南秦河1號攔水壩建設方案探析

王 婷

(商洛市商州區水利局，陜西 商洛 726000)

1 概 述

秦嶺山區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的水環境面貌，規劃在陜西省商洛市商州區劉灣街道辦事處侯塬村建設1座攔水壩。

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

發源于商洛市東岳廟鄉雞冠嶺的南秦河[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。又因防洪工程體系未建成，洪水災害發生頻繁。

2 河道現狀及演變分析

2.1 河道現狀

工程區位于商洛市以西，在丹江口上游500 m處。該段河道規整，現狀河道寬約85～90 m，壩區右岸上、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，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，流程長約27 km，河床相對穩定；南秦水庫以下屬河流下游區，流程長約10 km，河道處于自然下切狀態。

南秦河流域屬土石山區，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，具有水沙關系協調、年際變化大、年內分配不均、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。

南秦河屬山區河流，洪水具有陡漲陡落且歷時較短的特點。據調查，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象發生，河道主槽基本在河道內擺動，河床比較穩定；河道沖淤變化基本平衡，略有下切。所以短期內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，南秦河段平面形態相對穩定。

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》中已經過計算，并且成果已經省水利廳、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，即綜合參數法、推理公式法和面積比擬法。謝塬站頻率計算的參數為：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過南秦水庫調節計算，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、穩定性要求高。本工程為7度地震區，無需抗震措施。

(3)投資比較。橡膠壩與液壓壩相比，節省三材，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、園林風景區河道內，既可發揮擋水、泄洪等綜合效益，又可因地制宜發展水上娛樂項目及旅游業。本工程為城區河道綜合整治項目，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 橡膠壩與液壓壩優缺點對比

與傳統的橡膠壩進行比較，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、環境影響及技術經濟條件，宜選在過壩水流流態平順及河床岸坡穩定的河段。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，根據地質條件及河道現狀情況，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。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

該工程采用1套液壓泵站控制系統，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。控制室布置在左岸堤防后側平臺上，偏向壩軸線下游側，面積為20 m2。總油管溝設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，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；汛期發生洪水時，通過自動升降壩系統調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。升降壩系統按計算機監控設計，運行過程中，系統實現自動化控制。液壓活動壩冬季運行，液壓控制系統需采用耐低溫液壓油，蓄水區形成寬闊的冰面，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1號壩建設方案的探析分析，可知山區性河流攔水壩建設方案要根據當地的河勢和洪水情況進行選擇。南秦河城市新區段河勢穩定，最大洪水600 m3/s，故采用液壓壩建設方案是經濟科學的。