山區(qū)河流上小型攔河閘壩設計的探索

劉 宇

(遼寧省新賓滿族自治縣水務局 113200)

山區(qū)河流上小型攔河閘壩設計的探索

劉 宇

(遼寧省新賓滿族自治縣水務局 113200)

山區(qū)河流具有河道比降大、洪峰流量大、匯流歷時短、水流速度較快，且河流宣泄洪水時，挾帶大量泥沙及漂浮物等特征，因此在進行山區(qū)河流小型攔河閘壩的設計時必須要綜合考慮各種因素。本文結(jié)合遼寧省新賓縣地處遼東山區(qū)、境內(nèi)河流眾多的現(xiàn)狀，分析了在山區(qū)河流上進行小型攔河閘壩設計所要考慮的適應條件和設障與行洪等問題，為其他山區(qū)河流攔河閘壩的設計提供參考。

攔河閘壩 設計 影響因素 結(jié)構(gòu)型式

1 簡述

新賓縣地處遼東山區(qū)，境內(nèi)有三大河流蘇子河、太子河、富爾江。三大河流域總面積為4313km2，全縣流域面積20km2以上的河流有68條，其中20～50km2的有38條，河道平均比降24.87‰，流域面積 50～100km2的有16條，河道平均比降15.08‰，流域面積100～300km2的有9條，河道平均比降10.1‰，流域面積大于500km2的河流4條，河道平均比降2‰～5‰。同時由上述數(shù)據(jù)可以看出新賓縣境內(nèi)河流具有明顯的山區(qū)河道特征，即河道比降大，造成洪峰高、匯流歷時短、流速急，且河流宣泄洪水時，挾帶大量泥沙及漂浮物。因此，在攔河閘壩設計時所選擇的結(jié)構(gòu)型式，一定要根據(jù)山區(qū)河道特點來進行選擇。

2 山區(qū)河流攔河閘壩在規(guī)劃設計中應考慮的影響因素

2.1 工程水位抬高與泄洪的關(guān)系

攔河閘壩是渠首工程主要建筑物之一，其主要作用是抬高上游水位，以自流引水灌溉，并且還要求能宣泄汛期洪水，確保河道兩岸的穩(wěn)定。由于攔河閘壩抬高了河道水位，造成大量泥沙在壩前淤積，抬高了河床，勢必造成攔河閘壩處所在河道的泄洪能力減弱。為確保河道安全，就要求將抬高的水位和宣泄洪水二者有機地結(jié)合起來，根據(jù)山區(qū)的地貌、地勢、河流特點、當?shù)刈匀唤?jīng)濟狀況、不同的河段特點，以及農(nóng)田灌溉的要求，選擇不同型式的攔河閘壩。在經(jīng)濟條件允許的情況下選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，搞好設計與施工，做到工程既堅固又美觀，才能保障它的安全運用和使用年限的提高。

2.2 行洪與設障的關(guān)系

在河道上修建攔河閘壩，實際上是在河道上設置障礙，導致洪水下泄受阻，嚴重地影響行洪。并且抬高水位，易造成洪水兩岸漫溢，堤防決口，淹沒或沖毀兩岸村莊和農(nóng)田，同時也危及攔河閘壩安全。這就要求在工程總體布置和設計上充分考慮行洪問題，盡量合理增加泄洪孔口尺寸，加大主河道泄量，確保工程和兩岸人民的安全。

2.3 設計長度

為保證設計行洪安全，攔河閘壩長度一般應采用工程上游河道正常水位時水面寬度的1.2～1.5倍。同時為保持河勢，防止河流繞流沖刷改道，在攔河閘壩總體布置時，在河道適當位置上設置自潰壩，其長度可采用攔河閘壩長度的1/3～1/5。

2.4 攔河閘壩工程形式選型

為控制河道水勢，增大泄洪流量，確保工程與兩岸安全，在河道主槽位置，應設置足夠長度的泄洪閘和溢流孔。攔河閘壩工程形式選型上應盡量選擇閘壩結(jié)合的形式。

2.5 攔河閘壩兩端的防護設施

攔河閘壩的兩端防護設施，應插入兩岸邊內(nèi)有足夠長度，做好防滲、防沖準備。同時在攔河閘壩壩端的上游河岸設置足夠長的導流墻和護岸，在攔河閘壩的上下游兩岸，采用壓柳或種植刺槐等生物措施固堤護岸，穩(wěn)定河床。

2.6 引水與排泄泥沙、清理淤柴(漂浮物)的關(guān)系

山區(qū)河流由于坡降大、匯流歷時短、水流流速大、洪水沖刷破壞能力強，往往使大量泥沙和漂浮物下泄，造成泥沙堆積在壩前或漂浮物懸掛在壩上，嚴重地影響泄洪。為保證引水安全和泄洪通暢，在攔河閘壩型式上應合理選擇。

a.洪水期洪水挾帶漂浮物較多的河道上，采用雙支點自動翻板閘或多孔戽流溢流壩。

b.洪水期洪水挾帶泥沙較多的河道上宜采用閘壩結(jié)合形式或水閘。

c.在進水閘一側(cè)，設置沖砂閘的孔口應有足夠的嘗試和寬度，確保足夠的沖砂排淤能力，保證正常引水。

3 山區(qū)攔河閘壩的型式選擇與實例

根據(jù)山區(qū)河流的特性，各個壩址處的地形條件、水文與地質(zhì)條件，因地制宜地選擇閘壩型式，才能做到設計合理，運行可靠，造價低廉。新賓縣目前廣為采用的攔河閘壩的型式為四種，即單一攔河壩、多孔口型攔河壩、閘壩結(jié)合型攔河壩和全閘型攔河壩。各種類型攔河閘壩的設計特點和適用條件歸納如下。

3.1 單一型攔河壩

壩高小于1.0m的輕型壩，如薄壁堰型壩(如圖1)。壩高小于2.0m的重力壩(如圖2)，一般僅在進水閘側(cè)設置1～3孔沖沙閘。這類單一型攔河壩是我縣采用較多的，其造價比較低廉，施工技術(shù)較為簡單。

圖1 薄壁堰

圖2 重力壩

具體適用的條件如下：

a.攔河設障后對行洪影響不大，出現(xiàn)超標洪水時漫灘淹地損失較小。

b.洪水期推移質(zhì)流沙量少，不存在壩前嚴重淤積，影響正常引水。

c.河床平坦，以礫石、卵石為主，河床和岸灘都比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)河流改道。

如：新賓縣富爾江流域4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)28座重力式攔河壩運用10～30年，均運行良好。尤其是旺清門鎮(zhèn)東江沿攔河壩，該壩1968年9月竣工投入使用。壩高為2.0m，運行20多年，經(jīng)歷過數(shù)次較大的洪水考驗，河道無改道，壩體穩(wěn)定，運行效果良好。新賓鎮(zhèn)劉鮮攔河壩1996年7月建成，壩型采用輕型 L壩，壩高0.9m，壩主體長90m，比同樣規(guī)模的重力壩減少土石方工程量50%，縮短工期近30%。運行十幾年，情況良好。

3.2 多孔型攔河壩

多孔型攔河壩的單孔寬度一般為1.5～2.0m，孔口多少根據(jù)泄砂要求確定。一般采用的是多孔口戽流消能壩，在壩高小于1.0m地基穩(wěn)定的條件下，也可以采用輕型壩，如薄壁堰等。對 V形河槽孔口一般采用疊梁式木制插板閘門，在洪水來臨前拆除。在壩長超過百米的中型河道上，除應設一定數(shù)量的排泄孔口外，最好按保河堤的洪水標準設置一般的自潰壩，以保證較大洪水時的泄洪排沙能力。這類多孔口型攔河壩適用條件如下：

a.壩址處灘地寬闊，建壩后對行洪影響較大，洪水期易造成漫灘淹地，甚至河主流改道。

b.河流上游植被較差，河道比較陡峻。洪水期漂浮物、枝柴較多，推移質(zhì)泥沙量大。

如：新賓縣集雨面積在20～50km2的小河道上大部分采用此種型式。劉家攔河壩，壩長60m設六個孔口泄流，孔口寬度總長為12m，運行十年來效果良好。在小型河道上采用此種型式既經(jīng)濟又實用。

3.3 閘壩結(jié)合型

閘壩結(jié)合型分兩種型式。一種是下半部采用固定壩體(一般為混凝土寬頂堰，折線堰或?qū)嵱醚撸鐖D3)，上半部采用閘式結(jié)構(gòu)。另一種為攔河工程兩側(cè)或一側(cè)為固定式壩體，在攔河工程中段或另一側(cè)采用閘式結(jié)構(gòu)(如圖4)。閘壩結(jié)合型式其泄洪排沙能力要大于多孔口型攔河壩，但小于全部閘式結(jié)構(gòu)的攔河壩。閘壩結(jié)合型攔河工程具有較強的泄洪排沙能力，洪水期不易出現(xiàn)河水漫灘和主流改道現(xiàn)象，枯水期又有一定的調(diào)蓄水量的功能，由于其造價低于全閘型攔河工程，又可解決灌溉和防洪問題，具有較為廣闊的發(fā)展前景。如：我縣永陵鎮(zhèn)下房子攔河壩，響水河雙砬子攔河壩都屬于此種類型。其造價雖然高于單一型攔河壩和多孔口型攔河壩，但其在保持河道穩(wěn)定、調(diào)蓄水量等方面大大優(yōu)于上述壩型。

圖3 閘壩結(jié)合型

圖4 閘壩結(jié)合型

3.4 全閘型

全壩段采用洪水期能夠自動開閉或人工輔助開閉的閘門型式為全閘型。在我縣應用的此類攔河閘型式主要有以下兩種：

a.水力自控翻板閘(如圖5)利用水力和閘門垂置平衡的原理，不需要任何外加動力和人工伺候，完全由閘前水位的變化而引起作用于閘門上水壓力的變化來實現(xiàn)閘門的自動開啟或關(guān)閉。此種壩型在我縣有新賓鎮(zhèn)網(wǎng)戶攔河閘，壩長90m，壩高1.2m。還有夏園攔河閘，右壩段采用此種型式，壩高1.8m，現(xiàn)運行良好。

b.單支點翻板閘(如圖6)利用閘前水位的上升引起作用在閘門上水壓力作用點的提高而實現(xiàn)閘門的翻倒。閘門翻倒后需要人工扶起。此種型式需要在攔河閘的一端設置一孔調(diào)節(jié)閘，在日常運用時調(diào)節(jié)閘前水位，以免翻板閘由于上游少量降雨或其他原因，使河道出現(xiàn)流量增加水位上漲的經(jīng)常性翻倒。如：紅廟子鄉(xiāng)紅漢攔河閘，壩長48m，閘高1.2m。運行15年，經(jīng)歷過幾次較大的洪水考驗，河道無改道，閘前淤積量很小，運行效果良好。此種壩型近年來我縣應用比較廣泛。尤其是近年來，該種壩型的運用有很強的上升趨勢。

圖6 單支點翻板閘

這類攔河閘工程最大的優(yōu)點是基本上不影響河道正常行洪。河道護岸工程相對上述三種壩型投資少，泄洪能力強，調(diào)蓄水量能力強，有利于洪水期漂浮物下泄，為河道泄洪創(chuàng)造了有利條件。

4 結(jié)語

通過上述分析，在山區(qū)河流興建攔河閘壩工程應統(tǒng)一規(guī)劃，因地制宜，綜合治理，合理選擇壩型是非常重要的，它將直接影響到我國廣大山區(qū)農(nóng)田水利等基礎設施的建設與投資問題。本文根據(jù)近年來在新賓縣修建的小型攔河閘壩的設計實踐，提出了關(guān)于山區(qū)河流小型攔河閘壩設計的一些想法，分析了常見的攔河閘壩設計型式與適用條件，僅供參考。★

1 陳國輝．翻板閘門在山區(qū)河流應用中的優(yōu)缺點及改進建議［J］．企業(yè)科技與發(fā)展，2011(6)．

2 王富強．水力自控翻板閘門的應用發(fā)展及運行中存在的問題［J］．黑龍江水利科技，2008(6)．