遼東山區(qū)灌溉攔河壩設(shè)計(jì)淺析

王興躍

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪 117022)

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遼東山區(qū)灌溉攔河壩設(shè)計(jì)淺析

王興躍

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 本溪 117022)

遼東山區(qū)灌溉攔河壩屬低水頭攔河建筑物，所處河道具有河道比降大、洪水陡漲陡落的特點(diǎn)。灌溉攔河壩修建后壅高水位，影響河道行洪，對沿岸耕地造成威脅。針對現(xiàn)有攔河壩運(yùn)行情況分析，在新建攔河壩時(shí)要充分考慮各方面影響因素，重點(diǎn)考慮增大過流能力提高攔河壩強(qiáng)度、設(shè)置消能防沖設(shè)施以及沖砂排淤設(shè)計(jì)，注重?cái)r河壩型式創(chuàng)新。

灌溉；攔河壩；影響因素；結(jié)構(gòu)型式

1 項(xiàng)目概況

遼東山區(qū)位于長白山余脈，主要包括丹東、本溪、撫順三市。遼東山區(qū)植被覆蓋率高，降雨充沛，水系發(fā)達(dá)。地區(qū)內(nèi)河道具有普遍特點(diǎn)：河道比降大，不斷流，洪水陡漲陡落，水質(zhì)好，是人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源。

以遼寧省桓仁縣為例，地處遼東山區(qū)東部，年平均降雨量接近900mm，水資源豐富，人均水資源5160m3。優(yōu)質(zhì)水源以及優(yōu)厚水資源給桓仁縣農(nóng)業(yè)發(fā)展提供最有利條件，桓仁是優(yōu)質(zhì)水稻重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)，共有灌區(qū)7處，其中的大二河灌區(qū)所產(chǎn)大米在清朝時(shí)期被列入皇室貢品。

大二河灌區(qū)位于桓仁縣西部，大二河流域內(nèi)。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，大二河流域內(nèi)用于灌溉攔河壩近60座。這些攔河壩修建年代跨度長，以實(shí)用堰型為主，同時(shí)還包括薄壁堰型、“人”字壩型，以及人工堆砌土壩等，平均壩高在1m左右。攔河壩為農(nóng)業(yè)灌溉提供水源的同時(shí)，對河道行洪也產(chǎn)生了極大的壅水影響。河道兩岸以基本農(nóng)田為主，零散分布少量居民，基本無防護(hù)措施，多為自然岸坎，洪水來襲，水位漫過岸頂，淹沒耕地，洪水退去時(shí)沖蝕土地，造成岸坡塌陷，坡腳被沖淘，土地?fù)p失。河道岸線改變，致使河道流態(tài)變化，沖刷處逐年加劇，最終造成凹岸或險(xiǎn)工處越來越嚴(yán)重。

分析其原因，除去河道未防護(hù)外，最主要的問題就是攔河壩的修建產(chǎn)生壅水，抬高水位，淹沒土地，并在一定程度上改變河勢，影響河道自然演變。河道在汛期漲落時(shí)，受到攔河壩的影響，加劇對現(xiàn)有岸坡侵蝕作用，最終導(dǎo)致土地流失。若單純的加高岸坡，不讓洪水漫頂，帶來的后果是耕地內(nèi)澇，雨水等無法排入河中。

如何能保證農(nóng)田灌溉用水的同時(shí)，最大程度的降低洪水位，減少洪水漫頂造成的損失是問題的關(guān)鍵。這樣一來，灌溉蓄水?dāng)r河壩的選型就成為重中之重。

2 現(xiàn)有攔河壩情況分析

2.1 現(xiàn)有攔河壩特性簡述

大二河流域內(nèi)現(xiàn)有攔河壩型式以實(shí)用堰型為主，為鋼筋混凝土重力壩，平均壩高為1m左右，兩岸設(shè)置導(dǎo)流邊墻，單側(cè)導(dǎo)流邊墻長度20-30m，多為重力式漿砌石擋墻，壩下基本無消能措施，壩上基本淤滿砂礫料。進(jìn)水閘設(shè)置閘門控制，無節(jié)制閘等其他設(shè)施。

大二河流域現(xiàn)有幾處薄壁堰型攔河壩，底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，堰頂多為素混凝土結(jié)構(gòu)，堰頂厚度在0.3m左右，堰高平均高度0.8m，受河道內(nèi)卵石沖擊作用，多有破損，壩下基本無消能措施，導(dǎo)流墻及閘門等設(shè)施與溢流堰型攔河壩基本相同。

大二河流域僅有2處“人”字壩型攔河壩，底板為埋石混凝土結(jié)構(gòu)，上部為鋼板，鋼板背水側(cè)為鋼筋支柱，與鋼板構(gòu)成“人”字形，排空或蓄水均需人工拆裝，平均蓄水高度為1.1m，壩下基本無消能措施，導(dǎo)流墻及閘門等設(shè)施與溢流堰型攔河壩基本相同。

大二河流域有幾處人工堆砌土壩，為居民自建人工導(dǎo)引河水，屬臨建措施，無法達(dá)到蓄水調(diào)節(jié)功能，汛后多被洪水沖毀，本次不對這種壩型進(jìn)行分析評價(jià)。

2.2 現(xiàn)有攔河壩運(yùn)行情況分析

大二河流域現(xiàn)有攔河壩修建年份跨度長，經(jīng)多年運(yùn)行，攔河壩存在以下主要問題：

1)過流能力差?，F(xiàn)有的各攔河壩過流能力差，影響河道行洪，不論是底板部分還是過流堰體均存在明顯阻洪情況。這是由于壩體修建時(shí)僅考慮農(nóng)田灌溉，未進(jìn)行過流能力設(shè)計(jì)，流量系數(shù)偏小，個(gè)別攔河壩明顯縮窄河道，致使水位在壩址處明顯抬升，經(jīng)初步計(jì)算，攔河壩壅水高度在0.8-1m以上，基本與攔河壩現(xiàn)有壩高成正比趨勢。

2)損毀嚴(yán)重?，F(xiàn)有攔河壩經(jīng)多年運(yùn)行，受河道內(nèi)卵石沖擊，存在破損情況。尤其是桓仁地區(qū)屬寒冷地帶，受氣候影響、凍融作用，攔河壩主體部分均有不同程度損毀。

3)未設(shè)置消能防沖設(shè)施?，F(xiàn)有攔河壩修建時(shí)未考慮消能防沖設(shè)計(jì)，現(xiàn)狀壩下沖淘情況十分明顯，對攔河壩自身穩(wěn)定造成威脅。

4)蓄水區(qū)內(nèi)淤積嚴(yán)重?，F(xiàn)有攔河壩蓄水區(qū)內(nèi)淤積嚴(yán)重，淤積物為河道內(nèi)卵石及砂礫料。蓄水區(qū)內(nèi)淤積后改變河道自然比降，人為抬高河底，相應(yīng)的降低了河道岸坎高度，導(dǎo)致洪水容易漫頂。

3 新建攔河壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 新建攔河壩影響因素

攔河壩在運(yùn)行時(shí)，受修建時(shí)間長、修建期間施工質(zhì)量、洪水沖蝕、自然條件等各方面影響，每年桓仁縣都會(huì)投入大量資金進(jìn)行維修維護(hù)，甚至拆除新建。怎么樣能讓攔河壩發(fā)揮應(yīng)有的灌溉作用，同時(shí)還能降低其對河道的影響是關(guān)鍵所在。

通過對現(xiàn)有攔河壩運(yùn)行情況分析，攔河壩存在諸多問題，我們應(yīng)該針對這些問題進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。

在新建攔河壩時(shí)我們要重點(diǎn)考慮如下因素：①過流能力；②混凝土強(qiáng)度及抗凍等級；③消能防沖設(shè)施；④沖砂排淤。

在新建攔河壩時(shí)有兩點(diǎn)因素可不作為主要考慮因素，一是攔河壩基礎(chǔ)，另一個(gè)是滲漏問題。遼東山區(qū)地質(zhì)條件好，對于地基承載力方面完全可以滿足要求，河道內(nèi)以砂礫料、卵石為主，地基承載力在300kpa以上，個(gè)別河段河底以下1m即可見巖面線，巖性以弱風(fēng)化巖為主，適宜修建攔河壩。對于滲漏問題，分析原因是天然徑流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于灌溉用水量，遼東山區(qū)受地形限制，農(nóng)田沿河開墾，外圍即為山體，耕地呈狹長狀，基本無開闊地，因此每座攔河壩灌溉耕地面積不大，天然徑流足可以滿足灌溉需求，即使存在滲漏情況，也不會(huì)對灌溉產(chǎn)生影響。

3.2 新建攔河壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

針對現(xiàn)有攔河壩存在的情況，在充分考慮新建攔河壩影響因素，在攔河壩選型設(shè)計(jì)時(shí)可做以下改進(jìn)：

1)增大過流能力。在新建攔河壩選型時(shí)選擇WES型實(shí)用堰，提高流量系數(shù)，增大過流能力，避免選擇寬頂堰或者薄壁堰型，若必須選擇寬頂堰或者薄壁堰型時(shí)，要在迎水側(cè)和背水側(cè)做圓角處理，提高流量系數(shù)。新建攔河壩時(shí)充分考慮河道上下游自然河寬，盡可能的拓寬河道，在單寬流量一定的情況下，加寬攔河壩，增大過流能力。攔河壩兩側(cè)導(dǎo)流邊墻設(shè)置時(shí)也要考慮河道行洪影響，避免降低側(cè)收縮系數(shù)，同時(shí)在設(shè)置導(dǎo)流邊墻時(shí)要適當(dāng)改變河勢，盡量使河流走向垂直于壩軸線。

2)提高混凝土強(qiáng)度及抗凍等級。提高混凝土強(qiáng)度等級，提高抗卵石等沖擊作用，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25；提高混凝土抗凍等級，抵抗寒冷地區(qū)自然條件變化造成的破壞，混凝土抗凍等級≥F200。

3)設(shè)置消能防沖設(shè)施。必須設(shè)置消能防洪設(shè)施，基于遼東山區(qū)地質(zhì)條件及河流特點(diǎn)，消能措施適宜采用底流消能方式，即采用下挖消力池，易設(shè)置斜坡段連接。若條件允許，可在消力池末端回填區(qū)回填混凝土防沖，若條件不允許，則應(yīng)在回填區(qū)回填塊石，塊石中部厚度≥200mm。

4)沖砂排淤設(shè)計(jì)。為避免進(jìn)水閘淤積堵塞，可在進(jìn)水閘進(jìn)口處設(shè)置攔沙堰，并在進(jìn)水閘附近設(shè)置沖砂閘。

通過實(shí)地踏勘后分析，僅在進(jìn)水閘附近設(shè)置沖砂閘并不能完全起到?jīng)_砂排淤的效果，沖砂閘僅可以改變進(jìn)水閘附近淤積情況，這就需要在攔河壩設(shè)計(jì)時(shí)采用創(chuàng)新方式。我們可以在攔河壩中部適當(dāng)位置設(shè)置多處缺口，缺口周邊預(yù)埋槽鋼，內(nèi)插擋板，擋板可采用金屬結(jié)構(gòu)或者木質(zhì)結(jié)構(gòu)，灌溉蓄水期間放置擋板，汛前將擋板提出，再增大行洪斷面，增大過流能力的同時(shí)，又可以沖砂排淤，減少河道淤積進(jìn)一步增大過流能力。擋板型攔河壩設(shè)計(jì)時(shí)，擋板寬度≤1m，過寬的擋板不便于運(yùn)行，可在適當(dāng)位置多設(shè)置幾處，人工操作時(shí)必須注意安全，擋板型攔河壩壩頂寬度可適當(dāng)增加，便于通行及操作擋板。

4 結(jié)論與建議

遼東山區(qū)灌溉攔河壩壩高有限，一般≤1.5m，屬低水頭攔河建筑物。灌溉攔河壩的經(jīng)多年運(yùn)行，問題突出，且具有普遍性。攔河壩的修建對河道產(chǎn)生較大影響，壅高水位，影響河道行洪安全，洪水漫頂后對沿岸耕地造成損失；攔河壩自身存在的問題造成主體損毀，影響其正常灌溉運(yùn)行使用。這就要求我們在維修維護(hù)、拆除新建時(shí)要認(rèn)真分析存在問題的原因，針對根源問題進(jìn)行改進(jìn)，在進(jìn)行新建攔河壩時(shí)注重設(shè)計(jì)要點(diǎn)，增大攔河壩過流能力，提高壩體混凝土強(qiáng)度等級和抗凍等級，設(shè)置消能防沖設(shè)施，并適當(dāng)采用新壩型進(jìn)行沖砂排淤。

農(nóng)田灌溉是農(nóng)作物豐收的基本條件，灌溉攔河壩起到的作用尤為重要，這就要求水利設(shè)計(jì)者首先要保證農(nóng)田灌溉用水，同時(shí)還需要最大程度的提高攔河壩自身能力，最大限度的降低攔河壩對河道的影響，注重新壩型在實(shí)際工程中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)出更加適應(yīng)遼東山區(qū)河流特點(diǎn)的灌溉攔河壩。

[1]劉宇.山區(qū)河流上小型攔河閘壩設(shè)計(jì)的探索[J].水利建設(shè)與管理，2013(06)：72-73.

[2]石桂萍.城市河道治理設(shè)計(jì)中幾種攔河建筑物型式的分析比較[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(06)：62-63.

[3]黨達(dá)連.淺談跨河、攔河建筑物對河道防洪的影響及其對策[J].城市道橋與防洪，1999(01)：39-40.

1007-7596(2017)01-0079-02

2016-12-26

王興躍(1985-)，男，遼寧本溪人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

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