辽东山区灌溉拦河坝设计浅析

王兴跃

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)



辽东山区灌溉拦河坝设计浅析

王兴跃

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁 本溪 117022)

辽东山区灌溉拦河坝属低水头拦河建筑物，所处河道具有河道比降大、洪水陡涨陡落的特点。灌溉拦河坝修建后壅高水位，影响河道行洪，对沿岸耕地造成威胁。针对现有拦河坝运行情况分析，在新建拦河坝时要充分考虑各方面影响因素，重点考虑增大过流能力提高拦河坝强度、设置消能防冲设施以及冲砂排淤设计，注重拦河坝型式创新。

灌溉；拦河坝；影响因素；结构型式

1 项目概况

辽东山区位于长白山余脉，主要包括丹东、本溪、抚顺三市。辽东山区植被覆盖率高，降雨充沛，水系发达。地区内河道具有普遍特点：河道比降大，不断流，洪水陡涨陡落，水质好，是人畜饮水、农业灌溉的主要水源。

以辽宁省桓仁县为例，地处辽东山区东部，年平均降雨量接近900mm，水资源丰富，人均水资源5160m3。优质水源以及优厚水资源给桓仁县农业发展提供最有利条件，桓仁是优质水稻重点产区，共有灌区7处，其中的大二河灌区所产大米在清朝时期被列入皇室贡品。

大二河灌区位于桓仁县西部，大二河流域内。经初步统计，大二河流域内用于灌溉拦河坝近60座。这些拦河坝修建年代跨度长，以实用堰型为主，同时还包括薄壁堰型、“人”字坝型，以及人工堆砌土坝等，平均坝高在1m左右。拦河坝为农业灌溉提供水源的同时，对河道行洪也产生了极大的壅水影响。河道两岸以基本农田为主，零散分布少量居民，基本无防护措施，多为自然岸坎，洪水来袭，水位漫过岸顶，淹没耕地，洪水退去时冲蚀土地，造成岸坡塌陷，坡脚被冲淘，土地损失。河道岸线改变，致使河道流态变化，冲刷处逐年加剧，最终造成凹岸或险工处越来越严重。

分析其原因，除去河道未防护外，最主要的问题就是拦河坝的修建产生壅水，抬高水位，淹没土地，并在一定程度上改变河势，影响河道自然演变。河道在汛期涨落时，受到拦河坝的影响，加剧对现有岸坡侵蚀作用，最终导致土地流失。若单纯的加高岸坡，不让洪水漫顶，带来的后果是耕地内涝，雨水等无法排入河中。

如何能保证农田灌溉用水的同时，最大程度的降低洪水位，减少洪水漫顶造成的损失是问题的关键。这样一来，灌溉蓄水拦河坝的选型就成为重中之重。

2 现有拦河坝情况分析

2.1 现有拦河坝特性简述

大二河流域内现有拦河坝型式以实用堰型为主，为钢筋混凝土重力坝，平均坝高为1m左右，两岸设置导流边墙，单侧导流边墙长度20-30m，多为重力式浆砌石挡墙，坝下基本无消能措施，坝上基本淤满砂砾料。进水闸设置闸门控制，无节制闸等其他设施。

大二河流域现有几处薄壁堰型拦河坝，底板为钢筋混凝土结构，堰顶多为素混凝土结构，堰顶厚度在0.3m左右，堰高平均高度0.8m，受河道内卵石冲击作用，多有破损，坝下基本无消能措施，导流墙及闸门等设施与溢流堰型拦河坝基本相同。

大二河流域仅有2处“人”字坝型拦河坝，底板为埋石混凝土结构，上部为钢板，钢板背水侧为钢筋支柱，与钢板构成“人”字形，排空或蓄水均需人工拆装，平均蓄水高度为1.1m，坝下基本无消能措施，导流墙及闸门等设施与溢流堰型拦河坝基本相同。

大二河流域有几处人工堆砌土坝，为居民自建人工导引河水，属临建措施，无法达到蓄水调节功能，汛后多被洪水冲毁，本次不对这种坝型进行分析评价。

2.2 现有拦河坝运行情况分析

大二河流域现有拦河坝修建年份跨度长，经多年运行，拦河坝存在以下主要问题：

1)过流能力差。现有的各拦河坝过流能力差，影响河道行洪，不论是底板部分还是过流堰体均存在明显阻洪情况。这是由于坝体修建时仅考虑农田灌溉，未进行过流能力设计，流量系数偏小，个别拦河坝明显缩窄河道，致使水位在坝址处明显抬升，经初步计算，拦河坝壅水高度在0.8-1m以上，基本与拦河坝现有坝高成正比趋势。

2)损毁严重。现有拦河坝经多年运行，受河道内卵石冲击，存在破损情况。尤其是桓仁地区属寒冷地带，受气候影响、冻融作用，拦河坝主体部分均有不同程度损毁。

3)未设置消能防冲设施。现有拦河坝修建时未考虑消能防冲设计，现状坝下冲淘情况十分明显，对拦河坝自身稳定造成威胁。

4)蓄水区内淤积严重。现有拦河坝蓄水区内淤积严重，淤积物为河道内卵石及砂砾料。蓄水区内淤积后改变河道自然比降，人为抬高河底，相应的降低了河道岸坎高度，导致洪水容易漫顶。

3 新建拦河坝设计要点

3.1 新建拦河坝影响因素

拦河坝在运行时，受修建时间长、修建期间施工质量、洪水冲蚀、自然条件等各方面影响，每年桓仁县都会投入大量资金进行维修维护，甚至拆除新建。怎么样能让拦河坝发挥应有的灌溉作用，同时还能降低其对河道的影响是关键所在。

通过对现有拦河坝运行情况分析，拦河坝存在诸多问题，我们应该针对这些问题进行有针对性的改进。

在新建拦河坝时我们要重点考虑如下因素：①过流能力；②混凝土强度及抗冻等级；③消能防冲设施；④冲砂排淤。

在新建拦河坝时有两点因素可不作为主要考虑因素，一是拦河坝基础，另一个是渗漏问题。辽东山区地质条件好，对于地基承载力方面完全可以满足要求，河道内以砂砾料、卵石为主，地基承载力在300kpa以上，个别河段河底以下1m即可见岩面线，岩性以弱风化岩为主，适宜修建拦河坝。对于渗漏问题，分析原因是天然径流远远大于灌溉用水量，辽东山区受地形限制，农田沿河开垦，外围即为山体，耕地呈狭长状，基本无开阔地，因此每座拦河坝灌溉耕地面积不大，天然径流足可以满足灌溉需求，即使存在渗漏情况，也不会对灌溉产生影响。

3.2 新建拦河坝设计要点

针对现有拦河坝存在的情况，在充分考虑新建拦河坝影响因素，在拦河坝选型设计时可做以下改进：

1)增大过流能力。在新建拦河坝选型时选择WES型实用堰，提高流量系数，增大过流能力，避免选择宽顶堰或者薄壁堰型，若必须选择宽顶堰或者薄壁堰型时，要在迎水侧和背水侧做圆角处理，提高流量系数。新建拦河坝时充分考虑河道上下游自然河宽，尽可能的拓宽河道，在单宽流量一定的情况下，加宽拦河坝，增大过流能力。拦河坝两侧导流边墙设置时也要考虑河道行洪影响，避免降低侧收缩系数，同时在设置导流边墙时要适当改变河势，尽量使河流走向垂直于坝轴线。

2)提高混凝土强度及抗冻等级。提高混凝土强度等级，提高抗卵石等冲击作用，混凝土强度等级不应低于C25；提高混凝土抗冻等级，抵抗寒冷地区自然条件变化造成的破坏，混凝土抗冻等级≥F200。

3)设置消能防冲设施。必须设置消能防洪设施，基于辽东山区地质条件及河流特点，消能措施适宜采用底流消能方式，即采用下挖消力池，易设置斜坡段连接。若条件允许，可在消力池末端回填区回填混凝土防冲，若条件不允许，则应在回填区回填块石，块石中部厚度≥200mm。

4)冲砂排淤设计。为避免进水闸淤积堵塞，可在进水闸进口处设置拦沙堰，并在进水闸附近设置冲砂闸。

通过实地踏勘后分析，仅在进水闸附近设置冲砂闸并不能完全起到冲砂排淤的效果，冲砂闸仅可以改变进水闸附近淤积情况，这就需要在拦河坝设计时采用创新方式。我们可以在拦河坝中部适当位置设置多处缺口，缺口周边预埋槽钢，内插挡板，挡板可采用金属结构或者木质结构，灌溉蓄水期间放置挡板，汛前将挡板提出，再增大行洪断面，增大过流能力的同时，又可以冲砂排淤，减少河道淤积进一步增大过流能力。挡板型拦河坝设计时，挡板宽度≤1m，过宽的挡板不便于运行，可在适当位置多设置几处，人工操作时必须注意安全，挡板型拦河坝坝顶宽度可适当增加，便于通行及操作挡板。

4 结论与建议

辽东山区灌溉拦河坝坝高有限，一般≤1.5m，属低水头拦河建筑物。灌溉拦河坝的经多年运行，问题突出，且具有普遍性。拦河坝的修建对河道产生较大影响，壅高水位，影响河道行洪安全，洪水漫顶后对沿岸耕地造成损失；拦河坝自身存在的问题造成主体损毁，影响其正常灌溉运行使用。这就要求我们在维修维护、拆除新建时要认真分析存在问题的原因，针对根源问题进行改进，在进行新建拦河坝时注重设计要点，增大拦河坝过流能力，提高坝体混凝土强度等级和抗冻等级，设置消能防冲设施，并适当采用新坝型进行冲砂排淤。

农田灌溉是农作物丰收的基本条件，灌溉拦河坝起到的作用尤为重要，这就要求水利设计者首先要保证农田灌溉用水，同时还需要最大程度的提高拦河坝自身能力，最大限度的降低拦河坝对河道的影响，注重新坝型在实际工程中的应用，并设计出更加适应辽东山区河流特点的灌溉拦河坝。

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1007-7596(2017)01-0079-02

2016-12-26

王兴跃(1985-)，男，辽宁本溪人，工程师，从事水利工程设计工作。

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