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水利水电施工度汛研究

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摘要:随着水利水电工程的迅速发展,在施工过程中的度汛是工程建设的重要内容之一,关系到工程的成败。但是施工度汛存在着不确定因素,且关系比较复杂,对度汛进行风险估算比较困难。本文主要根据国内外研究文献,从度汛种类、标准和风险量化等方面进行综述,以为水利水电工程建设提供参考。

关键词:水利;水电;施工;度汛

水利水电工程的施工度汛主要是指从工程开工到竣工期间对转堰和大坝拦洪能力和过水能力的检验,使建筑物不受洪水等威胁,保证工程顺利施工。施工度汛是保证跨年度施工的水利工程,在施工期间不受洪水侵害的预防措施。施工度汛主要根据施工区域历年洪水情况制定度汛措施,主要包括施工导流期的围堰度汛和后期坝体本身的拦洪度汛。围堰和坝体能否成功拦截洪水并安全度汛,是水利水电工程顺利施工的关键,是水利水电工程施工过程非常重要的基础环节。洪水是一种不确定的水文现象,人们目前对其认识不足,洪水的发生时间和水波运动比较复杂,难以对其进行精确预报。洪水是由洪级和洪度两方面决定的,洪级主要反应洪水的大小,洪度程度表示洪水的影响程度。但是洪水的突发性比较大,对于洪度和洪级往往难以及时确认。如果施工过程中度汛标准高,会加大费用投入,严重时会导致工程无法按进度实行;如果施工过程中度汛标准低,那么工程的实体遭受到洪水损毁的机率比较大,会导致工程返工,延误工期,严重时会损害下游的群众人身和财产安全。如何制定施工度汛是非常重要的,就水利水电工程来说度汛方案主要包括建筑物、坝体度汛断面和坝体泄洪等设施的规划。度汛影响的是水利水电工程的造价、施工安全、下游居民的人身安全。

1施工度汛分类

1.1根据上游水库情况分类

当上游没有建立水库时,水利水电工程建设初期要依靠围堰进行洪水的抵抗和预防,即围堰挡水度汛。围堰挡水度汛使围堰建设标准提高、投资大,工期长。当上游有水库时,水利水电工程可依靠水库的拦蓄洪水消减施工期洪峰的影响,即上游控泄围堰度汛。所以,水利水电工程度汛中围堰设计的标准可低于一般标准,投资可减少。在汛期上游水库的高度可以配合下游工程施工情况,以完成下游水利水电工程施工度汛的根本。

1.2根据施工情况分类

根据施工情况可以将施工度汛分为两类,一是初期围堰度汛;二是中后期围堰度汛。初期围堰度汛是指无论是过水围堰还是非过水围堰都要设计洪水标准,并制定预防措施。当遇到洪水超过设计标准时,可采用临时度汛措施。度汛措施主要有针对不过水围堰进行的堰顶加高,目的是提高围堰的挡水能力;针对混凝土围堰,设计时一般可以允许堰顶过水;设置泄洪通道,以增加工程的泄洪能力。中后期的度汛主要是由大坝永久建筑物进行承担,要根据水利水电工程性质、建筑物的布置和水坝类型进行施工设计。

1.3根据坝型分类

根据坝型不同可以将施工度汛分为混凝土坝度汛和土石度汛。一般在坝体缺口高程较低时,对建筑物不会造成破坏实行混凝土度汛;当坝体缺口较高,对坝面会产生压力,对下游的建筑物可能造成破坏时,针对不同情况在进行不同土石度汛。土石度汛的工程量一般都比较大,在建设时采用临时断面进行拦水处理,但是有时也难以达到拦洪的高度,所以需要进行临时过水。

2工程度汛标准

当坝体高程超过围堰高程时,在进入后期导流时需要由坝体来进行洪水拦挡,临时度汛的标准主要根据坝型进行设计。当导流建筑物被封堵后,永久建筑物又没有设计泄洪能力,那么坝体的度汛标准需要根据坝体的施工和运行质量进行设计。

3度汛风险量化设计模型

度汛风险量化模型主要是研究水利水电工程的风险,为工程方案设计、选择和正常施工做决策依据。

3.1调洪计算原理

度汛风险计算主要目的是找出防洪的最高标准,以保证洪水进入水库后可以满足防洪的度汛高程。当洪水入库后,运动流量是不稳定的,水库沿程的水位、水速等随时会发生变化,所以要采用多种方法进行设计,按照逐段进行洪水演算,这种工作量比较大,所以实际中采用回水曲线法和近似法进行模型设计。

3.2度汛模型的发展

针对度汛风险模型比较难建立的情况,提出了风险率型,在这个模型中主要考虑洪水经过的不确定性,按照实际流量资料有限的情况下进行预测,那么结果也不理想,传导到高投资或高损失率。之后又研究出分割多目标风险法,结合分割概率得出多种函数,将这些函数运用到风险模型中以为决策做依据。这种只考虑水文情况的度汛模型因考虑的因素单一,也很难适应实际的度汛情况。这两种风险分析方法较全面的考虑了水文和水力因素,得到了导流标准风险数据,但是因其主要考虑上游建筑物高程因素,所以使整个施工过程导流方案不同。

4研究趋势

度汛工作是水利水电工程施工过程的重要环节,在水文、水力等一些随机参数的统计和量化上要加强研究,特别是对概率小的风险定量进行预防。一是要根据洪水的洪级和洪度进行风险考虑,同时结合水文、坝体建筑和水利水电工程施工计划和进度、上游水库控洪能力进行水利水电施工度汛的设计。由于洪水的不稳定性和不确定性,洪级和洪度是对洪水进行量化的唯一标准。二是施工度汛要实现在线响应机制,因为洪水的发生时间和地点难以进行正常预测,属于随机性发生,所以要重点研究超标洪水的预防。

参考文献

[1]谢小平,黄强,徐晨光,等.公伯峡水电站施工度汛方案风险分析[J].水力发电学报,2005,24(06):6-8,29.

[2]王卓甫.考虑洪水过程不确定的施工导流风险分析计算[J].水利学报,1998,24(04):33-37.

作者:张润丰 单位:公主岭市卡伦水库灌区管理所

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