馬月林 馬境粒

（1.忻州市滹沱河水利管理局 山西忻州 034000；2.西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院研究生部 陜西西安 710071）

1 工程概況及興建橡膠壩的緣由

滹沱河灌區(qū)是新中國(guó)成立后山西省興建的第一座大型灌區(qū)，也是目前山西省六大自流灌區(qū)之一。灌區(qū)位于滹沱河山西段的中游、忻定盆地腹部，設(shè)計(jì)灌溉面積2.240萬(wàn)hm2，有效灌溉面積2.136萬(wàn)hm2。灌區(qū)受益范圍包括忻州市3個(gè)縣（市、區(qū)）14鄉(xiāng)鎮(zhèn)123個(gè)村，年糧食總產(chǎn)量約1.6億kg，是忻州市乃至山西省的主要商品糧、蔬菜、牛奶和藥材用辣椒生產(chǎn)基地，華北產(chǎn)糧第一村和華北辣椒產(chǎn)銷第一村就都在滹沱河灌區(qū)。

滹沱河灌區(qū)地處黃土高原東部，具有氣候干旱、降水集中、河流多泥沙、冬季寒冷等特征。灌區(qū)從滹沱河干流引水，21世紀(jì)之前唯一的水源工程為界河鋪滾水壩，是采用前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)壩型的混凝土壩，興建于1951年，采取正面沖沙、側(cè)面引水方式引水灌溉。因渠首樞紐工程無(wú)調(diào)蓄水能力，灌溉用水供不應(yīng)求，急需對(duì)渠首進(jìn)行改造。但由于壩址上游為平原地區(qū)，村莊密集，耕地較多，還有重要公路、鐵路，受地形和淹沒(méi)損失所限，不具備興建水庫(kù)的條件，只能興建低水頭的季節(jié)性蓄水工程。

基于河流、灌區(qū)、渠首工程等特點(diǎn)，滹沱河灌區(qū)于1985年初就組織工程技術(shù)人員赴北京市、遼寧省對(duì)已建成運(yùn)行的多座橡膠壩進(jìn)行了參觀，委托設(shè)計(jì)單位也多次派員外出考察，從而將橡膠壩作為本灌區(qū)水源工程改造和新建的備選方案。通過(guò)橡膠壩方案與攔河節(jié)制閘方案的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，渠首改造工程（界河鋪橡膠壩）和新建水源工程（高城橡膠壩），都選用橡膠壩方案。

界河鋪橡膠壩屬滹沱河灌區(qū)改擴(kuò)建工程的龍頭項(xiàng)目，是山西省重點(diǎn)水利項(xiàng)目，1994年6月開(kāi)工，1997年底竣工運(yùn)行。高城橡膠壩屬“國(guó)家重點(diǎn)大型灌區(qū)續(xù)建配套項(xiàng)目”——滹沱河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程2005-2006年度項(xiàng)目，位于界河鋪橡膠壩下游4.1 km處的滹沱河干流上，與界河鋪橡膠壩聯(lián)合運(yùn)用，2006年4月開(kāi)工，2007年10月主體工程基本完成。

2 橡膠壩應(yīng)用中幾個(gè)問(wèn)題的處理

2.1 壩址選擇問(wèn)題

橡膠壩屬于低壩，雖然對(duì)地基的要求不太高，但也是橡膠壩建設(shè)應(yīng)考慮的重要因素之一。界河鋪滾水壩壩址為界河鋪山峽口，本身就已經(jīng)是建壩最佳地址了，再考慮施工場(chǎng)地需要、兩側(cè)新舊建筑物銜接和管理方便等因素，界河鋪橡膠壩的壩址就選在原滾水壩上游10 m處。

新建的高城橡膠壩，主要是利用界河鋪橡膠壩的余水進(jìn)行調(diào)蓄，為忻定干渠的一支干渠供水。故其選址應(yīng)考慮的因素一是離一支干渠的節(jié)制閘較近，二是地質(zhì)條件較好，三是河道相對(duì)穩(wěn)定和較窄。綜合考慮這些因素后選址于高城村北的滹沱河干流上。

2.2 壩高設(shè)計(jì)問(wèn)題

經(jīng)調(diào)蓄水計(jì)算，界河鋪橡膠壩的設(shè)計(jì)壩高為3 m，充脹高度可達(dá)3.2 m；高城橡膠壩的設(shè)計(jì)壩高為3.5 m，充脹高度可達(dá)3.8 m。實(shí)際運(yùn)行中，充脹高度可短時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)壩高，正常運(yùn)行期間的充水壩高控制在設(shè)計(jì)高度以下，以確保安全。

2.3 壩袋選型問(wèn)題

橡膠壩壩袋應(yīng)滿足強(qiáng)度、耐老化等要求。界河鋪橡膠壩在1993年設(shè)計(jì)時(shí)采用的是錦綸胎布作受力骨架的壩袋。隨著壩袋制作技術(shù)的日益進(jìn)步，出現(xiàn)了鋼絲網(wǎng)橡膠壩袋，它具有強(qiáng)度大、抗撕裂性好、安全性高、壩袋高度可增加等許多新優(yōu)點(diǎn)，故高城橡膠壩在2004年設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼絲網(wǎng)壩袋。

2.4 壩袋內(nèi)外結(jié)冰問(wèn)題

因?yàn)殇镢庸鄥^(qū)地處黃土高原的高寒地區(qū)，且橡膠壩的調(diào)蓄水時(shí)間主要在冬季，壩袋內(nèi)外均會(huì)結(jié)冰，所以壩內(nèi)、壩前的結(jié)冰問(wèn)題從橡膠壩運(yùn)行之初就受到了管理單位的高度關(guān)注，曾采取了多種預(yù)防性、探索性的打冰措施。

通過(guò)對(duì)界河鋪橡膠壩1998—2003年6年運(yùn)行觀測(cè)資料的分析可知：當(dāng)壩袋的充水高度在設(shè)計(jì)壩高（3 m）上下時(shí)，壩頂附近壩袋內(nèi)壁從12月上旬（日最低氣溫一般達(dá)-15℃以下）開(kāi)始結(jié)冰，2月底冰塊融化；袋內(nèi)冰塊隨著氣溫下降而增厚，氣溫每下降1℃，歷時(shí)一晝夜冰塊厚度增加0.6 cm左右；袋內(nèi)冰塊隨氣溫升高而消融，氣溫每升高1℃，歷時(shí)一晝夜冰塊厚度減少1 cm左右；因壩袋內(nèi)溫度不均勻，所以袋內(nèi)各處的冰塊厚度也不相同，一般厚度為10～30cm，最大約50cm。因?yàn)樗聹囟却蠹s在4℃左右，壩內(nèi)水體并不會(huì)完全封凍，而且其冰塊還會(huì)因晝夜溫度的變化、壩袋晃動(dòng)及充排水而消融，所以壩內(nèi)結(jié)冰不會(huì)影響橡膠壩的正常運(yùn)行，不必過(guò)分關(guān)注，也不需要采取任何措施。

對(duì)于壩袋外結(jié)冰，因?yàn)橄鹉z特有的柔韌性和晝夜溫差，壩袋與壩前冰塊并不會(huì)完全凍結(jié)在一起，壩前結(jié)冰對(duì)壩袋也無(wú)明顯危害，所以不需要在冰凍期進(jìn)行壩前打冰。

2.5 壩袋補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題

界河鋪橡膠壩1997年12月31日運(yùn)行后，每年10月份檢查修補(bǔ)一次，前兩年請(qǐng)壩袋生產(chǎn)廠家進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，方法為火補(bǔ)。為了減少補(bǔ)強(qiáng)費(fèi)用，管理單位在學(xué)到廠家的補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)后，開(kāi)始由橡膠壩管理人員用膠布自行火補(bǔ)，2007年之后又改用冷補(bǔ)法，效果都比較滿意。

2.6 壩袋更換問(wèn)題

2013年冬，界河鋪橡膠壩中跨右側(cè)堵頭附近，在充壩后發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，在達(dá)到設(shè)計(jì)壩高后逐漸加重，最終形成大的泄口，不得不塌壩。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)此處已經(jīng)形成約0.5 m長(zhǎng)的裂口。原因可能是年久老化，壩袋接縫處產(chǎn)生局部撕裂，在達(dá)到設(shè)計(jì)壩高后裂口迅速擴(kuò)大所致。處理辦法是請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)，修補(bǔ)后曾充壩至2.4 m，但考慮到壩袋已投入運(yùn)行16年，已接近于橡膠壩的使用壽命，為安全起見(jiàn)，之后的蓄水高度一直未超過(guò)2.4 m。經(jīng)上報(bào)列項(xiàng)，山西省水利廳同意更換壩袋，投資到位后進(jìn)行了生產(chǎn)廠家公開(kāi)招標(biāo)，預(yù)計(jì)近期可完成壩袋更換任務(wù)。

2.7 閘閥漏水問(wèn)題

為了減少工程投資和運(yùn)行管理方便，界河鋪橡膠壩的充排水控制室設(shè)在河岸邊，由于外墻不保溫，而且1999年底至2000年初遇到了當(dāng)?shù)貧v史上少有的持續(xù)寒冷天氣，-26℃左右的氣溫持續(xù)了17 d（據(jù)記載當(dāng)?shù)貥O端最低氣溫為-27.8℃），致使閘閥凍裂，2000年春季氣溫升高后開(kāi)始漏水，當(dāng)橡膠壩管理人員發(fā)現(xiàn)時(shí)已為時(shí)晚矣，導(dǎo)致橡膠壩塌壩，庫(kù)區(qū)蓄水白白泄入河道，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。更換閘閥后，對(duì)充排水控制室采用了加熱、測(cè)溫等措施，使排水閥冬季溫度保持在4℃以上，閥體再未凍裂。所以，高寒地區(qū)的橡膠壩，充排水閘閥、管道必須采取冬季保溫措施，確保管道不結(jié)冰，以滿足壩袋冬季充水和塌壩的要求。同時(shí)，橡膠壩的冬季運(yùn)行和充排水要制定實(shí)施合理的操作規(guī)程，更加注重檢查觀察和養(yǎng)護(hù)維修。

2.8 高城橡膠壩堤防潰決問(wèn)題

高城橡膠壩曾于2008年1月20日開(kāi)始試蓄水，因當(dāng)時(shí)兩岸的堤基防滲墻、迎水面護(hù)砌等工程還未建設(shè)，當(dāng)蓄水高度達(dá)3 m時(shí)，發(fā)生左岸堤防潰決事故，不僅未能引水入渠，而且產(chǎn)生了決口修復(fù)費(fèi)用。因此，對(duì)于橡膠壩這種低水頭建筑物，也應(yīng)在工程全部完成、竣工驗(yàn)收和移交后才能投入運(yùn)行，不可心存僥幸，為了早受益而違規(guī)投運(yùn)。

2.9 高城橡膠壩未能竣工問(wèn)題

高城橡膠壩2007年10月主體工程完成，共計(jì)完成中央、省投資2 400余萬(wàn)元。因市級(jí)配套資金800萬(wàn)元一直未到位，致使上游護(hù)坦、左右岸堤防防滲粉噴樁及堤坡護(hù)面、防浪護(hù)岸等項(xiàng)目不能按設(shè)計(jì)要求完成，故工程至今未能竣工。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，建設(shè)單位應(yīng)積極爭(zhēng)取，市政府應(yīng)高度重視，盡快到位市級(jí)投資、完成遺留工程、實(shí)現(xiàn)工程竣工，從而在驗(yàn)收移交后正式投入運(yùn)行，發(fā)揮工程效益。

3 結(jié)論

滹沱河灌區(qū)多年來(lái)橡膠壩建設(shè)與運(yùn)行的實(shí)踐證明：橡膠壩作為一種低水頭調(diào)蓄水工程，在興建中高壩受限的大型灌區(qū)，只要搞好工程建設(shè)、強(qiáng)化管理調(diào)度，仍可作為灌區(qū)水源不足的有效補(bǔ)充，取得理想的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，值得推廣應(yīng)用。