區(qū)域?qū)倥瘻貛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū),且具有明顯的海洋性特征,一年四季分明,春季干旱多風(fēng)、夏季高溫多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷干燥。年平均氣溫12.1~12.9 ℃。多年平均無霜期213 d,歷年最大凍土深0.32 m。
現(xiàn)狀花朵子水庫流域內(nèi)沒有水文站及雨量站,附近流域有豎旗站,且該站具有30 年以上連續(xù)非汛期降水資料,因此計算選取該站實測暴雨資料進行施工期洪水計算。
圖1 豎旗站施工期(10 月~翌年5 月)最大24 h 點雨量頻率
1)設(shè)計雨量分析計算。為得到施工導(dǎo)流時段10 月~翌年5 月點雨量系列,將豎旗站實測數(shù)據(jù)采用導(dǎo)流時段最大值法進行處理,以矩法初估統(tǒng)計參數(shù),采用P-Ⅲ型頻率曲線,取Cs=3.5Cv 進行適線,以理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為原則。經(jīng)點面折減后,5 年一遇施工導(dǎo)流時段10月~翌年5 月最大24 h 面雨量為29.3 mm。
2)施工期洪水計算。凈雨計算采用降雨徑流相關(guān)圖法。根據(jù)花朵子水庫所在位置,水庫流域面積小于300 km2,流域所在位置位于泰沂山南,設(shè)計凈雨采用P+Pa~R 降雨徑流關(guān)系中1 號線查算,設(shè)計前期影響雨量Pa 取值25 mm。
小型水庫匯流計算主要有經(jīng)驗公式法和瞬時單位線法。該匯流計算采用山東省綜合瞬時單位線法。經(jīng)計算,花朵子水庫施工期(10 月~翌年5 月)5 年一遇洪峰流量為27.0 m3/s。
本工程擬建壩址處河谷為“V”型河谷,河道狹窄,不適合在河道內(nèi)采取分期導(dǎo)流。擬建壩址左岸山體坡度大,而右岸相對平坦,更適宜布置導(dǎo)流建筑物。
綜合上述分析,花朵子水庫工程施工導(dǎo)流擬采用分期導(dǎo)流方式,10 月~次年1 月施工Ⅰ期工程,擬在現(xiàn)狀河道上、下游填筑圍堰一次性攔斷河床,同時在右岸開挖導(dǎo)流明渠,上游來水通過明渠下泄施工主河槽及左岸岸坡壩段;次年2月~5 月進行Ⅱ期工程,對右岸岸坡壩段施工,在場區(qū)上游填筑圍堰,考慮到場區(qū)下游不受施工期洪水影響,因此不再填筑下游圍堰,上游來水通過已建成壩段的放水洞和溢流壩段進行導(dǎo)流。防汛路不受施工期洪水影響,不再采取導(dǎo)流措施。
壩址處河道底高程140.90 m,為節(jié)約成本,減少導(dǎo)流明渠土石方開挖工程量,本工程設(shè)計導(dǎo)流明渠進口底高程高于現(xiàn)狀河道底高程0.6 m,根據(jù)工程勘探資料可知,導(dǎo)流明渠開挖斷面上部以砂礫石及碎石土層為主,下部以強風(fēng)化巖層為主,防滲和抗沖性能較差,為了確保主體工程施工期間導(dǎo)流明渠的安全,需要對開挖后的導(dǎo)流明渠水位以上0.5 m 范圍內(nèi)的渠坡及渠底采取防沖、抗?jié)B措施,結(jié)合類似工程經(jīng)驗,通過綜合比較確定,防滲采用150 g/0.2 mm/150 g 復(fù)合土工膜,抗沖采用編織袋裝土護砌,厚約0.3 m。按明渠均勻流進行水力計算,選擇斷面為梯形斷面,底寬1.00 m,設(shè)計邊坡系數(shù)取1∶1.5,渠底比降0.005。
1)堰前水位。Ⅰ期上游圍堰堰前水位按導(dǎo)流明渠內(nèi)進口處明渠內(nèi)水深確定。導(dǎo)流明渠底高程141.50 m 加導(dǎo)流明渠內(nèi)正常水深2.18 m,因此Ⅰ期上游圍堰堰前水位為143.68 m。
下游圍堰堰前水位按導(dǎo)流明渠出口處河道內(nèi)的水深確定。根據(jù)水力計算,施工導(dǎo)流時段內(nèi)導(dǎo)流流量為27.0 m3/s 時,河道水深為1.14 m,Ⅰ期下游圍堰位置處河底高程為139.05 m,因此Ⅰ期下游圍堰堰前水位為140.19 m。
Ⅰ期上游圍堰堰前水位按溢流壩段水位確定。由于水庫溢流壩段頂高程153.50 m,溢流壩段水深0.21 m,因此Ⅰ期上游圍堰堰前水位為153.71 m。
2)圍堰頂高程。經(jīng)計算,Ⅰ期上游圍堰頂高程為144.62 m,Ⅰ期下游圍堰頂高程為141.04 m,Ⅱ期上游圍堰頂高程為154.58 m。
3)圍堰斷面設(shè)計。圍堰全部采用均質(zhì)土石圍堰結(jié)構(gòu),Ⅰ期上游圍堰堰頂寬度6 m,堰頂作為施工交通道路使用,邊坡均采用1∶2。根據(jù)地勘資料描述,Ⅰ期上游圍堰迎水面坡腳河床以潛粗安巖為主,無需對河床進行清理。圍堰填筑采用明渠開挖碎石土,考慮到碎石土抗沖、防滲性能較差,因此在圍堰迎水面采用“兩布一膜”進行防滲,在其上鋪設(shè)0.2 m 厚碎石墊層,再在迎水面拋亂石防沖。Ⅰ期下游圍堰及Ⅱ期上游圍堰堰頂寬度均為3 m,邊坡均采用1∶2,防滲護砌形式與Ⅰ期上游圍堰類似,其上鋪設(shè)0.2 m 厚碎石墊層,再在迎水面拋亂石防沖刷。
通過分析花朵子水庫工程的地形地貌、工程地質(zhì)和水文氣象等因素,確定采用分期導(dǎo)流方案。Ⅰ期導(dǎo)流采用一次性攔斷河床明渠導(dǎo)流方式,Ⅱ期通過已建成壩段的放水洞和溢流壩段進行導(dǎo)流?;ǘ渥铀畮旃こ讨袠?biāo)施工企業(yè)參照上述方案進行施工,滿足了大壩及建筑物工程干地施工的要求,確保了施工進度和工程安全。目前該工程已完成建設(shè),且運行狀況良好,水庫的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益均得到了顯著發(fā)揮。