第三节 导流设计流量
导流设计流量是选择导流方案、设计导流建筑物的主要依据。施工前，若能预报整个施工期的水情变化，据此拟定导流设计流量，符合经济与安全施工的原则。但这种长期预报，目前还不准确，难以作为确定导流设计流量的依据。因此，导流设计流量一般需结合导流标准和导流时段的分析来决定。
一、导流标准
广义地说，导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准，它包括初期导流标准、坝体拦洪度汛标准、孔洞封堵标准等。
施工初期导流标准，按水利水电工程施工组织设计规范的规定，首先需根据导流建筑物的下列指标，将导流建筑物分为Ⅲ～Ⅴ级。
（1）保护对象。指导流建筑物所保护的永久建筑物的级别。
（2）失事后果。为导流建筑物失事后对重要城镇、工矿企业、交通干线或工程总工期及第一台（批）机组发电时间的影响程度。
（3）使用年限。系导流建筑物服务的工作年限。
（4）工程规模。包括堰高和库容两个定量指标。
再根据导流建筑物的级别和类型，在水利水电工程施工组织设计规范规定的幅度内选定相应的洪水重现期作为初期导流标准。
实际上，导流标准受众多随机因素的影响。如果标准太低，不能保证施工安全；反之，则使导流工程设计规模过大，不仅增加导流费用，而且可能因其规模太大以致无法按期完成，造成工程施工的被动局面。因此，大型工程导流标准的确定，应结合风险度分析，使所选标准更加经济合理。
导流标准风险度分析，首先应计算导流系统动态综合风险率，然后综合考虑风险（损失）、投资（或费用）与工期三者之间的关系，进行多目标决策分析。根据水电工程的建设经验，建筑物级别为Ⅲ级的土石围堰和混凝土围堰，其最大风险度应分别不超过15%和20%，Ⅳ级围堰风险度可相对略作加大。
导流系统动态综合风险率可用上游围堰堰前水位来刻画。影响堰前水位的随机因素有施工洪水入库过程、导流建筑物泄洪过程、库容与水位的关系、起调水位等。风险率R可表示为
式中：Zu为上游围堰堰前水位，m；Hu为上游围堰堰顶高程，m。
如果考虑时间因素，则在围堰的使用年限n内，导流系统遭遇超标洪水的动态综合风险率R（n）为：
需要指出的是，对失事后果严重的工程，要考虑超标准洪水的应急措施。如青海龙羊峡工程的上游横向围堰为不过水的土石围堰（挡水库容约10亿m3），按汛期20年一遇洪水设计、50年一遇洪水校核，相应流量为4200m3/s和4700m3/s，导流隧洞也按20年一遇洪水设计。1981年9月出现了流量为5570m3/s的洪水，相当于近200年一遇，超过了设计标准。由于事先考虑了在导流期间可能会有超标准洪水发生，相应地提高了围堰的设计挡水标准，在围堰上增设了非常溢洪道，在洪水超标准情况下分流540m3/s，从而避免了围堰堰顶过水的危险。
二、导流时段
在工程施工过程中，不同阶段可以采用不同的施工导流方法和挡水、泄水建筑物。不同导流方法组合的顺序，通常称为导流程序。导流时段就是按导流程序所划分的各施工阶段的延续时间，具有实际意义的导流时段，主要是围堰挡水而保证基坑干地施工的时间，所以也称挡水时段。
导流时段的划分与河流的水文特征、水工建筑物的布置和型式、导流方案、施工进度等因素有关。
图1-35 全年流量变化过程线
河流的全年流量变化过程如图1-35所示。按河流的水文特征可分为枯水期、中水期和洪水期。在不影响主体工程施工的条件下，若导流建筑物只承担枯水期的挡水、泄水任务，显然可大大减少导流建筑物的工程量，改善导流建筑物的工作条件，具有明显的技术经济效果。因此，合理划分导流时段，明确不同时段导流建筑物的工作条件，是既安全又经济地完成导流任务的基本要求。
土坝、堆石坝和支墩坝在不允许坝体过水、施工期较长条件下，而洪水来临前又不能将坝体抢至拦洪高程时，就要考虑以全年作为导流时段。如安排的施工进度能够保证在洪水来临前使坝身起拦洪作用，则导流时段应为洪水来临前的施工时段。当采用分段围堰法导流，中后期用临时底孔泄流来修建混凝土坝时，一般宜划分为三个导流时段：第一时段，河水由束窄河床通过，进行第一期基坑内的工程施工；第二时段，河水由导流底孔、坝身缺口或两者结合下泄，进行第二期基坑内的工程施工；第三时段，坝体全面升高，可先由导流底孔下泄，底孔封堵以后，河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全拦蓄在水库中，直到工程完建。在各时段中，围堰和坝体的挡水高程和泄水建筑物的泄水能力，均应按相应时段内相应洪水重现期的最大流量作为导流设计流量进行设计。
三、导流设计流量
1.不过水围堰
应根据导流时段来确定。如果围堰挡全年洪水，其导流设计流量就是选定导流标准的年最大流量，导流挡水与泄水建筑物的设计流量相同；如果围堰只挡某一枯水时段，则按该挡水时段内同频率洪水作为围堰和该时段泄水建筑物的设计流量，但确定泄水建筑物总规模的设计流量，应按坝体施工期临时度汛洪水标准决定。参见本章第六节。
图1-36 导流建筑物费用、基坑淹没损失费用与导流设计流量的关系
1—导流建筑物费用曲线；2—基坑淹没损失费用曲线；3—导流总费用曲线
2.过水围堰
允许基坑淹没的导流方案，从围堰工作情况看，有过水期和挡水期之分，显然它们的导流标准应有所不同。
过水期的导流标准应与不过水围堰挡全年洪水时的标准相同。其相应的导流设计流量主要用于围堰过水工况下，加固保护措施的结构设计和稳定分析，也用于校核导流泄水道的过水能力。各级流量下的流态、水力要素以及最不利溢流工况，应通过水力计算及水工模型试验论证。
挡水期的导流标准应结合水文特点、施工工期及挡水时段，经技术经济比较后选定。当水文系列较长，大于或等于30年时，也可根据实测流量资料分析选用。其相应的导流设计流量主要用于确定堰顶高程、导流泄水建筑物的规模及堰体的稳定分析等。
允许基坑淹没导流方案的技术经济比较，可以在研究工程所在河流水文特征及历年逐月实测最大流量的基础上，通过下述程序实现。
（1）根据河流的水文特征，假定一系列流量值，分别求出泄水建筑物上、下游的水位。
（2）根据这些水位，决定导流建筑物的主要尺寸和工程量，估算导流建筑物的费用。
（3）估算由于基坑淹没一次所引起的直接和间接损失费用。属于直接损失的有基坑排水费、基坑清淤费、围堰及其他建筑物损坏的修理费、施工机械撤离和返回基坑的费用及受到淹没影响的修理费、道路和线路的修理费、劳动力和机械的窝工损失费等；属于间接损失的有由于有效施工时间缩短而增加的劳动力、机械设备、生产企业规模和临时房屋等费用。
（4）根据历年实测水文资料，统计超过上述假定流量的总次数，除以统计年数得年平均超过次数，亦即年平均淹没次数。根据主体工程施工的跨汛年数，即可算得整个施工期内基坑淹没的总次数及淹没损失总费用。
（5）绘制流量与导流建筑物费用、基坑淹没损失费用的关系曲线，如图1-36的曲线1和曲线2所示，并将它们叠加，求得流量与导流总费用的关系曲线3。显然，曲线3上的最低点，即为围堰挡水期导流总费用最低时的初选导流设计流量。
（6）计算施工有效时间，试拟控制性进度计划，以验证初选的导流设计流量是否现实可行，以便最终确定一个既经济又可行的挡水期和导流设计流量。