丹江金丝峡镇固床低坝建设方案探析

谢艳，赵春霞

丹江金丝峡镇固床低坝建设方案探析

谢艳，赵春霞

（陕西省商南县水务局，陕西商南726300）

丹江河道下切威胁沿岸防洪安全，通过对金丝峡镇丹江河道洪水、河势进行分析，提出了修建液压坝一座。并对坝址、坝形选择和坝高、坝结构、坝渗透及稳定性进行了探讨，以确保该固床低坝科学合理。

商南；丹江；固床；液压坝；设计方案

1 概况

商南县金丝峡镇总面积298.3 km2，人口24418人。发源于陕西省商洛市秦岭东段凤凰山的丹江绕镇而过，先后流经商州、丹凤，于商南县梳洗楼附近出省境。丹江是汉江最大的一级支流，属于雨源性河流，径流随降雨而变化，金丝峡镇多年平均径流量为9.72亿m3。由于丹江河道内采砂严重，河床下降，主河槽下切，镇区群众生产生活受到严重威胁。

2 丹江洪水

工程上游丹江干流上设有丹凤水文站，下游丹江干流上设有荆紫关水文站，上游支流银花河上设有竹林关水文站，下游支流武关河上设有武关水文站。

2.1 暴雨洪水特性

丹江上游的洪水由暴雨形成。洪水最早出现在4月，其峰量较小，年最大洪水主要发生在7月～9月，根据丹凤站实测资料统计，7月～9月年最大洪水占80%左右。10月由于受淋雨影响，亦有洪水发生。丹江上游山高坡陡，河短流急，汇流迅速，洪水陡涨陡落，一次洪水过程一般为一日左右，洪水过程线大多数呈单峰，且峰形尖瘦。

2.2 设计洪水

工程位于银花河口下断面、荆紫关站之间，经分析银花河口下断面～荆紫关站间洪水特性基本一致，故本次根据上、下游的银花河口下断面、荆紫关站设计洪水，采用区间面积加权法计算工程处的设计洪水，计算公式为：

式中：Q工程处、Q银花河口下、Q荆紫关分别为工程处、银花河口下、荆紫关站设计洪峰流量；F工程处、F丹凤、F荆紫关分别为工程处、银花河口下、荆紫关站流域面积。

经过计算，得工程处不同频率设计洪峰流量详见表1。

表1 工程处不同频率设计洪峰流量计算成果表单位：m3/s

3 建坝方案

根据《防洪标准》、《水利水电工程等级划分及洪水标准》，确定本工程等级为4级，防洪标准为20年一遇，相应洪水洪峰流量为2954 m3/s。

3.1 坝址选择

3.1.1 河势稳定分析

丹江金丝峡镇固床低坝工程，上起牛圈沟，下至孙家沟，河道长2.8 km，右岸修建有堤防2.317 km，左岸为高速公路和村庄。受两岸天然岸坎制约，河道平面上一直较为稳定。根据2010年1月、2015年12月实测地形图分析，由于丹江河道内采砂严重，河床下降，主河槽下切。近6年来，工程区河道深泓点下降最大1.92 m，主河槽平均下降1.0 m，两岸建筑物安全受到严重威胁。

3.1.2 保护范围分析

该河段右岸主要有镇区、高速公路收费站、汽车站及游客中心、漂流中心等，左岸为高速公路和村庄。因此，工程设计位置应位于受保护建筑物下游侧。

3.1.3 坝址选择

根据以上分析，设计2处坝址进行比选：方案一：上坝址，金丝峡沟口下游185 m，漂流中心下河台阶处；方案二：下坝址，金丝峡沟口下游300 m。见表2。

经分析比较，推荐方案一上坝址。

3.2 坝型选择

丹江固床低坝工程功能为稳定河床，蓄水形成水面景观，坝体应为日常立坝蓄水形成水面景观，洪水期塌坝，满足行洪要求。根据要求，坝型设定三种方案，见表3。

根据本河段洪水特性、河道地形条件、保护范围的重要性、景区旅游要求等条件，本次分别对液压坝、自动翻板闸、橡胶坝等3种坝型进行比较，经综合分析比较，采用液压坝型式。

3.3 坝底板高程确定

根据工程区实测地形图，近年来，丹江河道由于采砂河床下降，现状蓄水区河底高程366.24 m～370.84 m，河道纵比降为3.8‰，设计坝址断面河床平均高程367.30 m；2010年堤防工程设计时蓄水区河底高程367.70 m～371.70 m，河道纵比降为3.3‰，设计坝址断面河床平均高程368.30 m。

如果坝底板高程采用现状河底高程，由于河床下降，基础埋深变浅，则原设计堤防基础底部埋深不满足原设计冲刷深度要求。如果坝底板高程高于2010年堤防设计时河床平均高程，会造成河道淤积，从而减小河道行洪断面，不满足行洪要求。因此，本次设计坝底板高程与2010年堤防设计时河床平均高程一致，相应坝底板高程为368.30 m。

3.4 坝高确定

根据河道地形、电站情况，丹江固床低坝采用坝高为4 m，即设计坝顶高程372.30 m。经计算，年平均流量情况下，坝顶溢流水面高程372.50 m（溢流水深20 cm），枯水期平均坝顶溢流水面高程372.40 m（溢流水深10 cm），洪水期设计最大坝顶溢流高程372.80 m（溢流水深50 cm，超过即塌坝）。

坝蓄水回水至汽车站游客中心广场上游末端，回水长度1200 m。景观坝位置蓄水水面宽216 m，规划码头位置蓄水水面宽210 m，平均水深3.2 m，游客中心广场中部位置蓄水水面宽130 m，平均水深1.4 m。蓄水效果比较理想。建议对回水末端河道内的夹心滩进行清理，水面效果更好。

3.5 坝结构设计

表2 坝址分析选择表

表3 坝型比较表

设计坝址位于金丝峡沟口下游185 m处，漂流中心下河台阶处。右岸坝边墩挡墙位于现状堤防坡脚挡墙位置外2 m，不影响现状堤防、确保施工安全，左岸坝边墩挡墙与上下游现状岸坎线齐平，不缩小行洪宽度，设计坝长192 m。

根据总体布置，主要建筑物布设为：液压坝（轴线方向）长192 m，采用DYH40K60J型液压活动坝，面板结构为高强度合金钢（水工专用），挡水高度4 m，单扇宽度6 m，共32扇，由生产厂家定型制作并指导安装。液压坝坝面由背水面的液压缸支撑，通过油管路由液压泵站控制。坝主体建筑物（顺水流方向）长50.6 m，其中截渗墙长0.6 m，坝底板长9 m，消力池长21 m，海漫长20 m，左右岸边墙及翼墙共470 m，控制室55 m2。

3.6 塌坝流量

根据丹凤站、荆紫关站实测资料统计分析可知：

（1）工程区多年平均月流量为32.17 m3/s，平均月最大流量发生在9月，为69.84 m3/s，因此，塌坝流量应大于平均月最大流量，以避免频繁塌坝，影响蓄水区景观。

（2）工程区多年平均发生大于60～150 m3/s流量的次数在全年总数上有明显差异，但从年内各月发生次数来说相差不大，且主要发生在7～10月，尤其在100～150 m3/s流量间、7～10月间相差次数仅为1～2次。因此，选定塌坝流量时应重点考虑该区间流量和次数。

（3）丹江洪水主要发生在7～10月份，且具有集中在某1～3个月内连续发生大洪水的特性，这种情况是该河道的洪水天然特性，需要河道全断面泄洪，不能靠塌坝简单解决。据统计，去掉连续发生大洪水的情况，则发生大于100 m3/s流量的次数在4次以下，该流量能够通过坝顶溢流，满足最大溢流水深要求，塌坝次数也基本满足蓄水区景观要求，所以，选择设计塌坝流量为100 m3/s，多年平均月最多塌坝4次。根据以上分析计算，丰水季节坝顶溢流水深能达到溢流坝顶形成瀑布的景观效果。

3.7 坝过洪能力计算

液压坝立坝时的流量计算采用薄壁堰流量公式计算。

式中：Q为流量，m3/s；ε为侧收缩系数；σ为为淹没系数；m为流量系数；B为过流断面净宽，m；H0为计入行进流速水头的堰顶水头，m。

经计算，当塌坝流量为100 m3/s时，堰顶溢流水深0.44 m，当流量为123 m3/s时，堰顶水深0.5 m，达到坝允许最大水深。枯水期平均流量为12 m3/s，坝顶溢流水深约10 cm，汛期平均流量为50 m3/s，坝顶溢流水深约30 cm。

液压坝塌坝泄洪时的流量计算采用宽顶堰流量公式进行计算。经计算，当过坝流量为20年一遇洪水2954 m3/s时，过坝水深4.41 m。

3.8 坝基渗透稳定分析及处理方案

根据地质勘察成果，下游坝址基岩面深度10.8 m～11.2 m，砂砾石的允许水力坡降为0.08，下游坝前水头为ΔH=4 m，当基底沿水流方向最小宽度B=ΔH/J实=4/0.08=50 m时，坝基才能达到渗透稳定。因此，当坝底板或上下游铺盖总长度达到以上计算值时，坝基才能达到渗透稳定。而修建坝上游水平铺盖，在本河段容易受洪水和推移质冲毁，因此设计采用垂直截渗墙方案。

当坝上游有水、下游无水时，对坝体抗滑稳定最为不利，因此，选取该工况进行计算。截渗墙高度为10 m时，即截渗墙完全穿透砂砾石层时，计算的坝基稳定值仍不能满足渗透稳定要求，而基岩面深度为10.8 m～11.2 m，风化层厚度约2 m，因此，设计将截渗墙深入到弱风化基岩面以下0.5 m，以满足渗透破坏要求。为防止绕渗破坏，截渗墙沿坝纵轴线向两岸延伸布置8 m，总长200 m，由于左右岸修建有翼墙等工程措施，两岸不会发生绕渗破坏。根据以上分析计算，截渗墙总长200 m，平均深度15 m，深入到弱风化基岩面以下0.5 m。

4 结论

丹江金丝峡镇固床低坝是一个防洪固岸工程。通过对河道、河势、坝址、坝型分析讨论，结合功能作用，提出丹江金丝峡镇固床低坝建于金丝峡沟口下游185 m处，为长192 m、高4 m液压坝，其防洪标准为20年一遇，相应洪水洪峰流量为2954 m3/s。该坝建成后，将对改善当地水岸面貌、提高其防洪能力具有重要作用。

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1673-9000（2017）02-0174-03

2017-01-17

谢艳（1976-），女，陕西商洛人，工程师，主要从事农村水利工程的勘测、设计及施工等工作。