山西省天鎮(zhèn)縣石佛寺水庫大壩壩型方案比選

高 超

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 水庫情況概述

石佛寺水庫位于天鎮(zhèn)縣境內(nèi)南洋河上，屬海河流域永定河水系。該水庫是為了充分開發(fā)利用南洋河的地表水，服務(wù)當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)建設(shè)和供水而建的水利工程，是一座以供水為主，兼顧防洪、灌溉的小（1）型水庫。水庫壩址以上流域面積為2 300 km2，水庫總庫容288.7 萬 m3。

2 大壩壩型選擇的提出

該水庫控制流域面積較大，洪水較大，要求泄水建筑物的泄流能力較大。受河道上游回水長度限制和淹沒控制的要求，水庫水深不宜太大。根據(jù)水文規(guī)劃調(diào)節(jié)計算結(jié)果，壩高5 m時對應(yīng)的總庫容為288.7萬m3，壩前水深較小?；诘匦?、地質(zhì)條件的限制，設(shè)計考慮采用集擋水、泄水功能于一體的活動壩體。既要考慮蓄水，又要考慮在蓄水的同時降低對河道行洪的不利影響，滿足行洪安全要求。因此，綜合考慮國內(nèi)目前運用較成熟的活動壩壩型及近年來發(fā)展起來的新型活動壩壩型，擬定橡膠壩、常規(guī)閘壩及混凝土面板液壓升降壩等三種壩型進行綜合比選。

3 橡膠壩

橡膠壩呈直線沿河床中間布置，軸線與河道基本垂直。壩高5.0 m，壩長84 m，中間不設(shè)隔墩。

該壩型結(jié)構(gòu)簡單、美觀、壩體跨度大、自重輕、抗震性能好，但該壩型的安全性、可靠性較差、使用壽命短，且需要增設(shè)抽排水泵站及其機電設(shè)備；壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞；運行期管理難度較大，需隨時根據(jù)上游水情來決定壩袋充高與坍壩，不易控制，且操作反應(yīng)速度較慢；橡膠壩冬季冰凍容易損壞壩袋，且不能調(diào)節(jié)壩高，不易控制下泄流量，同時需配專人值守，冬季破冰。

4 常規(guī)閘壩

常規(guī)閘壩的布置也是呈直線沿河床中間布置，軸線與河道基本垂直。閘壩共設(shè)7孔，閘孔凈寬7×10 m。水閘采用弧形工作門，工作門上游側(cè)設(shè)檢修門。7孔共用一扇疊梁檢修門，采用電動葫蘆起吊。在工作門與檢修門之間設(shè)有寬2.5 m的工作橋；在弧形工作門的下游側(cè)設(shè)有寬4.8 m的交通橋。

該壩型的優(yōu)點是運行靈活、可靠，可以宣泄各種頻率的洪水，整體穩(wěn)定性好，維修方便。缺點是：1）中隔墩嚴(yán)重束窄現(xiàn)狀河道寬度，影響自然河道行洪；2）金屬結(jié)構(gòu)及土建工程量較大，施工較復(fù)雜，工期較長，投資較大；3）水流從底部集中下泄，對下游河道消能防沖要求較高，水面漂浮物不易排泄，水面不夠美觀清潔；4）運行維護費用較高。

5 混凝土面板液壓升降壩

混凝土面板液壓升降壩布置在河床中間，呈直線布置，軸線與河道基本垂直。壩高5.0 m，連續(xù)布設(shè)14扇攔河閘壩，每扇閘壩寬6.0 m，全長84 m，中間不設(shè)隔墩。

該壩型特點是：1）性價比高。其與傳統(tǒng)的活動壩（水閘、橡膠壩、鋼壩閘）相比，性價比是最高的；2）力學(xué)結(jié)構(gòu)最科學(xué)，結(jié)構(gòu)可靠，運行方式最合理。壩面升起后，向下游傾斜15°，為一個穩(wěn)定的三角支撐壩結(jié)構(gòu)，抗洪水沖擊能力強。每個壩面單元設(shè)有2個液壓缸和2個支撐桿，壩面啟閉時采用液壓缸啟閉，到位后液壓缸停止工作泄壓，采用支撐桿代替支撐壩面，操作均為全自動控制。另外，壩面向下游傾斜15°，能有效釋放冰凍脹力，保護壩面不受損壞。結(jié)構(gòu)詳見所附橫剖面圖1。3）泄洪能力強。無論河道多寬，都無需在河中設(shè)置中隔墩。汛期行洪壩面放倒后與自然河床齊平，河面上看不見任何建筑物，和自然河道行洪一樣，行洪過水和沖沙效果均較好。4）操作反應(yīng)快，自動化程度高。該壩型采用液壓桿支撐面板裝置，液壓系統(tǒng)控制操作，可人工現(xiàn)地控制和無線遠(yuǎn)程控制，也可根據(jù)洪水位漲落，實現(xiàn)活動面板的無人自動升降，且反應(yīng)迅速。5）密封止水效果好，維護管理費用低。該壩體的密封止水部件經(jīng)久耐用，更換容易，維護費用低。6）壩型美觀，旅游效益好。該壩體過水時形成瀑布景觀和水簾長廊奇觀，可供游人觀賞。

圖1 混凝土面板升降壩橫剖面圖

6 壩型綜合比選

6.1 蓄水與泄洪

南洋河來水在汛期與非汛期的河道流量相差懸殊，因此為協(xié)調(diào)防洪與蓄水矛盾，要求攔河壩在汛期能夠快速塌壩，汛末又能及時恢復(fù)擋水狀態(tài)蓄水。混凝土面板液壓升降壩通過無線遠(yuǎn)程控制或人工現(xiàn)地控制液壓系統(tǒng)均可以滿足該要求；常規(guī)閘壩通過工作弧形閘門的啟閉也可滿足該要求；橡膠壩是通過充排水泵站達到升降壩的目的，正常需要2～3 h才能完全升或塌壩，時間較長，反應(yīng)較慢。汛期行洪時，混凝土面板液壓升降壩和橡膠壩塌壩后均緊貼河床，基本不影響河道行洪，而常規(guī)水閘的閘墩占用河道行洪斷面較大，嚴(yán)重影響河道泄洪。因此，從蓄水與防洪要求的角度來說，混凝土面板液壓升降壩較橡膠壩和常規(guī)水閘更有優(yōu)勢。

6.2 泥沙

南洋河來水泥沙含量較大，三種壩型對汛期過水過沙區(qū)別不大，只是橡膠壩存在泥沙對壩面的磨損問題，特別是汛期推移質(zhì)泥沙含量較大、流速較高時對壩面的磨損更為嚴(yán)重。

常規(guī)水閘在泥沙淤積層較薄且較為松散時可以正?；芈?，一旦淤積厚度較大或泥沙板結(jié)，通過回門縮小過流斷面不能沖開淤積，那么閘門就不能正?；亻T，必須借助人工高壓水槍充沙清理才能回門；橡膠壩一旦壩面淤積較厚，將對充排水泵站的機電設(shè)備提出較高要求或者借助人工高壓水槍充沙清理，否則壩袋不能正常升起?；炷撩姘逡簤荷祲蝿t可以通過液壓裝置強行頂開壩面淤沙，淤積對液壓升降壩沒有太大影響，且混凝土面板液壓升降壩可以交替開閉各扇閘門，以有限的水量集中沖沙。

6.3 凍冰

盡管冰凍在理論上對充水式橡膠壩影響不大，可以適當(dāng)降低橡膠壩的內(nèi)壓比運行，但實際操作一般都實行了人工鑿冰措施以確保橡膠壩安全，同時浮冰對壩袋（充水或充氣）也存在安全隱患，給管理帶來極大的不便。常規(guī)水閘采用的直立式結(jié)構(gòu)受冰凍影響較大，也需采取人工鑿冰措施；混凝土面板液壓升降壩吸收了翻板閘傾斜的優(yōu)點，壩面向下游傾斜15°，冰層可以沿著斜角向上延伸，從而有效地釋放結(jié)冰的膨脹力，保證冬季結(jié)冰不會對壩體造成損壞。

6.4 排污

常規(guī)水閘需要人工定期清理漂浮物，否則會影響閘門的正常啟閉和回落，嚴(yán)重時會威脅到行洪安全；橡膠壩和混凝土面板液壓升降壩均為表面溢流，故排污相對容易。但橡膠壩壩袋容易損壞，尤其是尖銳漂浮物污體對壩袋存在致命威脅，而混凝土面板液壓升降壩不存在上述問題，且可以較小水量排污，具有一定的優(yōu)勢。

6.5 投資

從工程投資角度來說，三種活動壩型投資相差不多。橡膠壩一次性投入相對較小，但后期維護費用較大；常規(guī)水閘整體投資最大，總投資為5 091.52萬元；混凝土面板液壓升降壩總投資為4 540.07萬元，投資較常規(guī)水閘少551.45萬元，后期維護費用也較低。

綜上所述，混凝土面板液壓升降壩在蓄水、泄洪、運行管理、操作反應(yīng)速度、可靠性及投資等方面均有一定的優(yōu)勢，尤其是汛期放倒泄洪時對自然河道幾乎沒有影響。故本工程推薦采用混凝土面板液壓升降壩方案。

7 結(jié)束語

混凝土面板液壓升降壩是近幾年發(fā)展較快的一種新型活動壩，但多數(shù)壩高僅2 m左右。國內(nèi)5 m左右的壩高較少，僅在安徽、河南有工程采用，山西省境內(nèi)還沒有。希望該論文對5 m左右壩高的混凝土面板液壓升降壩在山西省境內(nèi)的推廣應(yīng)用有一定的借鑒意義。