堿鍋水庫攔河壩的優化設計

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.阜新市水利勘測設計研究院 遼寧阜新 123000）

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

堿鍋水庫是引水式水庫，水庫本區集水面積3.7km2；引水樞紐工程以上集水面積127.0km2，務歡池河引水樞紐以上多年平均天然徑流量為507.25×104m3，堿鍋水庫匯流區的多年平均徑流量為14.58×104m3。堿鍋水庫除險加固后，正常高水位182.42m，相應庫容1144.88×104m3；可灌溉農田0.4×104畝，年產商品魚5.0×104kg。由于阜蒙縣工業的發展，人口增加，城市供水緊張，計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，滿足水庫正常運行的要求，除險加固工程，特別是在務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計中的不同方案進行論述和分析，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、北兩個輸水洞及務歡池河上的攔河壩、取水口、引水渠組成。

攔河工程位于距離水庫1700m的務歡池河的中段，長度約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角閃片麻巖，風化破碎嚴重，巖石埋深超過18m以后，裂隙減少，基本進入弱風化層位。

攔河工程歷經1958年的均質土壩，1963年的堆石壩，1965年的鐵絲籠滾水壩，并建雙孔涵洞式沖沙閘一座，在1970年又改建為混凝土該護面土石滾水壩，并在攔河壩右端建一孔涵洞式沖砂閘。經過8年運行發揮了攔河抬高河水引水入庫的作用，但由于漿砌石基礎埋深僅為0.5m，壩下護坦標準不夠，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%已經沖毀，其余段淤積嚴重，已起不到集水作用，整個潛流工程現已報廢。多年來堿鍋水庫攔河壩壩型、壩體結構雖經幾次改變，但均未逃脫洪水沖毀的厄運。

2 攔河壩的優化設計

2.1 設計的原則

根據堿鍋水庫攔河壩建筑物功能要求，結合歷次攔河壩建筑物毀壞因素，加固攔河壩設計需滿足下列幾個要求：

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歡池河汛期洪水并保證建筑物安全；

③攔河壩需設置沖砂功能，以便清除進水口周圍淤沙；

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 設計方案對比分析與選擇

務歡池河屬于低山丘陵區多泥沙河流，暴雨比較集中，大多數年的暴雨發生在七、八月份，7－8月降水量占全年降水量的55%左右，暴雨持續時間較短，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輸沙量6.18萬t。推移質按懸移質的15%計，多年平均年推移質為0.93萬t。洪水中并夾帶大量雜草、樹木等漂浮物，對攔河建筑物的運用管理十分不利。

根據設計功能要求，加固設計考慮下列方案：

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計要求，但閘孔和閘墩數目龐大，相應啟閉設備也較多，管理運行極為不便，同時閘墩阻水明顯，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，同時需配備相應管理設施和人員，投資較大，后期運行費用較高。

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，通過選擇適當堰型加大滾水壩流量系數，調整滾水壩與沖砂閘兩者之間的長度比例，使其滿足泄洪和沖砂要求。淤沙和漂浮物對滾水壩和沖砂閘均無不利影響，同時滾水壩對地基要求較低。

2.3 攔河壩的設計

經技術、經濟、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。攔河建筑物級別為3級，洪水標準為20年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核。

2.3.1 工程選線

參照 《水閘設計規范》的有關規定，站址應選擇在河道順直、河勢相對穩定的河段，應便于下游消能設施布置，使下泄水流平順進入下游河道。結合下游河道現狀及本次加固設計左岸連接段設計，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，長度為142m，滾水壩采用b型駝峰堰，堰高2.00m， 寬 150.00m， 長 13.00m， 堰 頂 高 程187.00m，堰基高程185.00m。沖砂閘共設15孔，單孔尺寸：2.50m×3.00m （高×寬），閘底板高程及長度均與滾水壩相同，沖砂閘采用平板鑄鐵閘門，閘頂設置啟閉排架及啟閉設備。為控制沖砂閘水流，以便在沖砂及泄洪初期達到良好的消能效果，攔河壩與沖砂閘下游用導流墻隔開，導流墻墻頂高程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，在滾水壩前齒進行垂直鋪塑防滲，垂直鋪塑底部伸入強風化巖下1.00m。

壩和閘室下游均設置鋼筋混凝土結構消力池，消力池順水流方向長10.00m，消力池底板高程184.50m，厚0.60m。海漫為鐵絲石籠結構，順水流方向長12.00m，海漫高程185.00m，厚0.40m。海漫下游設置8.00m長深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 （均質土壩、鐵絲籠滾水壩，混凝土護面土石滾水壩和一孔沖砂閘結合型式）均按正常蓄水位187.00m設計，引水閘設計按照2.00m水頭設計引流。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。通過水力計算，引水閘在水頭2.00m時比較合適，勿需擴大閘址。

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 兩岸連接段設計

為攔蓄河水，使水流平順進入滾水壩和沖砂閘，并對左右岸加以保護，在攔河壩兩側修建連接段防護段，作為滾水壩和沖砂閘與兩岸的連接建筑物。設計標準則采用攔河壩標準50年一遇設計洪水設計，連接段頂高程采用50年一遇設計洪水位加超高確定。

3 結語

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

在工程設計中，只要在關鍵環節上給予充分重視，對不同方案進行充分的比較和論證，真正做到精心設計，精心施工，就一定能取得理想的結果。