劉 宇

(遼寧省新賓滿族自治縣水務(wù)局 113200)

山區(qū)河流上小型攔河閘壩設(shè)計(jì)的探索

劉 宇

(遼寧省新賓滿族自治縣水務(wù)局 113200)

山區(qū)河流具有河道比降大、洪峰流量大、匯流歷時(shí)短、水流速度較快，且河流宣泄洪水時(shí)，挾帶大量泥沙及漂浮物等特征，因此在進(jìn)行山區(qū)河流小型攔河閘壩的設(shè)計(jì)時(shí)必須要綜合考慮各種因素。本文結(jié)合遼寧省新賓縣地處遼東山區(qū)、境內(nèi)河流眾多的現(xiàn)狀，分析了在山區(qū)河流上進(jìn)行小型攔河閘壩設(shè)計(jì)所要考慮的適應(yīng)條件和設(shè)障與行洪等問(wèn)題，為其他山區(qū)河流攔河閘壩的設(shè)計(jì)提供參考。

攔河閘壩 設(shè)計(jì) 影響因素 結(jié)構(gòu)型式

1 簡(jiǎn)述

新賓縣地處遼東山區(qū)，境內(nèi)有三大河流蘇子河、太子河、富爾江。三大河流域總面積為4313km2，全縣流域面積20km2以上的河流有68條，其中20～50km2的有38條，河道平均比降24.87‰，流域面積 50～100km2的有16條，河道平均比降15.08‰，流域面積100～300km2的有9條，河道平均比降10.1‰，流域面積大于500km2的河流4條，河道平均比降2‰～5‰。同時(shí)由上述數(shù)據(jù)可以看出新賓縣境內(nèi)河流具有明顯的山區(qū)河道特征，即河道比降大，造成洪峰高、匯流歷時(shí)短、流速急，且河流宣泄洪水時(shí)，挾帶大量泥沙及漂浮物。因此，在攔河閘壩設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的結(jié)構(gòu)型式，一定要根據(jù)山區(qū)河道特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行選擇。

2 山區(qū)河流攔河閘壩在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的影響因素

2.1 工程水位抬高與泄洪的關(guān)系

攔河閘壩是渠首工程主要建筑物之一，其主要作用是抬高上游水位，以自流引水灌溉，并且還要求能宣泄汛期洪水，確保河道兩岸的穩(wěn)定。由于攔河閘壩抬高了河道水位，造成大量泥沙在壩前淤積，抬高了河床，勢(shì)必造成攔河閘壩處所在河道的泄洪能力減弱。為確保河道安全，就要求將抬高的水位和宣泄洪水二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，根據(jù)山區(qū)的地貌、地勢(shì)、河流特點(diǎn)、當(dāng)?shù)刈匀唤?jīng)濟(jì)狀況、不同的河段特點(diǎn)，以及農(nóng)田灌溉的要求，選擇不同型式的攔河閘壩。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，搞好設(shè)計(jì)與施工，做到工程既堅(jiān)固又美觀，才能保障它的安全運(yùn)用和使用年限的提高。

2.2 行洪與設(shè)障的關(guān)系

在河道上修建攔河閘壩，實(shí)際上是在河道上設(shè)置障礙，導(dǎo)致洪水下泄受阻，嚴(yán)重地影響行洪。并且抬高水位，易造成洪水兩岸漫溢，堤防決口，淹沒(méi)或沖毀兩岸村莊和農(nóng)田，同時(shí)也危及攔河閘壩安全。這就要求在工程總體布置和設(shè)計(jì)上充分考慮行洪問(wèn)題，盡量合理增加泄洪孔口尺寸，加大主河道泄量，確保工程和兩岸人民的安全。

2.3 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度

為保證設(shè)計(jì)行洪安全，攔河閘壩長(zhǎng)度一般應(yīng)采用工程上游河道正常水位時(shí)水面寬度的1.2～1.5倍。同時(shí)為保持河勢(shì)，防止河流繞流沖刷改道，在攔河閘壩總體布置時(shí)，在河道適當(dāng)位置上設(shè)置自潰壩，其長(zhǎng)度可采用攔河閘壩長(zhǎng)度的1/3～1/5。

2.4 攔河閘壩工程形式選型

為控制河道水勢(shì)，增大泄洪流量，確保工程與兩岸安全，在河道主槽位置，應(yīng)設(shè)置足夠長(zhǎng)度的泄洪閘和溢流孔。攔河閘壩工程形式選型上應(yīng)盡量選擇閘壩結(jié)合的形式。

2.5 攔河閘壩兩端的防護(hù)設(shè)施

攔河閘壩的兩端防護(hù)設(shè)施，應(yīng)插入兩岸邊內(nèi)有足夠長(zhǎng)度，做好防滲、防沖準(zhǔn)備。同時(shí)在攔河閘壩壩端的上游河岸設(shè)置足夠長(zhǎng)的導(dǎo)流墻和護(hù)岸，在攔河閘壩的上下游兩岸，采用壓柳或種植刺槐等生物措施固堤護(hù)岸，穩(wěn)定河床。

2.6 引水與排泄泥沙、清理淤柴(漂浮物)的關(guān)系

山區(qū)河流由于坡降大、匯流歷時(shí)短、水流流速大、洪水沖刷破壞能力強(qiáng)，往往使大量泥沙和漂浮物下泄，造成泥沙堆積在壩前或漂浮物懸掛在壩上，嚴(yán)重地影響泄洪。為保證引水安全和泄洪通暢，在攔河閘壩型式上應(yīng)合理選擇。

a.洪水期洪水挾帶漂浮物較多的河道上，采用雙支點(diǎn)自動(dòng)翻板閘或多孔戽流溢流壩。

b.洪水期洪水挾帶泥沙較多的河道上宜采用閘壩結(jié)合形式或水閘。

c.在進(jìn)水閘一側(cè)，設(shè)置沖砂閘的孔口應(yīng)有足夠的嘗試和寬度，確保足夠的沖砂排淤能力，保證正常引水。

3 山區(qū)攔河閘壩的型式選擇與實(shí)例

根據(jù)山區(qū)河流的特性，各個(gè)壩址處的地形條件、水文與地質(zhì)條件，因地制宜地選擇閘壩型式，才能做到設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，造價(jià)低廉。新賓縣目前廣為采用的攔河閘壩的型式為四種，即單一攔河壩、多孔口型攔河壩、閘壩結(jié)合型攔河壩和全閘型攔河壩。各種類型攔河閘壩的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和適用條件歸納如下。

3.1 單一型攔河壩

壩高小于1.0m的輕型壩，如薄壁堰型壩(如圖1)。壩高小于2.0m的重力壩(如圖2)，一般僅在進(jìn)水閘側(cè)設(shè)置1～3孔沖沙閘。這類單一型攔河壩是我縣采用較多的，其造價(jià)比較低廉，施工技術(shù)較為簡(jiǎn)單。

圖1 薄壁堰

圖2 重力壩

具體適用的條件如下：

a.攔河設(shè)障后對(duì)行洪影響不大，出現(xiàn)超標(biāo)洪水時(shí)漫灘淹地?fù)p失較小。

b.洪水期推移質(zhì)流沙量少，不存在壩前嚴(yán)重淤積，影響正常引水。

c.河床平坦，以礫石、卵石為主，河床和岸灘都比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)河流改道。

如：新賓縣富爾江流域4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)28座重力式攔河壩運(yùn)用10～30年，均運(yùn)行良好。尤其是旺清門鎮(zhèn)東江沿?cái)r河壩，該壩1968年9月竣工投入使用。壩高為2.0m，運(yùn)行20多年，經(jīng)歷過(guò)數(shù)次較大的洪水考驗(yàn)，河道無(wú)改道，壩體穩(wěn)定，運(yùn)行效果良好。新賓鎮(zhèn)劉鮮攔河壩1996年7月建成，壩型采用輕型 L壩，壩高0.9m，壩主體長(zhǎng)90m，比同樣規(guī)模的重力壩減少土石方工程量50%，縮短工期近30%。運(yùn)行十幾年，情況良好。

3.2 多孔型攔河壩

多孔型攔河壩的單孔寬度一般為1.5～2.0m，孔口多少根據(jù)泄砂要求確定。一般采用的是多孔口戽流消能壩，在壩高小于1.0m地基穩(wěn)定的條件下，也可以采用輕型壩，如薄壁堰等。對(duì) V形河槽孔口一般采用疊梁式木制插板閘門，在洪水來(lái)臨前拆除。在壩長(zhǎng)超過(guò)百米的中型河道上，除應(yīng)設(shè)一定數(shù)量的排泄孔口外，最好按保河堤的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一般的自潰壩，以保證較大洪水時(shí)的泄洪排沙能力。這類多孔口型攔河壩適用條件如下：

a.壩址處灘地寬闊，建壩后對(duì)行洪影響較大，洪水期易造成漫灘淹地，甚至河主流改道。

b.河流上游植被較差，河道比較陡峻。洪水期漂浮物、枝柴較多，推移質(zhì)泥沙量大。

如：新賓縣集雨面積在20～50km2的小河道上大部分采用此種型式。劉家攔河壩，壩長(zhǎng)60m設(shè)六個(gè)孔口泄流，孔口寬度總長(zhǎng)為12m，運(yùn)行十年來(lái)效果良好。在小型河道上采用此種型式既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

3.3 閘壩結(jié)合型

閘壩結(jié)合型分兩種型式。一種是下半部采用固定壩體(一般為混凝土寬頂堰，折線堰或?qū)嵱醚?，如圖3)，上半部采用閘式結(jié)構(gòu)。另一種為攔河工程兩側(cè)或一側(cè)為固定式壩體，在攔河工程中段或另一側(cè)采用閘式結(jié)構(gòu)(如圖4)。閘壩結(jié)合型式其泄洪排沙能力要大于多孔口型攔河壩，但小于全部閘式結(jié)構(gòu)的攔河壩。閘壩結(jié)合型攔河工程具有較強(qiáng)的泄洪排沙能力，洪水期不易出現(xiàn)河水漫灘和主流改道現(xiàn)象，枯水期又有一定的調(diào)蓄水量的功能，由于其造價(jià)低于全閘型攔河工程，又可解決灌溉和防洪問(wèn)題，具有較為廣闊的發(fā)展前景。如：我縣永陵鎮(zhèn)下房子攔河壩，響水河雙砬子攔河壩都屬于此種類型。其造價(jià)雖然高于單一型攔河壩和多孔口型攔河壩，但其在保持河道穩(wěn)定、調(diào)蓄水量等方面大大優(yōu)于上述壩型。

圖3 閘壩結(jié)合型

圖4 閘壩結(jié)合型

3.4 全閘型

全壩段采用洪水期能夠自動(dòng)開(kāi)閉或人工輔助開(kāi)閉的閘門型式為全閘型。在我縣應(yīng)用的此類攔河閘型式主要有以下兩種：

a.水力自控翻板閘(如圖5)利用水力和閘門垂置平衡的原理，不需要任何外加動(dòng)力和人工伺候，完全由閘前水位的變化而引起作用于閘門上水壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉。此種壩型在我縣有新賓鎮(zhèn)網(wǎng)戶攔河閘，壩長(zhǎng)90m，壩高1.2m。還有夏園攔河閘，右壩段采用此種型式，壩高1.8m，現(xiàn)運(yùn)行良好。

b.單支點(diǎn)翻板閘(如圖6)利用閘前水位的上升引起作用在閘門上水壓力作用點(diǎn)的提高而實(shí)現(xiàn)閘門的翻倒。閘門翻倒后需要人工扶起。此種型式需要在攔河閘的一端設(shè)置一孔調(diào)節(jié)閘，在日常運(yùn)用時(shí)調(diào)節(jié)閘前水位，以免翻板閘由于上游少量降雨或其他原因，使河道出現(xiàn)流量增加水位上漲的經(jīng)常性翻倒。如：紅廟子鄉(xiāng)紅漢攔河閘，壩長(zhǎng)48m，閘高1.2m。運(yùn)行15年，經(jīng)歷過(guò)幾次較大的洪水考驗(yàn)，河道無(wú)改道，閘前淤積量很小，運(yùn)行效果良好。此種壩型近年來(lái)我縣應(yīng)用比較廣泛。尤其是近年來(lái)，該種壩型的運(yùn)用有很強(qiáng)的上升趨勢(shì)。

圖6 單支點(diǎn)翻板閘

這類攔河閘工程最大的優(yōu)點(diǎn)是基本上不影響河道正常行洪。河道護(hù)岸工程相對(duì)上述三種壩型投資少，泄洪能力強(qiáng)，調(diào)蓄水量能力強(qiáng)，有利于洪水期漂浮物下泄，為河道泄洪創(chuàng)造了有利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，在山區(qū)河流興建攔河閘壩工程應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，因地制宜，綜合治理，合理選擇壩型是非常重要的，它將直接影響到我國(guó)廣大山區(qū)農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與投資問(wèn)題。本文根據(jù)近年來(lái)在新賓縣修建的小型攔河閘壩的設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了關(guān)于山區(qū)河流小型攔河閘壩設(shè)計(jì)的一些想法，分析了常見(jiàn)的攔河閘壩設(shè)計(jì)型式與適用條件，僅供參考?！?/p>

1 陳國(guó)輝．翻板閘門在山區(qū)河流應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)建議［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2011(6)．

2 王富強(qiáng)．水力自控翻板閘門的應(yīng)用發(fā)展及運(yùn)行中存在的問(wèn)題［J］．黑龍江水利科技，2008(6)．