沿河县甘溪片区拦水堰设计分析

2019-08-27张鑫

陕西水利 2019年7期

张鑫

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002）

甘溪片区拦水堰建于冲沟上，拦水堰上游20 m有青杠溪水库，水库渗漏会影响拦水堰的安全性。通常来讲，拦水堰主要分为三种形式，分别是橡胶坝、水力自动翻板闸门与圬工拦水坎等。为了保证拦水堰施工质量得到更好提升，做好相应的设计工作特别关键，因此，本文重点研究甘溪片区的拦水堰设计要点。

1 甘溪片区概况

甘溪片区位于沿河土家族自治县，水源主要包括所官舟流域、冷水孔冲沟小流域、大猫坪冲沟小流域、青杠溪小流域、标水塘冲沟小流域等6处水源流域。其中，官舟水库坝址以上集雨面积37 km2，总库容2100万m3，兴利库容1520万m3。青杠溪水库坝址以上集雨面积3 km2，总库容11.92万m3，兴利库容4.95万m3。标水塘水库坝址以上集雨面积0.83 km2，总库容12.93万m3，兴利库容8.25万m3。工程所在流域内无实测水文、降雨观测资料，邻近地区设有沿河气象站，本次收集沿河县气象站降水资料，并作为径流分析计算的参证资料。

2 拦水堰设计可行性分析

2.1 社会效益显著

从社会角度进行分析，拦水堰工程主要是提供耕地灌溉用水，改善工程区农业的基础设施，可以推动农业产业结构的调整，进一步加速该地区的经济发展。对社会产生的负面影响很小，但是，却能够带来巨大的正面效益。

2.2 政府重视程度高

当地党委与县政府对兴建中央财政小型农田水利工程特别重视，早在多年前已把拦水堰工程作为该区域水利扶贫、加强农业基础设施的重点建设内容。

拦水堰区域内环境整体性比较好，但因局部人为破坏，包括特殊地形条件，部分区域出现了较为严重的水土流失。通过建设拦水堰工程，更好保护当地生态环境，为水土保持创造有利条件。

2.3 建设管理能力强

沿河县水务局下部各个乡镇均设有水务站、供水站，各灌区设有管理所，全县水利系统有干部职工235人，其中专业技术人员82人，其中拥有高、中级职称16人，乡镇水利人员161人，技术力量较强。水务局下设建设科、管理科、规划队、质监站等专业职能机构，经长时间修整，打造了一支综合素养较高的建设队伍，具备良好的农田水利管理和服务能力，更好地满足农田水利建设技术力量的要求，为沿河县的经济社会发展做出了非常大的贡献。

3 拦水堰设计

3.1 合理确定拦水堰类型

根据甘溪片区水源和地形情况，取水口位置选择在能够控制绝大部分灌溉面积，且河床稳定的地段。项目区灌溉渠道为新建管渠，无取水口，或者取水口被破坏，设计考虑新建取水堰2座，并结合适宜的渠道输水方法，将水源输送到各个灌区实施科学灌溉。结合《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）中的相关规定得知，确定项目取水口工程等别为Ⅴ等，主要永久水工建筑物级别为5级，设计洪水P=10%，校核洪水P=5%。

取水堰属新建拦水坝，取水水源分为冲沟与河流，结合坝址地形和地质条件，包括灌区取水点高程等数据，设计甘溪片区水源点拦水坝为重力坝，坝高在3.5 m~5 m之间，拦水堰顶宽0.7 m，基础埋深1.0 m。堰体上游面为垂直面，下游面坡比为1∶0.75。取水口堰体结构采用C15混凝土埋石，0.25 m防渗墙和溢流面。溢流堰两坝端设导流墙（护坡），长10 m，基础底宽1 m，高0.5 m，护坡宽0.5 m，坡比1∶0.3，高2 m~3 m。

3.2 科学布置灌溉取水口

灌溉取水口布置在溢流坝体左岸，断面尺寸为（宽×高）0.55 m×0.5 m，进口底高程574.45 m，坝顶水平段长1.11 m，坡比1∶0.75，两侧设挡墙，挡墙高度0.5 m。灌溉取水口布置在溢流坝体左岸，冲砂孔布置在坝体堰底0.5 m以上，采用冲沙闸；灌溉渠道取水口布置渠道顶高程与堰顶高程一致，渠道口预留放水门槽，放水门槽根据渠道断面确定。取水口基本参数见表1。

表1 各片区取水堰基本参数

拦水堰的合理布置，需在满足河道行洪需求的基础上，保证工程设计和周围的人文风貌协调性。设计中可以将拦水堰布置在上游区域，以获得良好的视觉效果，保证拦水堰工程与四周的景观协调。

3.3 成果分析

甘溪片区拦水堰为重力式拦水堰结构，应结合拦水堰体的结构特点，开展稳定性安全计算与渗透性安全计算，保证水力结构计算结果更为准确。计算要全面考虑堰体侧向绕渗因素，针对土体岸坡位置采用插入式连接堰体，确保计算更为精确。同时，为了防止接触面渗流现象的发生，应在土质岸坡位置，包括堰体的接触面部位预留出一定的渗径，如，可以在堰体两侧设置刺墙，不断增加堰体侧向的渗径。

根据本工程实际情况计算拦水堰所需调节洪水流量，取水口溢流能力计算按无调节能力设计，取水口溢流堰为自由泄洪，无闸门控制，故假定Q天然=q下泄。溢洪道的泄流能力按《溢洪道设计规范》（SL253—2018）公式计算：

式中：q为下泄流量，m3/s；M为综合流量系数；B为溢流堰宽，m；h0为行近水头，m。

结合堰前河道的清理要求，应在堰体内部布设放空管道，并增设闸门的控制开关数量，并在普通水利闸门内部设置一定数量的启闭房。根据水利闸门对防空时间的具体要求，可采取小直径管道配相关规格的蝶阀控制措施，将蝶阀布设于堰体内部，并对阀井盖进行一系列密封处理，防止河水灌入，沙坝部分拦水堰设计洪水位下游水位与流量关系见表3。