遼東山區(qū)灌溉攔河壩設計淺析

王興躍

(本溪市水利電力勘測設計研究院，遼寧 本溪 117022)

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遼東山區(qū)灌溉攔河壩設計淺析

王興躍

(本溪市水利電力勘測設計研究院，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。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)有攔河壩運行情況分析，在新建攔河壩時要充分考慮各方面影響因素，重點考慮增大過流能力提高攔河壩強度、設置消能防沖設施以及沖砂排淤設計，注重攔河壩型式創(chuàng)新。

灌溉；攔河壩；影響因素；結(jié)構(gòu)型式

1 項目概況

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。地區(qū)內(nèi)河道具有普遍特點：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，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，以實用堰型為主，同時還包括薄壁堰型、“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，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，洪水退去時沖蝕土地，造成岸坡塌陷，坡腳被沖淘，土地損失。河道岸線改變，致使河道流態(tài)變化，沖刷處逐年加劇，最終造成凹岸或險工處越來越嚴重。

分析其原因，除去河道未防護外，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，受到攔河壩的影響，加劇對現(xiàn)有岸坡侵蝕作用，最終導致土地流失。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，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鍵。這樣一來，灌溉蓄水攔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，兩岸設置導流邊墻，單側(cè)導流邊墻長度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。進水閘設置閘門控制，無節(jié)制閘等其他設施。

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，導流墻及閘門等設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，導流墻及閘門等設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，為居民自建人工導引河水，屬臨建措施，無法達到蓄水調(diào)節(jié)功能，汛后多被洪水沖毀，本次不對這種壩型進行分析評價。

2.2 現(xiàn)有攔河壩運行情況分析

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

1)過流能力差。現(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僅考慮農(nóng)田灌溉，未進行過流能力設計，流量系數(shù)偏小，個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)損毀嚴重。現(xiàn)有攔河壩經(jīng)多年運行，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)未設置消能防沖設施。現(xiàn)有攔河壩修建時未考慮消能防沖設計，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)淤積嚴重。現(xiàn)有攔河壩蓄水區(qū)內(nèi)淤積嚴重，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，相應的降低了河道岸坎高度，導致洪水容易漫頂。

3 新建攔河壩設計要點

3.1 新建攔河壩影響因素

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

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

在新建攔河壩時我們要重點考慮如下因素：①過流能力；②混凝土強度及抗凍等級；③消能防沖設施；④沖砂排淤。

在新建攔河壩時有兩點因素可不作為主要考慮因素，一是攔河壩基礎，另一個是滲漏問題。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，個別河段河底以下1m即可見巖面線，巖性以弱風化巖為主，適宜修建攔河壩。對于滲漏問題，分析原因是天然徑流遠遠大于灌溉用水量，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，也不會對灌溉產(chǎn)生影響。

3.2 新建攔河壩設計要點

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，在攔河壩選型設計時可做以下改進：

1)增大過流能力。在新建攔河壩選型時選擇WES型實用堰，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，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)導流邊墻設置時也要考慮河道行洪影響，避免降低側(cè)收縮系數(shù)，同時在設置導流邊墻時要適當改變河勢，盡量使河流走向垂直于壩軸線。

2)提高混凝土強度及抗凍等級。提高混凝土強度等級，提高抗卵石等沖擊作用，混凝土強度等級不應低于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)設置消能防沖設施。必須設置消能防洪設施，基于遼東山區(qū)地質(zhì)條件及河流特點，消能措施適宜采用底流消能方式，即采用下挖消力池，易設置斜坡段連接。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，則應在回填區(qū)回填塊石，塊石中部厚度≥200mm。

4)沖砂排淤設計。為避免進水閘淤積堵塞，可在進水閘進口處設置攔沙堰，并在進水閘附近設置沖砂閘。

通過實地踏勘后分析，僅在進水閘附近設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水閘附近淤積情況，這就需要在攔河壩設計時采用創(chuàng)新方式。我們可以在攔河壩中部適當位置設置多處缺口，缺口周邊預埋槽鋼，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，又可以沖砂排淤，減少河道淤積進一步增大過流能力。擋板型攔河壩設計時，擋板寬度≤1m，過寬的擋板不便于運行，可在適當位置多設置幾處，人工操作時必須注意安全，擋板型攔河壩壩頂寬度可適當增加，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，影響其正常灌溉運行使用。這就要求我們在維修維護、拆除新建時要認真分析存在問題的原因，針對根源問題進行改進，在進行新建攔河壩時注重設計要點，增大攔河壩過流能力，提高壩體混凝土強度等級和抗凍等級，設置消能防沖設施，并適當采用新壩型進行沖砂排淤。

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，這就要求水利設計者首先要保證農(nóng)田灌溉用水，同時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，注重新壩型在實際工程中的應用，并設計出更加適應遼東山區(qū)河流特點的灌溉攔河壩。

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

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

[3]黨達連.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.

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2016-12-26

王興躍(1985-)，男，遼寧本溪人，工程師，從事水利工程設計工作。

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