第四节 导流方案
水利水电枢纽工程在整个施工过程中，由于枢纽建筑物的形象面貌是动态变化的，其度汛条件和要求也是动态变化的。因此，工程从开工建设到完建往往不是采用单一的导流方法，而是几种导流方式组合起来配合运用（表1-5），以取得最佳的技术经济效果。这种不同导流时段、不同导流方式的组合，通常称为导流方案。
表1-5 水利水电枢纽工程导流方案示例
续表
导流方案选择受多种因素的影响。一个合理的导流方案，必须在周密研究各种影响因素的基础上，拟定几个可能的方案，进行技术经济比较，从中选择技术经济指标优越的方案。
选择导流方案时应考虑的主要因素如下。
（1）水文条件。河流的流量大小、水位变化的幅度、全年流量的变化情况、枯水期的长短、汛期洪水的延续时间、冬季的流冰及冰冻情况等，均直接影响导流方案的选择。一般来说，对于河床宽、流量大的河流，宜采用分段围堰法导流。对于水位变化幅度大的山区河流，可采用允许基坑淹没的导流方法，在一定时期内通过过水围堰和基坑来宣泄洪峰流量。对于枯水期不长的河流，如果不利用洪水期进行施工，就会拖延工期。对于有流冰的河流，应充分注意流冰的宣泄问题，以免流冰壅塞，影响泄流，造成导流建筑物失事。
我国北方冬季气温较低，河流普遍结冰，冰凌和春季开河会对水利水电工程的导流施工带来不利的影响，使得北方河流的导流呈现出一些与南方河流不同的特点。根据模型试验以及国内外大量工程度凌的实践，当过冰宽度小于天然河宽的20%时，在激烈流冰时，不可避免会发生一定程度的拥堵。导流建筑物产生拥堵，其直接后果是减小其过流能力，导致上游水位抬高，严重时，冰水混合物翻过围堰，给工程造成损失，影响工程的施工进度。另外，导流工程下游一定距离内河道的冰凌流凌不畅，也会通过上下游水力联系影响导流建筑物的下泄能力。
北方河流截流时应避开流凌期，以免防渗体内夹杂冰块，影响防渗。此外，春季开江期，冰雪融化，融雪、降水径流补给河流，使河流流量增大，水位上涨，同时由于开江期流冰不畅，容易产生冰坝，也会使水位上涨，因此在开江期，加高上下游围堰，使之达到防凌的设计高程，这是安全度凌的最重要的措施。
春季开河前视工程的实际情况可采取撒砂格破冰和爆破法破冰等破冰措施。
（2）地形条件。坝区附近的地形条件，对导流方案的选择影响很大。对于河床宽阔的河流，尤其在施工期间有通航、过筏要求的河流，宜采用分段围堰法导流。当河床中有天然石岛或沙洲时，采用分段围堰法导流，更有利于导流围堰的布置，特别是纵向围堰的布置。例如，长江葛洲坝水利枢纽工程施工初期，就曾利用江心洲葛洲坝作为天然的纵向围堰，取得了良好的技术经济效果。在河床狭窄、岸坡陡峻、山岩坚实的地区，宜采用隧洞导流。至于平原河道，河流的两岸或一岸比较平坦，或有河湾、老河道可资利用，则宜采用明渠导流。
（3）地质及水文地质条件。河道两岸及河床的地质条件对导流方案的选择与导流建筑物的布置有直接影响。若河流两岸或一岸岩石坚硬，风化层薄，且抗压强度足够时，则选用隧洞导流方案较有利。如果岩石的风化层厚且破碎，或有较厚的沉积滩地，则适合于采用明渠导流。当采用分段围堰法导流时，由于河床的束窄，减少了过水断面的面积，使水流流速增大。这时为了河床不受过大的冲刷，避免把围堰基础淘空，应根据河床地质条件来决定河床可能束窄的程度。对于岩石河床，抗冲刷能力较强，河床允许束窄程度较大，甚至有的达到88%，流速增加到7.5m/s；但对覆盖层较厚的河床，抗冲刷能力较差，其束窄程度多不到30%，流速一般仅允许达到3.0m/s。此外，选择围堰型式、基坑是否允许淹没、能否利用当地材料修筑围堰等，也都与地质条件有关。水文地质条件则对基坑排水工作、围堰型式的选择、导流泄水建筑物的开挖等有很大关系。因此，为了更好地进行导流方案的选择，要对地质和水文地质勘测工作提出专门要求。
（4）水工建筑物的型式及其布置。水工建筑物的型式和布置与导流方案的选择相互影响，因此在决定水工建筑物型式和布置时，应该同时考虑并初拟导流方案，而在选定导流方案时，则应该充分利用建筑物型式和枢纽布置方面的特点。
如果枢纽组成中有隧洞、渠道、涵管、泄水孔等永久泄水建筑物，在选择导流方案时应该尽可能加以利用。在设计永久泄水建筑物的断面尺寸并拟定其布置方案时，应充分考虑施工导流的要求。
采用分段围堰法修建混凝土坝枢纽时，应充分利用水电站与混凝土坝之间或混凝土坝溢流段和非溢流段之间的隔墙，将其作为纵向围堰的一部分，以降低导流建筑物的造价。在这种情况下，对于前期工程所修建的混凝土坝，应核算它是否能够布置后期工程导流的底孔或预留缺口。例如，长江三峡水利枢纽工程三期导流底孔坝段宽度，主要考虑了三期导流条件。与此同时，为了防止河床冲刷过大，还应核算河床的束窄程度，保证有足够的过水断面宣泄施工流量。
就挡水建筑物的型式而言，土坝、土石混合坝和堆石坝的抗冲能力小，除采用特殊保护措施外，一般不允许从坝身过水，所以多利用坝身以外的泄水建筑物如隧洞、明渠等或坝身范围内的涵管来导流。这时，通常要求在一个枯水期内将坝身抢筑到拦洪高程以上，以免水流漫顶，发生事故。至于混凝土坝，特别是混凝土重力坝，由于抗冲能力较强，允许流速可达25m/s，故不但可以通过底孔泄流，而且还可以通过未完建的坝身过水，使导流方案选择的灵活性大大增加。
（5）施工期间河流的综合利用。施工期间，为了满足通航、筏运、供水、灌溉、生态保护或水电站运行等的要求，使导流问题的解决更加复杂。如前所述，在通航河道上，大都采用分段围堰法导流。要求河流在束窄以后，河宽仍能便于船只的通行，水深要与船只吃水深度相适应，束窄断面的最大流速一般不得超过2.0m/s，特殊情况需与当地航运部门协商研究确定。例如葛洲坝工程，经与航运部门共同协商研究后确定：由两个1000t甲板驳船和一个推轮所组成的船队通过束窄断面时，其最大流速不大于4.5m/s，比降不大于1‰或最大流速不大于4.0m/s，比降不大于3‰；船队通过时，最大流速不大于4.5m/s，比降不大于6‰或流速不大于3.5m/s，比降不大于7‰；采用2000～3000kW（约3000～4000马力）推轮帮送时，最大流速不大于6.0m/s，比降不大于8‰或最大流速不大于5.5m/s，比降不大于10‰。这样就常常限制了河流的束窄宽度，使河流不能只分两期束窄，而要分成三期或四期，甚至有分成八期的，如莱茵河上的肯贝斯水电站。在这种情况下，通常是先围护船闸部分，以便船闸能及早施工，投入运行，保证河流不致断航。
对于浮运木筏或散材的河流，在施工导流期间，要避免木材壅塞泄水建筑物的进口，或者堵塞束窄河床。
在施工中后期，水库拦洪蓄水时要注意满足下游供水、灌溉用水和水电站运行的要求。有时为了生态保护的要求，还要修建临时过鱼设施，以便鱼群能正常回游。
（6）施工进度、施工方法及施工场地布置。水利水电工程的施工进度与导流方案密切相关。通常导流方案安排控制性进度计划决定工程建设的形象面貌和度汛要求。在水利水电枢纽施工导流过程中，对施工进度起控制作用的关键性时段主要有：导流建筑物的完工期限，截断河床水流的时间，坝体拦洪的期限，封堵临时泄水建筑物的时间，以及水库蓄水发电的时间等。各项工程的施工方法和施工进度直接影响到各时段中导流任务的合理性和可能性。例如，在混凝土坝枢纽中，采用分段围堰法施工时若导流底孔没有建成，就不能截断河床水流和全面修建第二期围堰；若坝体没有达到一定高程和没有完成基础及坝身纵缝的接缝灌浆，就不能封堵底孔，水库也不能蓄水。因此，施工方法、施工进度与导流方案是密切相关的。
此外，导流方案的选择与施工场地的布置亦相互影响。例如，在混凝土坝施工中，当混凝土生产系统布置在一岸时，宜采用全段围堰法导流。若采用分段围堰法导流，则应以混凝土生产系统所在的一岸作为第一期工程，因为这样两岸施工交通运输问题比较容易解决。
在选择导流方案时，除了综合考虑以上各方面因素外，还应使主体工程尽可能及早发挥效益，降低导流费用，使导流建筑物既简单易行，又适用可靠。如长江三峡工程三期明渠上游碾压混凝土围堰，既是三期导流的挡水建筑物，也是左岸电站初期发电挡水建筑物的一部分。
【例1-1】 四川白龙江宝珠寺水电站工程，是以发电为主，兼有灌溉、防洪等效益的综合利用大型水电工程。挡水建筑物为混凝土重力坝，坝顶长524.48m，最大坝高132m，水电站厂房为坝后式，属Ⅰ级建筑物。根据水文资料分析，河流为山区型，洪水涨落变化大，一次洪水过程一般为1～3d。汛期在7—8月，实测最大洪水流量为11300m3/s，其10%频率的最大洪水流量为7800m3/s，5%频率为9570m3/s；1%频率为13000m3/s。河流多年含沙量为2.04kg/m3，汛期平均含沙量为2.72kg/m3，实测最大含沙量为169kg/m3（1966年7月25日）。
在施工组织设计中，拟定了5个导流比较方案：①全段围堰隧洞导流；②右岸隧洞、过水围堰、底孔导流；③坝体临时断面挡水、右岸小明渠导流；④右岸隧洞及左岸明渠导流；⑤右岸大明渠导流、高围堰挡水。经过分析比较，考虑到地质条件差、工程量大及投资大等因素，不宜开挖专用的导流隧洞。若汛期基坑过水，工期又难以保证，故最后决定采用右岸大明渠导流、高围堰挡水的方案（图1-37）。
明渠所处河段正位于河湾段，上游天然河道的主流位于右岸，至明渠进口处，转向左岸。根据水流情况，明渠宜布置在左岸。但由于地质条件限制，左岸明渠需高边坡开挖达140m，且岩层倾向与坡向接近一致，边坡稳定条件更差，相应的处理工程量较大；而右岸岩层倾向下游偏内，对边坡稳定有利，故选定明渠布置于右岸。
图1-37 四川宝珠寺水电站分期导流布置图
1—第一期围堰轴线；2—导流明渠；3—第二期上游围堰；4—第二期下游围堰；5—纵向围堰；6—导流底孔；7—混凝土重力坝；8—厂房
导流程序与控制性进度如下所述。
第一期工程：在第一期围堰围护下，修建右岸宽35m的导流明渠，河水由左岸束窄不多的河床下泄。工期自第2年7月起至第4年11月第二期上游围堰截流、右岸导流明渠过水为止。
第二期工程：左岸河床截流，并修筑拦挡5%频率全年洪水的高围堰，河水全部经由导流明渠宣泄。左岸河床坝段混凝土浇筑超过第二期围堰高程后，拆除第二期围堰。工期自第4年11月左岸上游围堰合龙起至第7年11月右岸明渠截流、左岸坝体永久底孔开始泄水止。
后期工程：明渠坝段在第8年5月前加高至518m高程；汛期由明渠坝段518m高程的预留缺口及485m高程2个5m×10m临时底孔泄洪；汛后明渠坝段继续加高，由永久底孔泄流。工期自第7年12月起至第8年11月止。
完建期：此时坝体已浇筑至相当高程，第8年11月下旬至12月中旬，最后一个底孔闸门沉放，开始蓄水发电。