安塞縣張家河淤地壩維修加固方案

惠起萍

（安塞縣水土保持工作隊 陜西 安塞 717400）

1 概述

張家河淤地壩工程位于安塞縣磚窯灣鎮梅莊灣村張家河小流域內，屬延河三級支流，黃土丘陵溝壑Ⅱ區與黃土林區之間。地貌由梁峁、溝坡、溝床三個單元組成，區內溝壑縱橫，梁峁深切，地形破碎，地表出露層為砂巖，兩岸覆蓋黃土，主溝道呈“U”形。工程所在流域涉及梅莊灣行政村張家河等三個村民小組，共有45戶140人，人均基本農田僅1.2畝。流域屬溫帶干旱半干旱氣候，多年平均氣溫8.8℃，絕對最高氣溫36.8℃，年均無霜期157天，多年平均降水量531.3mm，其中汛期6月～9月份降雨量占全年降雨量的75%以上，最大年降雨量793.9mm（1964年），溝道無流水，多年平均侵蝕模數為1.2萬t/km2·a。

張家河淤地壩所在流域形狀接近樹葉形，地勢大致由北向南傾斜，地質構造屬鄂爾多斯臺地，壩址河床處巖石出露，巖性屬砂巖，有利于壩基防滲。

2 淤地壩存在的病險問題

（1）壩體年久失修，危險系數較高。張家河淤地壩于上個世紀70年代初，由當地群眾自建。壩高15m，經過40多年的運行，壩體的左側已被雨水沖垮，殘余壩頂長41m，寬4m，豁口處底寬16m，口寬43m。現淤泥壩高9m，壩地沖溝長985m，沖溝寬7m～43m，深5m～15m。由于受當時建設條件所限，張家河淤地壩在建設中沒有經過科學充分的論證，設計標準也不夠科學，經過40多年的運行，病險問題加重，亟需進行除險加固，以保障其安全運行。

（2）沒有充分發揮作用。張家河流域四季分明，春季干燥多風，夏季炎熱干旱，秋季秋高氣爽，冬季寒冷少雨雪。溝道兩岸結構完整，上部覆蓋著深厚的黃土，高約100m，為溝壑縱橫、支離破碎的黃土丘陵梁、峁、溝地形，土質主要為輕粉質壤土，極適宜建設淤地壩，擴大農田耕種面積。而原先建設的張家河淤地壩已經基本淤滿，現可利用壩地僅為48畝，并沒有充分發揮流域壩系的功能促進糧食生產，使得整個壩系的作用也大打折扣。

（3）鞏固退耕還林促進糧食生產的必要性。張家河流域實施退耕還林后，坡地已經全部變成林地，只有壩系內的溝道才可以耕種。為鞏固退耕還林成果，使該村人均基本口糧田達到2.5畝,擬維修加固張家河淤地壩工程，可加固提高壩地175畝。

3 水文計算

按照規定，張家河淤地壩為大型淤地壩，其設計標準為設計洪水標準20年，校核洪水標準200年。根據張家河淤地壩的作用、運作條件以及對樞紐布設要求，結合工程實際，確定工程樞紐組成由壩體和溢洪道組成。

3.1 設計洪峰流量及洪水總量的計算

該工程位于黃土丘陵溝壑Ⅱ區與黃土林區之間，壩址以上流域總面積4.3 km2。依據《延安地區水文手冊》，考慮到溝口位于村莊上游附近，林木被破壞，植被稀疏，按半黃土林區半黃土丘陵溝壑Ⅱ區進行水文計算，其中林區面積3.0 km2，黃土丘陵溝壑Ⅱ區面積1.3 km2。水文計算黃土丘陵溝壑Ⅱ區由《延安市治溝骨干工程水文計算定型設計》查得，黃土林區用延安地區經驗公式計算。列表計算如表1。

3.2 調洪演算

張家河淤地壩工程為舊壩維修與溝道整平工程，經實地勘測，現攔泥壩高為9m。根據實際情況，采取溢洪道底高程比淤地面低2m，為陡坡式溢洪道，即在相應壩高7m處，按《技術手冊》進行調洪演算。

(1)按保證壩地正常生產的防洪標準，確定排洪渠流量Q排及溢洪道寬度B。根據壩地生產允許的洪水深0.7m～1.2m，本工程能滿足壩地生產，故取H21=0.7m，由H－V曲線得：H滯=9.7m，V10.5=4.5萬m3，則V滯=V9.7－V攔=4.5萬m3。

按20年一遇洪水，根據公式：

式中，Q設——設計洪峰流量，m3/s；

V滯——滯洪庫容，m3；

W設——設計洪水總量，m3；

Q排——排洪渠設計流量，m3/s；

α——系數，α=1－Q排/Q設；

β——系數，β=（1+H12/H 1）3/2；

H21——壩地上允許水深，m；

H1——溢洪道深，m。

帶入公式中即：

由上表試算知Q排=6.62m3/s。

由公式B=Q排/M H13/2，求得溢洪道寬度B=6.62/1.6×23/2=1.463m，為施工方便，本工程取溢洪道寬為1.5m。

（2）求溢洪道設計下泄流量Q設泄,。設滯洪壩高為9.7m，查得相應滯洪庫容為4.5萬m3。由公式計算得 Q設泄=M B（H12+H1）3/2=10.65m3/s。

（3）求溢洪道下泄的校核流量Q校泄。本計算方法與（2）相同，當Q200=70.01m3/s，W200=17.67萬m3時，計算過程如下：

驗算校核流量Q校：

與滯洪壩高相應的庫容12.25萬m3基本接近，溢洪道下泄的校核流量Q校泄=16.393m3/s，故校核的滯洪水深H21=3.6m。

表1 張家河淤地壩水文計算表

表2 排洪渠設計流量試算表

4 工程維修加固方案

經實地勘測，結合工程現狀，初擬本工程維修加固方案如下：加固維修壩體、填平壩地沖溝、開挖排洪渠、新建溢洪道。

4.1 土壩維修加固工程設計

經調洪知：H攔=9m，H校=3.2m。為了和原壩高齊平，取安全超高△H=2.8m。H設=9+3.2+2.8=15.0m。因原壩高為15m，故不再加高壩體，僅碾壓填筑壩體豁口。擬定豁口處的壩體內坡比1∶2，外坡比1∶1.5，豁口處壩體斷面與原壩體斷面一致。

用土填平壩地沖溝長1000m，新增提高壩地62畝。該工程在張家河淤地壩的下游，可淤地25畝，擬用土墊平溝道，在壩地右岸開挖土排洪渠接隧洞。根據溝道現狀，用土墊平溝道長270m，沖溝的上口寬45m～15m，底寬9m～5m，深4.5m～1.8m。在壩地的右岸開挖土排洪渠長270m，采用梯形斷面，邊坡系數m=1，底寬2m，深2m，渠底比降1∶100；開挖隧洞長40m，采用矩形斷面底寬2m，高2.4m。

4.2 壩地排洪渠設計

在壩地右岸開挖排洪渠，排洪渠長1040m，斷面為梯形土渠，邊坡系數為m=1，渠底比降1/200。經調洪演算知Q排=6.62m3/s。采用明渠均勻流公式試算得排洪渠底寬 2m，水深1.54m，安全超高取0.46m，則排洪渠深2.0m。其中設計田面以下挖深1.5m，淤泥面以上筑堤高0.5m，堤頂寬2.5m，外坡比1∶1。

經實地勘測，擬在壩地上游設防洪堤與排洪渠邊埂相連，根據《國標》有關規定，防洪堤高為5m，頂寬3m，上游坡1∶2，下游壩坡1∶1.5。

4.3 溢洪道工程設計

根據實地勘測，溢洪道設在右岸，擬為陡坡式溢洪道，全長93.5m，由進口漸變段、寬頂堰、陡坡段、消力池和出口漸變段五部分組成，采用M10漿砌石砌筑而成。根據調洪演算得，溢洪道進口底高程在相應壩高7m處，寬1.5m，設計下泄流量10.65m3/s，相應堰上水深2.7m；最大下泄流量16.39m3/s，相應堰上水深3.6m。按設計流量設計，按校核流量校核。

（1）進口漸變段。為了使寬頂堰與上游壩地排洪渠更好的連接，進口漸變段擬為八字墻扭面形式，長為5m，進口斷面與排洪渠相同，為梯形斷面，底寬2m，邊坡系數為m=1，渠深2.0m，襯厚0.3m。進口設計深1.0m，寬0.5m的齒墻。出口斷面與寬頂堰相同，側墻斷面結構形式均與寬頂堰相同。

（2）寬頂堰。根據水力計算，寬頂堰長10m,斷面為矩形，寬1.5m，設計堰上水深為2.7m，寬頂堰高為堰上水深加安全超高，取安全超高為0.90m，則寬頂堰高為3.6m。側墻為重力式擋土墻形式，頂寬0.5m，底寬2.3m，基礎厚0.5m，基礎外伸0.2m。進出口處均設深0.5m，寬0.5m的齒墻。

（3）陡坡段。陡坡段長60m，陡坡段起始側墻斷面結構與寬頂堰側墻相同。根據水力計算，陡坡段末端水深1.17m，取安全超高為0.43m，則末端側墻高h末=1.6m，側墻頂寬0.5m，底寬0.95m，基礎厚0.5m，外伸0.2m。沿水流方向每隔10m做一深0.5m、寬0.5m的齒墻。

（4）消力池。根據水力計算，消力池長13.5m，池深0.7m，池寬2.0m，躍后水深2.43m，取安全超高為0.57m，則側墻高為3.0m，側墻頂寬 0.5m，底寬 1.9m，基礎厚0.8m，外伸0.2m。

（5）出口漸變段。為了使水流平順地進入下游壩地排洪渠，出口設長5m漸變段，擬為扭面形式，進口斷面為矩形，渠寬2m，側墻高2m，側墻為重力擋土墻形式，頂寬0.5m，底寬1.4m，基礎厚 0.5m，外伸 0.2m。出口斷面與下游排洪渠相同，斷面為梯形，底寬2m，邊坡系數為m=1，渠深2.0m，基礎厚0.5m。出口齒墻深1.0m，寬0.5m。

5 結語

張家河淤地壩維修加固后，可新增利用壩地135畝，壩地利用率按80%計算，則可利用壩地108畝，每年可凈收入37800元。張家河淤地壩維修加固后，避免了土壤養分的流失，改善了作物生長的土壤環境，有利于作物的生長發育，提高了單產；而且維護壩地后，壩地糧食產量可達坡耕地的5~8倍，促進流域退耕還林和封育治理的開展。另外還可明顯改善當地的小氣候，為當地農業生產創造了良好的條件，促使當地農民改變過去廣種薄收的習慣，提高了勞動生產率，有力促進了農村經濟的發展。陜西水利