馬月林 馬境粒

（1.忻州市滹沱河水利管理局 山西忻州 034000；2.西安電子科技大學通信工程學院研究生部 陜西西安 710071）

1 工程概況及興建橡膠壩的緣由

滹沱河灌區(qū)是新中國成立后山西省興建的第一座大型灌區(qū)，也是目前山西省六大自流灌區(qū)之一。灌區(qū)位于滹沱河山西段的中游、忻定盆地腹部，設計灌溉面積2.240萬hm2，有效灌溉面積2.136萬hm2。灌區(qū)受益范圍包括忻州市3個縣（市、區(qū)）14鄉(xiāng)鎮(zhèn)123個村，年糧食總產量約1.6億kg，是忻州市乃至山西省的主要商品糧、蔬菜、牛奶和藥材用辣椒生產基地，華北產糧第一村和華北辣椒產銷第一村就都在滹沱河灌區(qū)。

滹沱河灌區(qū)地處黃土高原東部，具有氣候干旱、降水集中、河流多泥沙、冬季寒冷等特征。灌區(qū)從滹沱河干流引水，21世紀之前唯一的水源工程為界河鋪滾水壩，是采用前蘇聯設計壩型的混凝土壩，興建于1951年，采取正面沖沙、側面引水方式引水灌溉。因渠首樞紐工程無調蓄水能力，灌溉用水供不應求，急需對渠首進行改造。但由于壩址上游為平原地區(qū)，村莊密集，耕地較多，還有重要公路、鐵路，受地形和淹沒損失所限，不具備興建水庫的條件，只能興建低水頭的季節(jié)性蓄水工程。

基于河流、灌區(qū)、渠首工程等特點，滹沱河灌區(qū)于1985年初就組織工程技術人員赴北京市、遼寧省對已建成運行的多座橡膠壩進行了參觀，委托設計單位也多次派員外出考察，從而將橡膠壩作為本灌區(qū)水源工程改造和新建的備選方案。通過橡膠壩方案與攔河節(jié)制閘方案的經濟、技術比較，渠首改造工程（界河鋪橡膠壩）和新建水源工程（高城橡膠壩），都選用橡膠壩方案。

界河鋪橡膠壩屬滹沱河灌區(qū)改擴建工程的龍頭項目，是山西省重點水利項目，1994年6月開工，1997年底竣工運行。高城橡膠壩屬“國家重點大型灌區(qū)續(xù)建配套項目”——滹沱河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程2005-2006年度項目，位于界河鋪橡膠壩下游4.1 km處的滹沱河干流上，與界河鋪橡膠壩聯合運用，2006年4月開工，2007年10月主體工程基本完成。

2 橡膠壩應用中幾個問題的處理

2.1 壩址選擇問題

橡膠壩屬于低壩，雖然對地基的要求不太高，但也是橡膠壩建設應考慮的重要因素之一。界河鋪滾水壩壩址為界河鋪山峽口，本身就已經是建壩最佳地址了，再考慮施工場地需要、兩側新舊建筑物銜接和管理方便等因素，界河鋪橡膠壩的壩址就選在原滾水壩上游10 m處。

新建的高城橡膠壩，主要是利用界河鋪橡膠壩的余水進行調蓄，為忻定干渠的一支干渠供水。故其選址應考慮的因素一是離一支干渠的節(jié)制閘較近，二是地質條件較好，三是河道相對穩(wěn)定和較窄。綜合考慮這些因素后選址于高城村北的滹沱河干流上。

2.2 壩高設計問題

經調蓄水計算，界河鋪橡膠壩的設計壩高為3 m，充脹高度可達3.2 m；高城橡膠壩的設計壩高為3.5 m，充脹高度可達3.8 m。實際運行中，充脹高度可短時間超過設計壩高，正常運行期間的充水壩高控制在設計高度以下，以確保安全。

2.3 壩袋選型問題

橡膠壩壩袋應滿足強度、耐老化等要求。界河鋪橡膠壩在1993年設計時采用的是錦綸胎布作受力骨架的壩袋。隨著壩袋制作技術的日益進步，出現了鋼絲網橡膠壩袋，它具有強度大、抗撕裂性好、安全性高、壩袋高度可增加等許多新優(yōu)點，故高城橡膠壩在2004年設計時采用鋼絲網壩袋。

2.4 壩袋內外結冰問題

因為滹沱河灌區(qū)地處黃土高原的高寒地區(qū)，且橡膠壩的調蓄水時間主要在冬季，壩袋內外均會結冰，所以壩內、壩前的結冰問題從橡膠壩運行之初就受到了管理單位的高度關注，曾采取了多種預防性、探索性的打冰措施。

通過對界河鋪橡膠壩1998—2003年6年運行觀測資料的分析可知：當壩袋的充水高度在設計壩高（3 m）上下時，壩頂附近壩袋內壁從12月上旬（日最低氣溫一般達-15℃以下）開始結冰，2月底冰塊融化；袋內冰塊隨著氣溫下降而增厚，氣溫每下降1℃，歷時一晝夜冰塊厚度增加0.6 cm左右；袋內冰塊隨氣溫升高而消融，氣溫每升高1℃，歷時一晝夜冰塊厚度減少1 cm左右；因壩袋內溫度不均勻，所以袋內各處的冰塊厚度也不相同，一般厚度為10～30cm，最大約50cm。因為水下溫度大約在4℃左右，壩內水體并不會完全封凍，而且其冰塊還會因晝夜溫度的變化、壩袋晃動及充排水而消融，所以壩內結冰不會影響橡膠壩的正常運行，不必過分關注，也不需要采取任何措施。

對于壩袋外結冰，因為橡膠特有的柔韌性和晝夜溫差，壩袋與壩前冰塊并不會完全凍結在一起，壩前結冰對壩袋也無明顯危害，所以不需要在冰凍期進行壩前打冰。

2.5 壩袋補強問題

界河鋪橡膠壩1997年12月31日運行后，每年10月份檢查修補一次，前兩年請壩袋生產廠家進行補強，方法為火補。為了減少補強費用，管理單位在學到廠家的補強技術后，開始由橡膠壩管理人員用膠布自行火補，2007年之后又改用冷補法，效果都比較滿意。

2.6 壩袋更換問題

2013年冬，界河鋪橡膠壩中跨右側堵頭附近，在充壩后發(fā)現有漏水現象，在達到設計壩高后逐漸加重，最終形成大的泄口，不得不塌壩。經檢查，發(fā)現此處已經形成約0.5 m長的裂口。原因可能是年久老化，壩袋接縫處產生局部撕裂，在達到設計壩高后裂口迅速擴大所致。處理辦法是請專業(yè)人員進行了現場修補，修補后曾充壩至2.4 m，但考慮到壩袋已投入運行16年，已接近于橡膠壩的使用壽命，為安全起見，之后的蓄水高度一直未超過2.4 m。經上報列項，山西省水利廳同意更換壩袋，投資到位后進行了生產廠家公開招標，預計近期可完成壩袋更換任務。

2.7 閘閥漏水問題

為了減少工程投資和運行管理方便，界河鋪橡膠壩的充排水控制室設在河岸邊，由于外墻不保溫，而且1999年底至2000年初遇到了當地歷史上少有的持續(xù)寒冷天氣，-26℃左右的氣溫持續(xù)了17 d（據記載當地極端最低氣溫為-27.8℃），致使閘閥凍裂，2000年春季氣溫升高后開始漏水，當橡膠壩管理人員發(fā)現時已為時晚矣，導致橡膠壩塌壩，庫區(qū)蓄水白白泄入河道，造成嚴重經濟損失。更換閘閥后，對充排水控制室采用了加熱、測溫等措施，使排水閥冬季溫度保持在4℃以上，閥體再未凍裂。所以，高寒地區(qū)的橡膠壩，充排水閘閥、管道必須采取冬季保溫措施，確保管道不結冰，以滿足壩袋冬季充水和塌壩的要求。同時，橡膠壩的冬季運行和充排水要制定實施合理的操作規(guī)程，更加注重檢查觀察和養(yǎng)護維修。

2.8 高城橡膠壩堤防潰決問題

高城橡膠壩曾于2008年1月20日開始試蓄水，因當時兩岸的堤基防滲墻、迎水面護砌等工程還未建設，當蓄水高度達3 m時，發(fā)生左岸堤防潰決事故，不僅未能引水入渠，而且產生了決口修復費用。因此，對于橡膠壩這種低水頭建筑物，也應在工程全部完成、竣工驗收和移交后才能投入運行，不可心存僥幸，為了早受益而違規(guī)投運。

2.9 高城橡膠壩未能竣工問題

高城橡膠壩2007年10月主體工程完成，共計完成中央、省投資2 400余萬元。因市級配套資金800萬元一直未到位，致使上游護坦、左右岸堤防防滲粉噴樁及堤坡護面、防浪護岸等項目不能按設計要求完成，故工程至今未能竣工。對于這個問題，建設單位應積極爭取，市政府應高度重視，盡快到位市級投資、完成遺留工程、實現工程竣工，從而在驗收移交后正式投入運行，發(fā)揮工程效益。

3 結論

滹沱河灌區(qū)多年來橡膠壩建設與運行的實踐證明：橡膠壩作為一種低水頭調蓄水工程，在興建中高壩受限的大型灌區(qū)，只要搞好工程建設、強化管理調度，仍可作為灌區(qū)水源不足的有效補充，取得理想的社會、經濟和環(huán)境效益，值得推廣應用。