堿鍋水庫攔河壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蘇建華 曹 群

（1.阜新蒙古族自治縣水利局河道管理站 遼寧阜新 123100；2.阜新市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 遼寧阜新 123000）

堿鍋水庫位于遼寧省阜新蒙古族自治縣務(wù)歡池鎮(zhèn)堿鍋村，繞陽河上游務(wù)歡池河右岸 （東經(jīng)121°54′18″，北緯42°17′31″），是一座具有農(nóng)田灌溉、城市供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫。

堿鍋水庫是引水式水庫，水庫本區(qū)集水面積3.7km2；引水樞紐工程以上集水面積127.0km2，務(wù)歡池河引水樞紐以上多年平均天然徑流量為507.25×104m3，堿鍋水庫匯流區(qū)的多年平均徑流量為14.58×104m3。堿鍋水庫除險(xiǎn)加固后，正常高水位182.42m，相應(yīng)庫容1144.88×104m3；可灌溉農(nóng)田0.4×104畝，年產(chǎn)商品魚5.0×104kg。由于阜蒙縣工業(yè)的發(fā)展，人口增加，城市供水緊張，計(jì)劃每年從堿鍋水庫引水100×104m3。因此，為保證水庫大壩、上游兩岸及城市供水的安全和保證，滿足水庫正常運(yùn)行的要求，除險(xiǎn)加固工程，特別是在務(wù)歡池河上修建可靠的攔蓄工程是十分必要的。

在此，就堿鍋水庫攔河工程設(shè)計(jì)中的不同方案進(jìn)行論述和分析，供同行借鑒。

1 工程概況

堿鍋水庫工程于1958年9月建成，工程由主壩、副壩、東、北兩個(gè)輸水洞及務(wù)歡池河上的攔河壩、取水口、引水渠組成。

攔河工程位于距離水庫1700m的務(wù)歡池河的中段，長(zhǎng)度約200m，地貌單元為河谷地貌與丘陵地貌，接觸部位河谷開闊，丘陵地貌突陡。地表巖性以河流沖積——沖洪積地層為主，厚度約5m，底部為新太古代斜長(zhǎng)角閃片麻巖，風(fēng)化破碎嚴(yán)重，巖石埋深超過18m以后，裂隙減少，基本進(jìn)入弱風(fēng)化層位。

攔河工程歷經(jīng)1958年的均質(zhì)土壩，1963年的堆石壩，1965年的鐵絲籠滾水壩，并建雙孔涵洞式?jīng)_沙閘一座，在1970年又改建為混凝土該護(hù)面土石滾水壩，并在攔河壩右端建一孔涵洞式?jīng)_砂閘。經(jīng)過8年運(yùn)行發(fā)揮了攔河抬高河水引水入庫的作用，但由于漿砌石基礎(chǔ)埋深僅為0.5m，壩下護(hù)坦標(biāo)準(zhǔn)不夠，造成壩后洪水反淘，使壩體毀壞，1999年修建潛流工程，目前滲渠有70%已經(jīng)沖毀，其余段淤積嚴(yán)重，已起不到集水作用，整個(gè)潛流工程現(xiàn)已報(bào)廢。多年來堿鍋水庫攔河壩壩型、壩體結(jié)構(gòu)雖經(jīng)幾次改變，但均未逃脫洪水沖毀的厄運(yùn)。

2 攔河壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)堿鍋水庫攔河壩建筑物功能要求，結(jié)合歷次攔河壩建筑物毀壞因素，加固攔河壩設(shè)計(jì)需滿足下列幾個(gè)要求：

①攔河壩能夠抬高河道水位以便將河道水流引入水庫；

②攔河壩需能安全下泄務(wù)歡池河汛期洪水并保證建筑物安全；

③攔河壩需設(shè)置沖砂功能，以便清除進(jìn)水口周圍淤沙；

④保證汛期大量漂浮物順利通過，并不影響建筑物安全。

2.2 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析與選擇

務(wù)歡池河屬于低山丘陵區(qū)多泥沙河流，暴雨比較集中，大多數(shù)年的暴雨發(fā)生在七、八月份，7－8月降水量占全年降水量的55%左右，暴雨持續(xù)時(shí)間較短，一般不到24h，洪水陡漲陡落，且多為單峰，河道多年平均年懸移質(zhì)輸沙量6.18萬t。推移質(zhì)按懸移質(zhì)的15%計(jì)，多年平均年推移質(zhì)為0.93萬t。洪水中并夾帶大量雜草、樹木等漂浮物，對(duì)攔河建筑物的運(yùn)用管理十分不利。

根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求，加固設(shè)計(jì)考慮下列方案：

①鋼筋混凝土滾水壩＋沖砂閘方案；

②平板閘方案；

③橡膠壩方案；

④翻板閘方案。

第②方案能夠很好滿足上述設(shè)計(jì)要求，但閘孔和閘墩數(shù)目龐大，相應(yīng)啟閉設(shè)備也較多，管理運(yùn)行極為不便，同時(shí)閘墩阻水明顯，投資最大。

第③方案能夠滿足下泄洪水和沖砂功能要求，但壩袋磨損和漂浮物刺破壩袋隱患較大，同時(shí)需配備相應(yīng)管理設(shè)施和人員，投資較大，后期運(yùn)行費(fèi)用較高。

第④方案也能滿足下泄洪水和沖砂功能要求，但泥沙和漂浮物可能影響翻板閘起翻和落閘，可能影響泄洪和有效攔截洪水。

而第①方案能夠很好地解決上述問題，通過選擇適當(dāng)堰型加大滾水壩流量系數(shù)，調(diào)整滾水壩與沖砂閘兩者之間的長(zhǎng)度比例，使其滿足泄洪和沖砂要求。淤沙和漂浮物對(duì)滾水壩和沖砂閘均無不利影響，同時(shí)滾水壩對(duì)地基要求較低。

2.3 攔河壩的設(shè)計(jì)

經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工條件的多方面比較，選定鋼筋混凝土滾水壩＋沖砂閘方案為攔河壩加固工程推薦方案。攔河建筑物級(jí)別為3級(jí)，洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。

2.3.1 工程選線

參照 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，站址應(yīng)選擇在河道順直、河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的河段，應(yīng)便于下游消能設(shè)施布置，使下泄水流平順進(jìn)入下游河道。結(jié)合下游河道現(xiàn)狀及本次加固設(shè)計(jì)左岸連接段設(shè)計(jì)，壩軸線采用與左岸連接段軸線垂直，右岸與山體陡坎利用圓弧段相連。

2.3.2 攔河壩工程布置

攔河壩采用鋼筋混凝土滾水壩＋沖砂閘方案，長(zhǎng)度為142m，滾水壩采用b型駝峰堰，堰高2.00m， 寬 150.00m， 長(zhǎng) 13.00m， 堰 頂 高 程187.00m，堰基高程185.00m。沖砂閘共設(shè)15孔，單孔尺寸：2.50m×3.00m （高×寬），閘底板高程及長(zhǎng)度均與滾水壩相同，沖砂閘采用平板鑄鐵閘門，閘頂設(shè)置啟閉排架及啟閉設(shè)備。為控制沖砂閘水流，以便在沖砂及泄洪初期達(dá)到良好的消能效果，攔河壩與沖砂閘下游用導(dǎo)流墻隔開，導(dǎo)流墻墻頂高程187.50m，墻寬0.50m，墻上游與沖砂閘邊墩相連。

為防止河水從壩下礫砂層大量流失，在滾水壩前齒進(jìn)行垂直鋪塑防滲，垂直鋪塑底部伸入強(qiáng)風(fēng)化巖下1.00m。

壩和閘室下游均設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)消力池，消力池順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10.00m，消力池底板高程184.50m，厚0.60m。海漫為鐵絲石籠結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)12.00m，海漫高程185.00m，厚0.40m。海漫下游設(shè)置8.00m長(zhǎng)深1.00m的拋石防沖槽。

2.3.3 攔河壩壩頂高程確定

堿鍋水庫原始攔河壩 （均質(zhì)土壩、鐵絲籠滾水壩，混凝土護(hù)面土石滾水壩和一孔沖砂閘結(jié)合型式）均按正常蓄水位187.00m設(shè)計(jì)，引水閘設(shè)計(jì)按照2.00m水頭設(shè)計(jì)引流。考慮引水閘工程部位布置受到局限，并且本次引水閘除險(xiǎn)加固仍修建在原閘址，因此其引水水位仍需保障2.00m。通過水力計(jì)算，引水閘在水頭2.00m時(shí)比較合適，勿需擴(kuò)大閘址。

綜上，攔河壩壩頂高程參照原始攔河壩攔蓄正常水位，仍保持187.00m不變。

2.3.4 兩岸連接段設(shè)計(jì)

為攔蓄河水，使水流平順進(jìn)入滾水壩和沖砂閘，并對(duì)左右岸加以保護(hù)，在攔河壩兩側(cè)修建連接段防護(hù)段，作為滾水壩和沖砂閘與兩岸的連接建筑物。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則采用攔河壩標(biāo)準(zhǔn)50年一遇設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)，連接段頂高程采用50年一遇設(shè)計(jì)洪水位加超高確定。

3 結(jié)語

堿鍋水庫除險(xiǎn)加固工程于2010年9月完工驗(yàn)收，通過一年的正常運(yùn)行，有效地保證了最大程度引水量，同時(shí)攔河壩的安全性得到了有效的保證。

在工程設(shè)計(jì)中，只要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上給予充分重視，對(duì)不同方案進(jìn)行充分的比較和論證，真正做到精心設(shè)計(jì)，精心施工，就一定能取得理想的結(jié)果。