淺談鬧德海水庫庫區沉砂堰方案的選擇

王 鑫

（遼寧省鬧德海水庫管理局 遼寧 阜新 123000）

鬧德海水庫位于遼寧省彰武縣滿堂紅鄉，距阜新100km，一座防洪滯沙、農田灌溉、工業供水等綜合利用的大（2）型水庫，是柳河上僅有的一座已建大型控制性工程。水庫樞紐工程由溢流壩段、排沙中孔、擋水壩段、輸水洞和底孔等建筑物組成。水庫設計標準為百年一遇，千年校核。設計庫容為1.339億m3；校核庫容為2.17億m3。水庫工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級。水庫現向阜新提供城市和生活用水，日供水10萬t。

由于阜新地區水資源極度匱乏，嚴重制約了阜新市的經濟發展，隨著城市供水需求的增加，對鬧德海水庫的興利蓄水效益也提出了更迫切的要求。根據鬧德海水庫除險加固工程計劃安排，2008年3月～8月，將進行大壩壩前泄水孔加固工程施工。施工期間需要放空水庫，修筑3.5m高的圍堰擋水，造成輸水洞無法正常啟用放水，施工期間河道水質超標，滿足不了施工期繼續向阜新市城市用水的需要，因此急需解決施工期間鬧德海水庫向阜新市供水的實際難題以保證施工期繼續供水。

鬧德海水庫為河道型水庫，位于柳河上游，為多泥沙河流，施工期間河道來水濁度均大于500NTU，無法滿足自來水處理廠要求的水質標準。因此，需要在水庫放空時段內，在大壩上游修建一座既透水又攔砂的臨時沉砂堰來沉淀河水，降低下游取水的濁度。從壩前修筑的施工圍堰里取水，通過壩后自來水公司幅流沉砂池沉淀后供應的方式供給阜新市用水，為水庫除險加固期間滿足阜新市工農業用水需要提供技術支持。

1 沉砂堰方案的選定

選擇沉砂堰方案前，水庫在養畜牧河三家子水文站做了一次堰前安裝滲水管濾沙取水的方案現場試驗，現場試驗結果表明，隨著濾水管濾水時間的增加，濾水水質效果也將增加，濁度變化非常明顯；但濾水流量隨著時間增加逐步減小，濾水水質效果與濾水流量成反比例關系。采用塑料濾水管外包土工布或濾布時，極易在濾布內部產生淤堵和表面產生濾餅，最終將出現淤堵現象，無法滿足施工期工程正常濾水的要求。

通過一年多的前期工作和各種方案比較，最終認為采取冬季冰上沉排方案很合適，既能降低沉砂堰工程的投資，又能保證冬季施工，3月初放空水庫時立即投入使用。

堰高暫時按3m高設計。待水庫放空后，視上游來水含砂量大小和沉砂堰沉砂運行效果情況，再加高或加厚。

2 沉砂堰軸線的選定

鬧德海水庫壩前4km以內為V型河谷，水流進入河谷段后流速加劇，大量泥沙隨水流帶至壩下，致使壩下取水濁度得不到保證。因此，在河谷段內修堰攔河沉砂最好。通過現場查勘和各勘測斷面比較，選擇C4斷面稍向上游為宜。此處河谷狹窄，堰軸線短，工程量?。挥野妒┕龅仄教梗瑢ν饨煌ǚ奖?；距大壩3km左右，距離較合適。

3 堰體結構型式

沉砂堰為冬季冰上沉排。堰高3m、頂寬2.7m、上游坡比1∶1、下游坡比1∶2。堰內部用30cm厚柴排和40cm厚石籠依次分層相疊，堰表面上下游和頂面鋪一層30cm厚整體表面石籠。堰底部鋪一層30cm厚底部石籠，其上下游分別再向堰上下游坡腳外延4m長，以便堰體沉向河床時，將河床淤積物擠壓出堰底，增大堰底部摩擦力。另外，為防止堰基淘刷，在堰上下游坡腳處采用石籠護腳。

為使水流向堰頂中間集中，堰頂中間為水平段，長度等于堰長的一半；兩側向岸邊上傾斜，坡比為1∶2.5。

石籠：用12＃鉛絲編織，網眼大約為10cm～12cm。石籠內塊石粒徑不小于15cm。

柴排：先用14＃鉛絲將柳條（或其他樹條）按間距20cm綁扎而形成的直徑15cm左右梢龍，再將梢龍用10＃鉛絲扎成1m見方十字格，梢龍中間充填秸稈和少量土體并壓實。石籠和柴排之間在柳條結點處用8＃鉛絲從頂至底豎向連接，以使整個沉砂堰成為一個整體。堰體下游兩側岸邊采用石籠護腳，增加堰體穩定。

4 穩定計算

本沉砂堰結構近似于堆石壩，按堆石壩校核其抗滑穩定，計算方法與重力壩相同。

按沉砂堰上游水位與堰高相同時的最不利情況進行穩定校核；同時考慮堰頂過流時對堰體的沖擊力，將安全系數適當擴大。

按抗剪公式計算。同時，考慮粘滯力的影響。

式中，k——抗剪安全穩定系數?！端娛┕そM織設計規范》規定不小于1.05。

f——抗剪摩擦系數。因考慮原河床為巖石，且表面淤積不會太深，加之堰體底部石籠的擠壓排淤，f取0.4。

∑W——作用于基礎截面的總垂直力。包括堰體石籠、柴排、護腳重量和上游坡面水壓重。

因為堰體透水，為安全考慮，石籠和柴排的重量按浮容重計算。

CA——作用于基礎截面的粘滯力。C取0.05。

∑P——作用于基礎截面以上的總水平推力。即上游坡水推力。

計算結果：k＝1.27，滿足規范要求。

5 施工方法

鬧德海攔砂堰借鑒冰上沉排護岸的經驗，采取冬季冰上沉排的施工方法。

12月末1月初左右，待庫區冰面凍結達0.5m以上時，在堰軸線冰面上，用編織袋土按勘測地形堆砌出攔砂堰河床地形土膜，人工冰上砌筑堰體。柴排中間秸稈要壓緊并填土后灑水凍實，使柴排成為整體。

待堰體下沉前，在堰上下游邊線處，用手風鉆每隔1m間距打孔，形成鉆透冰層的孔，使堰體靠自重隨冰層一起緩慢沉入水中。堰體向下沉降時，其兩岸用132kW推土機牽引捆綁連接在兩堰頭的鋼絲繩，調整、緩沖沉降方向和速度。

為防止沉下去的堰體隨下部冰塊下滑，在堰體下部冰面縱、橫向分別隔5m間距鉆孔、裝藥，堰體下沉前爆破破冰（具體設計另做），使冰面在下沉時斷裂、擠壓，防止堰體整體向下滑動。

6 效益分析

在水庫加固施工期，水庫放空2008年3月至2008年8月時間內，保證阜新市城市生活用水，供水能力按2007年供水能力為5萬m3/d；可供水1375萬m3，按現行水價，創造直接經濟效益726萬元。

阜新地區是水資源十分緊缺的地區，在加固施工期間保證阜新市的生活用水，可增強阜新市的供水安全。換算成工業增產值：阜新市的相應指標為93元/m3，1370萬m3工業供水的工業產值為147069萬元。

鬧德海水庫自1942年建成以來，至今已經運行了57年，沒有考慮下放生態流量，在本次加固期除去保證阜新城市供水任務同時,對多余水量可以保證下游河道生態基流，在一定程度上改善柳河下游河道的生態環境。陜西水利

[1]朱鑒遠.水利水電工程泥沙設計[M].北京：中國水利水電出版社.2010-11-01。

[2]山西省水利科學研究所.禹門口沉沙池水工泥沙模型試驗研究報告 (第二階段)［R］.1986.9.