山区河流上小型拦河闸坝设计的探索

刘 宇

(辽宁省新宾满族自治县水务局 113200)

山区河流上小型拦河闸坝设计的探索

刘 宇

(辽宁省新宾满族自治县水务局 113200)

山区河流具有河道比降大、洪峰流量大、汇流历时短、水流速度较快，且河流宣泄洪水时，挟带大量泥沙及漂浮物等特征，因此在进行山区河流小型拦河闸坝的设计时必须要综合考虑各种因素。本文结合辽宁省新宾县地处辽东山区、境内河流众多的现状，分析了在山区河流上进行小型拦河闸坝设计所要考虑的适应条件和设障与行洪等问题，为其他山区河流拦河闸坝的设计提供参考。

拦河闸坝 设计 影响因素 结构型式

1 简述

新宾县地处辽东山区，境内有三大河流苏子河、太子河、富尔江。三大河流域总面积为4313km2，全县流域面积20km2以上的河流有68条，其中20～50km2的有38条，河道平均比降24.87‰，流域面积 50～100km2的有16条，河道平均比降15.08‰，流域面积100～300km2的有9条，河道平均比降10.1‰，流域面积大于500km2的河流4条，河道平均比降2‰～5‰。同时由上述数据可以看出新宾县境内河流具有明显的山区河道特征，即河道比降大，造成洪峰高、汇流历时短、流速急，且河流宣泄洪水时，挟带大量泥沙及漂浮物。因此，在拦河闸坝设计时所选择的结构型式，一定要根据山区河道特点来进行选择。

2 山区河流拦河闸坝在规划设计中应考虑的影响因素

2.1 工程水位抬高与泄洪的关系

拦河闸坝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，并且还要求能宣泄汛期洪水，确保河道两岸的稳定。由于拦河闸坝抬高了河道水位，造成大量泥沙在坝前淤积，抬高了河床，势必造成拦河闸坝处所在河道的泄洪能力减弱。为确保河道安全，就要求将抬高的水位和宣泄洪水二者有机地结合起来，根据山区的地貌、地势、河流特点、当地自然经济状况、不同的河段特点，以及农田灌溉的要求，选择不同型式的拦河闸坝。在经济条件允许的情况下选择合理的结构型式，搞好设计与施工，做到工程既坚固又美观，才能保障它的安全运用和使用年限的提高。

2.2 行洪与设障的关系

在河道上修建拦河闸坝，实际上是在河道上设置障碍，导致洪水下泄受阻，严重地影响行洪。并且抬高水位，易造成洪水两岸漫溢，堤防决口，淹没或冲毁两岸村庄和农田，同时也危及拦河闸坝安全。这就要求在工程总体布置和设计上充分考虑行洪问题，尽量合理增加泄洪孔口尺寸，加大主河道泄量，确保工程和两岸人民的安全。

2.3 设计长度

为保证设计行洪安全，拦河闸坝长度一般应采用工程上游河道正常水位时水面宽度的1.2～1.5倍。同时为保持河势，防止河流绕流冲刷改道，在拦河闸坝总体布置时，在河道适当位置上设置自溃坝，其长度可采用拦河闸坝长度的1/3～1/5。

2.4 拦河闸坝工程形式选型

为控制河道水势，增大泄洪流量，确保工程与两岸安全，在河道主槽位置，应设置足够长度的泄洪闸和溢流孔。拦河闸坝工程形式选型上应尽量选择闸坝结合的形式。

2.5 拦河闸坝两端的防护设施

拦河闸坝的两端防护设施，应插入两岸边内有足够长度，做好防渗、防冲准备。同时在拦河闸坝坝端的上游河岸设置足够长的导流墙和护岸，在拦河闸坝的上下游两岸，采用压柳或种植刺槐等生物措施固堤护岸，稳定河床。

2.6 引水与排泄泥沙、清理淤柴(漂浮物)的关系

山区河流由于坡降大、汇流历时短、水流流速大、洪水冲刷破坏能力强，往往使大量泥沙和漂浮物下泄，造成泥沙堆积在坝前或漂浮物悬挂在坝上，严重地影响泄洪。为保证引水安全和泄洪通畅，在拦河闸坝型式上应合理选择。

a.洪水期洪水挟带漂浮物较多的河道上，采用双支点自动翻板闸或多孔戽流溢流坝。

b.洪水期洪水挟带泥沙较多的河道上宜采用闸坝结合形式或水闸。

c.在进水闸一侧，设置冲砂闸的孔口应有足够的尝试和宽度，确保足够的冲砂排淤能力，保证正常引水。

3 山区拦河闸坝的型式选择与实例

根据山区河流的特性，各个坝址处的地形条件、水文与地质条件，因地制宜地选择闸坝型式，才能做到设计合理，运行可靠，造价低廉。新宾县目前广为采用的拦河闸坝的型式为四种，即单一拦河坝、多孔口型拦河坝、闸坝结合型拦河坝和全闸型拦河坝。各种类型拦河闸坝的设计特点和适用条件归纳如下。

3.1 单一型拦河坝

坝高小于1.0m的轻型坝，如薄壁堰型坝(如图1)。坝高小于2.0m的重力坝(如图2)，一般仅在进水闸侧设置1～3孔冲沙闸。这类单一型拦河坝是我县采用较多的，其造价比较低廉，施工技术较为简单。

图1 薄壁堰

图2 重力坝

具体适用的条件如下：

a.拦河设障后对行洪影响不大，出现超标洪水时漫滩淹地损失较小。

b.洪水期推移质流沙量少，不存在坝前严重淤积，影响正常引水。

c.河床平坦，以砾石、卵石为主，河床和岸滩都比较稳定，不易出现河流改道。

如：新宾县富尔江流域4个乡镇28座重力式拦河坝运用10～30年，均运行良好。尤其是旺清门镇东江沿拦河坝，该坝1968年9月竣工投入使用。坝高为2.0m，运行20多年，经历过数次较大的洪水考验，河道无改道，坝体稳定，运行效果良好。新宾镇刘鲜拦河坝1996年7月建成，坝型采用轻型 L坝，坝高0.9m，坝主体长90m，比同样规模的重力坝减少土石方工程量50%，缩短工期近30%。运行十几年，情况良好。

3.2 多孔型拦河坝

多孔型拦河坝的单孔宽度一般为1.5～2.0m，孔口多少根据泄砂要求确定。一般采用的是多孔口戽流消能坝，在坝高小于1.0m地基稳定的条件下，也可以采用轻型坝，如薄壁堰等。对 V形河槽孔口一般采用叠梁式木制插板闸门，在洪水来临前拆除。在坝长超过百米的中型河道上，除应设一定数量的排泄孔口外，最好按保河堤的洪水标准设置一般的自溃坝，以保证较大洪水时的泄洪排沙能力。这类多孔口型拦河坝适用条件如下：

a.坝址处滩地宽阔，建坝后对行洪影响较大，洪水期易造成漫滩淹地，甚至河主流改道。

b.河流上游植被较差，河道比较陡峻。洪水期漂浮物、枝柴较多，推移质泥沙量大。

如：新宾县集雨面积在20～50km2的小河道上大部分采用此种型式。刘家拦河坝，坝长60m设六个孔口泄流，孔口宽度总长为12m，运行十年来效果良好。在小型河道上采用此种型式既经济又实用。

3.3 闸坝结合型

闸坝结合型分两种型式。一种是下半部采用固定坝体(一般为混凝土宽顶堰，折线堰或实用堰，如图3)，上半部采用闸式结构。另一种为拦河工程两侧或一侧为固定式坝体，在拦河工程中段或另一侧采用闸式结构(如图4)。闸坝结合型式其泄洪排沙能力要大于多孔口型拦河坝，但小于全部闸式结构的拦河坝。闸坝结合型拦河工程具有较强的泄洪排沙能力，洪水期不易出现河水漫滩和主流改道现象，枯水期又有一定的调蓄水量的功能，由于其造价低于全闸型拦河工程，又可解决灌溉和防洪问题，具有较为广阔的发展前景。如：我县永陵镇下房子拦河坝，响水河双砬子拦河坝都属于此种类型。其造价虽然高于单一型拦河坝和多孔口型拦河坝，但其在保持河道稳定、调蓄水量等方面大大优于上述坝型。

图3 闸坝结合型

图4 闸坝结合型

3.4 全闸型

全坝段采用洪水期能够自动开闭或人工辅助开闭的闸门型式为全闸型。在我县应用的此类拦河闸型式主要有以下两种：

a.水力自控翻板闸(如图5)利用水力和闸门垂置平衡的原理，不需要任何外加动力和人工伺候，完全由闸前水位的变化而引起作用于闸门上水压力的变化来实现闸门的自动开启或关闭。此种坝型在我县有新宾镇网户拦河闸，坝长90m，坝高1.2m。还有夏园拦河闸，右坝段采用此种型式，坝高1.8m，现运行良好。

b.单支点翻板闸(如图6)利用闸前水位的上升引起作用在闸门上水压力作用点的提高而实现闸门的翻倒。闸门翻倒后需要人工扶起。此种型式需要在拦河闸的一端设置一孔调节闸，在日常运用时调节闸前水位，以免翻板闸由于上游少量降雨或其他原因，使河道出现流量增加水位上涨的经常性翻倒。如：红庙子乡红汉拦河闸，坝长48m，闸高1.2m。运行15年，经历过几次较大的洪水考验，河道无改道，闸前淤积量很小，运行效果良好。此种坝型近年来我县应用比较广泛。尤其是近年来，该种坝型的运用有很强的上升趋势。

图6 单支点翻板闸

这类拦河闸工程最大的优点是基本上不影响河道正常行洪。河道护岸工程相对上述三种坝型投资少，泄洪能力强，调蓄水量能力强，有利于洪水期漂浮物下泄，为河道泄洪创造了有利条件。

4 结语

通过上述分析，在山区河流兴建拦河闸坝工程应统一规划，因地制宜，综合治理，合理选择坝型是非常重要的，它将直接影响到我国广大山区农田水利等基础设施的建设与投资问题。本文根据近年来在新宾县修建的小型拦河闸坝的设计实践，提出了关于山区河流小型拦河闸坝设计的一些想法，分析了常见的拦河闸坝设计型式与适用条件，仅供参考。★

1 陈国辉．翻板闸门在山区河流应用中的优缺点及改进建议［J］．企业科技与发展，2011(6)．

2 王富强．水力自控翻板闸门的应用发展及运行中存在的问题［J］．黑龙江水利科技，2008(6)．