王 婷

(商洛市商州區(qū)水利局，陜西 商洛 726000)

1 概 述

秦嶺山區(qū)中小河流洪水暴漲暴落，河道彎道較多，災害性強，要想建設河道攔水工程難度較大。為了提升南秦城市新區(qū)的水環(huán)境面貌，規(guī)劃在陜西省商洛市商州區(qū)劉灣街道辦事處侯塬村建設1座攔水壩。

南秦城市新區(qū)位于商洛市龜山風景區(qū)南麓，北靠龜山，南臨南秦河，面積85 hm2，人口4 860人,是商州區(qū)集物流、旅游、商業(yè)為一體的繁榮地帶，也是帶動商州區(qū)經(jīng)濟突破發(fā)展的一個新起點。

發(fā)源于商洛市東岳廟鄉(xiāng)雞冠嶺的南秦河[1],是丹江右岸一級支流，流向由西向東，流程48 km，至劉灣匯入丹江。流域面積576 km2，海撥702～1 577.6 m[2]，平均比降16.6‰，是陜西省暴雨高值、高頻區(qū)。又因防洪工程體系未建成，洪水災害發(fā)生頻繁。

2 河道現(xiàn)狀及演變分析

2.1 河道現(xiàn)狀

工程區(qū)位于商洛市以西，在丹江口上游500 m處。該段河道規(guī)整，現(xiàn)狀河道寬約85～90 m，壩區(qū)右岸上、下游均為已建成的漿砌塊石河堤，堤防運行多年，河堤基本穩(wěn)定。左岸上下游堤防部分段殘缺不全，需拆除重建。

2.2 河道演變分析

南秦河從雞冠嶺至林岔溝口段屬河源區(qū)，流程長約11 km，河床的坡度較陡，能輸移粗大的沙礫；從林岔溝口至南秦水庫大壩段屬河流中游區(qū)，流程長約27 km，河床相對穩(wěn)定；南秦水庫以下屬河流下游區(qū)，流程長約10 km，河道處于自然下切狀態(tài)。

南秦河流域屬土石山區(qū)，植被較差，泥沙主要是由于暴雨對流域強烈的侵蝕作用形成的，具有水沙關系協(xié)調(diào)、年際變化大、年內(nèi)分配不均、推移質占的比例較大的特點。泥沙主要集中在汛期，其中7～9月輸沙量占年總量的83.1%，可見沙量比水量更集中。

南秦河屬山區(qū)河流，洪水具有陡漲陡落且歷時較短的特點。據(jù)調(diào)查，流域歷次洪水后河道主槽未有明顯擺動，河寬基本為50～110 m，無明顯的河岸垮塌現(xiàn)象發(fā)生，河道主槽基本在河道內(nèi)擺動，河床比較穩(wěn)定；河道沖淤變化基本平衡，略有下切。所以短期內(nèi)南秦河段是一條沖淤相對平衡的河道。隨著新修河堤的建成，河道沖淤變化將越來越小，在今后一定時期內(nèi)，南秦河段平面形態(tài)相對穩(wěn)定。

3 洪水分析

南秦水庫流域面積453 km2[3]，謝塬水文站流域面積487 km2，從流域面積得知二者相差34 km2。由于2個斷面之間無大支流匯入，謝塬站處于本工程段的緊上游，所以直接采用謝塬站的水文計算作為工程的水文計算成果。

謝塬站的洪水在《陜西省丹江干流防洪工程初步設計》中已經(jīng)過計算，并且成果已經(jīng)省水利廳、長江水利委員會兩級批準，所以本次設計直接采用謝塬站成果。謝塬站在原初步設計計算中采用了3種方法，即綜合參數(shù)法、推理公式法和面積比擬法。謝塬站頻率計算的參數(shù)為：洪峰流量均值Q平均=429 m3/s，CV=1.05，CS=3.0CV，其天然洪水不同頻率計算成果如下所示(見表1)。

表1 謝塬站(南秦水庫壩址)天然洪水計算成果

謝塬站的天然洪水經(jīng)過南秦水庫調(diào)節(jié)計算，其下泄流量成果如下所示(見表2)。

表2 南秦河干流設計洪峰流量

本次工程段設計流量采用謝塬站經(jīng)過南秦水庫20年一遇的下泄流量518 m3/s。

本工程，最危險工況為所有閘門全部立起，同時泄流。經(jīng)計算，此工況下，設計洪峰流量為600 m3/s。為了安全起見，選較大的洪峰流量，故本工程設計洪峰流量采用600 m3/s。

4 攔水壩建設方案分析

南秦河河道水面平均寬度50～90 m，洪水陡漲暴落，為了不影響河道行洪，不宜減縮河道行洪斷面；如修建固定壩，壩址處河道行洪斷面減小，將影響河道行洪。要維持現(xiàn)狀河堤防洪及景觀要求，必須采用活動壩，可選擇的主要建筑物形式是液壓壩和橡膠壩。

4.1 方案比選

(1)阻水與否比較。泄洪時，液壓壩閘門塌平在底板上，基本不阻水。橡膠壩結構特點是其受力荷載僅與壩高有關，與壩袋長度無關，其經(jīng)濟跨度為100～150 m，跨度較大，中墩較少。泄洪時，壩袋塌平在底板上，基本不阻水。

(2)抗震性比較。橡膠壩袋為柔性薄壁結構，重量輕，富有彈性，沒有很高的啟閉機架、工作橋等，其抗震性能好。液壓壩需要啟閉機架、工作橋，抗震性、穩(wěn)定性要求高。本工程為7度地震區(qū)，無需抗震措施。

(3)投資比較。橡膠壩與液壓壩相比，節(jié)省三材，造價低。

(4)運行管理比較。橡膠壩沖排水時間長，一般需要6 h左右，且運行麻煩；液壓壩沖排水僅需幾分鐘，全程電子操控，運行簡便。

(5)景觀效果比較。液壓壩已被廣泛應用于城區(qū)、園林風景區(qū)河道內(nèi)，既可發(fā)揮擋水、泄洪等綜合效益，又可因地制宜發(fā)展水上娛樂項目及旅游業(yè)。本工程為城區(qū)河道綜合整治項目，無疑液壓壩型式將會為景觀增輝，更適合本工程。

(6)堅固性、耐久性比較。橡膠壩與以鋼筋混凝土及金屬結構為主的液壓壩相比，堅固性較差，容易被刺傷和磨損，需要采取相應保護措施。橡膠壩存在老化問題，一般壩袋使用壽命為20 a左右。

(7)排沙防淤比較。當上游流量較小時，液壓壩閘下出流，排沙防淤效果較好；橡膠壩壩頂溢流，沒有液壓壩排沙防淤效果好。

(8)施工難易和工期比較。液壓壩為鋼閘門型式，安裝簡單、方便。橡膠壩壩袋為薄壁結構，結構復雜，錨固結構和錨固施工工藝相對復雜(見表3)。

表3 橡膠壩與液壓壩優(yōu)缺點對比

與傳統(tǒng)的橡膠壩進行比較，液壓壩力學結構科學、不阻水、不怕泥沙淤積，不受漂浮物影響，結構堅固可靠，抗洪水沖擊的能力強，放壩快速；利用自然又不破壞自然，綜合優(yōu)勢更明顯；最終推薦采用液壓壩作為擋水建筑物。

4.2 壩址選擇

液壓壩壩址選擇應綜合考慮地形、地質、水流、泥沙、環(huán)境影響及技術經(jīng)濟條件，宜選在過壩水流流態(tài)平順及河床岸坡穩(wěn)定的河段。同時，要充分考慮到河床或河岸的變化特點，以及建壩后對原有河道可能產(chǎn)生的影響。

南秦河口下游的丹江布置了1座3 m高的橡膠壩，橡膠壩回水高程為663.0 m，回水區(qū)位于會展中心南秦大橋上側100～200 m處。丹江1號液壓壩會展中心南秦大橋上側端河道平整，左、右岸為漿砌石堤防，工程地質條件良好；左岸有兩處排污管。為了避開排污管，根據(jù)地質條件及河道現(xiàn)狀情況，將1號液壓壩壩軸線布置于丹江口上游500 m處，高速路國際會議中心大橋上游200 m處。

4.3 液壓壩結構設計

1號液壓活動壩形成蓄水水面面積8.8萬m2，一次蓄水總量為22萬m3，回水長度1 046 m，回至上游2號潛壩處。液壓壩包括基礎土建、液壓壩主體工程、控制系統(tǒng)。土建工程包括：壩底座、邊墩、防滲鋪蓋及截滲墻、下游消力池、海漫等。

1號液壓壩壩高2.5 m，壩軸線長84 m，單扇長度6.0 m，共設置14扇液壓活動面板，由28個液壓缸支撐。底板寬6.5 m，順河道方向總長60.8 m，其中上游鋪蓋段長20 m，壩體段為6.5 m；斜坡段長6.5 m，消能段長12.8 m，護坦段長5.0 m，海漫段長10 m。壩體兩側設置4 m高的邊墩。底板采用C25鋼筋混凝土平底板結構，上下層配φ12、φ18的鋼筋，間距為200 mm。液壓活動壩基礎為臺階狀，上游側厚1.8 m，下游側厚1.20 m；基礎橫向每兩扇壩分界處設置1道伸縮縫。液壓活動壩兩岸設置邊墩，邊墩厚度1.0 m，邊墩與液壓活動壩壩體連接位置預留150 mm進行干掛大理石貼面，并填漿。

4.4 液壓系統(tǒng)

該工程采用1套液壓泵站控制系統(tǒng)，配備1臺45 kW電動機，同時控制14塊壩面，每塊壩面配備液壓缸2套；液壓缸共計28套?？刂剖也贾迷谧蟀兜谭篮髠绕脚_上，偏向壩軸線下游側，面積為20 m2?？傆凸軠显O置在壩體塌平時的下游側，寬600 mm，深300 mm，液壓油管采用DN32無縫鋼管；支油管溝設置在2個液壓缸之間，與總油管溝垂直連接，寬100 mm，深300 mm；油管共14根。

4.5 液壓活動壩運行方式

液壓活動壩由14塊活動壩面組成，壩面由背水面的液壓缸支撐，通過油管路由液壓泵站控制。液壓活動壩升降控制采用現(xiàn)場按鈕控制、遠程操作控制及自動升降壩控制3種方式。

升壩操作:首先啟動液壓泵站及控制系統(tǒng)，然后依次開啟上升按鈕，控制電磁閥依次打開，液壓缸開始工作壩面逐步升起；當壩面上升至設計高度時感應控制器工作，控制液壓泵站自動停止。

降壩操作：分為正常降壩、自動降壩與緊急降壩3種。通常情況下，液壓活動壩處于升壩狀態(tài)；汛期發(fā)生洪水時，通過自動升降壩系統(tǒng)調(diào)整保持液壓活動壩溢流水深不超過40 cm；來水量變小時，液壓活動壩全部升起；來水量逐漸增大，壩頂溢流水深超過40 cm時，自動降壩系統(tǒng)開啟，壩面依次降壩河道全斷面行洪。

按照液壓活動壩的設計規(guī)定，結合南秦河河道防洪、蓄水的實際需求，液壓活動壩必須在較短的時間內(nèi)降壩泄洪；本次1號液壓活動壩設計降壩時間為0.5 h。升降壩系統(tǒng)按計算機監(jiān)控設計，運行過程中，系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制。液壓活動壩冬季運行，液壓控制系統(tǒng)需采用耐低溫液壓油，蓄水區(qū)形成寬闊的冰面，可以形成另一番景觀；但由于冰面較薄，應該加強管理，禁止人員在冰面上行走。

5 結 語

通過對南秦新區(qū)1號壩建設方案的探析分析，可知山區(qū)性河流攔水壩建設方案要根據(jù)當?shù)氐暮觿莺秃樗闆r進行選擇。南秦河城市新區(qū)段河勢穩(wěn)定，最大洪水600 m3/s，故采用液壓壩建設方案是經(jīng)濟科學的。