張 鑫
(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽 550002)
甘溪片區(qū)攔水堰建于沖溝上,攔水堰上游20 m有青杠溪水庫,水庫滲漏會影響攔水堰的安全性。通常來講,攔水堰主要分為三種形式,分別是橡膠壩、水力自動翻板閘門與圬工攔水坎等。為了保證攔水堰施工質(zhì)量得到更好提升,做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作特別關(guān)鍵,因此,本文重點(diǎn)研究甘溪片區(qū)的攔水堰設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
甘溪片區(qū)位于沿河土家族自治縣,水源主要包括所官舟流域、冷水孔沖溝小流域、大貓坪沖溝小流域、青杠溪小流域、標(biāo)水塘沖溝小流域等6處水源流域。其中,官舟水庫壩址以上集雨面積37 km2,總庫容2100萬m3,興利庫容1520萬m3。青杠溪水庫壩址以上集雨面積3 km2,總庫容11.92萬m3,興利庫容4.95萬m3。標(biāo)水塘水庫壩址以上集雨面積0.83 km2,總庫容12.93萬m3,興利庫容8.25萬m3。工程所在流域內(nèi)無實(shí)測水文、降雨觀測資料,鄰近地區(qū)設(shè)有沿河氣象站,本次收集沿河縣氣象站降水資料,并作為徑流分析計(jì)算的參證資料。
從社會角度進(jìn)行分析,攔水堰工程主要是提供耕地灌溉用水,改善工程區(qū)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施,可以推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,進(jìn)一步加速該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對社會產(chǎn)生的負(fù)面影響很小,但是,卻能夠帶來巨大的正面效益。
當(dāng)?shù)攸h委與縣政府對興建中央財(cái)政小型農(nóng)田水利工程特別重視,早在多年前已把攔水堰工程作為該區(qū)域水利扶貧、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。
攔水堰區(qū)域內(nèi)環(huán)境整體性比較好,但因局部人為破壞,包括特殊地形條件,部分區(qū)域出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的水土流失。通過建設(shè)攔水堰工程,更好保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,為水土保持創(chuàng)造有利條件。
沿河縣水務(wù)局下部各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均設(shè)有水務(wù)站、供水站,各灌區(qū)設(shè)有管理所,全縣水利系統(tǒng)有干部職工235人,其中專業(yè)技術(shù)人員82人,其中擁有高、中級職稱16人,鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利人員161人,技術(shù)力量較強(qiáng)。水務(wù)局下設(shè)建設(shè)科、管理科、規(guī)劃隊(duì)、質(zhì)監(jiān)站等專業(yè)職能機(jī)構(gòu),經(jīng)長時(shí)間修整,打造了一支綜合素養(yǎng)較高的建設(shè)隊(duì)伍,具備良好的農(nóng)田水利管理和服務(wù)能力,更好地滿足農(nóng)田水利建設(shè)技術(shù)力量的要求,為沿河縣的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了非常大的貢獻(xiàn)。
根據(jù)甘溪片區(qū)水源和地形情況,取水口位置選擇在能夠控制絕大部分灌溉面積,且河床穩(wěn)定的地段。項(xiàng)目區(qū)灌溉渠道為新建管渠,無取水口,或者取水口被破壞,設(shè)計(jì)考慮新建取水堰2座,并結(jié)合適宜的渠道輸水方法,將水源輸送到各個(gè)灌區(qū)實(shí)施科學(xué)灌溉。結(jié)合《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)中的相關(guān)規(guī)定得知,確定項(xiàng)目取水口工程等別為Ⅴ等,主要永久水工建筑物級別為5級,設(shè)計(jì)洪水P=10%,校核洪水P=5%。
取水堰屬新建攔水壩,取水水源分為沖溝與河流,結(jié)合壩址地形和地質(zhì)條件,包括灌區(qū)取水點(diǎn)高程等數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)甘溪片區(qū)水源點(diǎn)攔水壩為重力壩,壩高在3.5 m~5 m之間,攔水堰頂寬0.7 m,基礎(chǔ)埋深1.0 m。堰體上游面為垂直面,下游面坡比為1∶0.75。取水口堰體結(jié)構(gòu)采用C15混凝土埋石,0.25 m防滲墻和溢流面。溢流堰兩壩端設(shè)導(dǎo)流墻(護(hù)坡),長10 m,基礎(chǔ)底寬1 m,高0.5 m,護(hù)坡寬0.5 m,坡比1∶0.3,高2 m~3 m。
灌溉取水口布置在溢流壩體左岸,斷面尺寸為(寬×高)0.55 m×0.5 m,進(jìn)口底高程574.45 m,壩頂水平段長1.11 m,坡比1∶0.75,兩側(cè)設(shè)擋墻,擋墻高度0.5 m。灌溉取水口布置在溢流壩體左岸,沖砂孔布置在壩體堰底0.5 m以上,采用沖沙閘;灌溉渠道取水口布置渠道頂高程與堰頂高程一致,渠道口預(yù)留放水門槽,放水門槽根據(jù)渠道斷面確定。取水口基本參數(shù)見表1。
表1 各片區(qū)取水堰基本參數(shù)
攔水堰的合理布置,需在滿足河道行洪需求的基礎(chǔ)上,保證工程設(shè)計(jì)和周圍的人文風(fēng)貌協(xié)調(diào)性。設(shè)計(jì)中可以將攔水堰布置在上游區(qū)域,以獲得良好的視覺效果,保證攔水堰工程與四周的景觀協(xié)調(diào)。
甘溪片區(qū)攔水堰為重力式攔水堰結(jié)構(gòu),應(yīng)結(jié)合攔水堰體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),開展穩(wěn)定性安全計(jì)算與滲透性安全計(jì)算,保證水力結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。計(jì)算要全面考慮堰體側(cè)向繞滲因素,針對土體岸坡位置采用插入式連接堰體,確保計(jì)算更為精確。同時(shí),為了防止接觸面滲流現(xiàn)象的發(fā)生,應(yīng)在土質(zhì)岸坡位置,包括堰體的接觸面部位預(yù)留出一定的滲徑,如,可以在堰體兩側(cè)設(shè)置刺墻,不斷增加堰體側(cè)向的滲徑。
根據(jù)本工程實(shí)際情況計(jì)算攔水堰所需調(diào)節(jié)洪水流量,取水口溢流能力計(jì)算按無調(diào)節(jié)能力設(shè)計(jì),取水口溢流堰為自由泄洪,無閘門控制,故假定Q天然=q下泄。溢洪道的泄流能力按《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL253—2018)公式計(jì)算:
式中:q為下泄流量,m3/s;M為綜合流量系數(shù);B為溢流堰寬,m;h0為行近水頭,m。
結(jié)合堰前河道的清理要求,應(yīng)在堰體內(nèi)部布設(shè)放空管道,并增設(shè)閘門的控制開關(guān)數(shù)量,并在普通水利閘門內(nèi)部設(shè)置一定數(shù)量的啟閉房。根據(jù)水利閘門對防空時(shí)間的具體要求,可采取小直徑管道配相關(guān)規(guī)格的蝶閥控制措施,將蝶閥布設(shè)于堰體內(nèi)部,并對閥井蓋進(jìn)行一系列密封處理,防止河水灌入,沙壩部分?jǐn)r水堰設(shè)計(jì)洪水位下游水位與流量關(guān)系見表3。
表2 攔水堰穩(wěn)定計(jì)算成果分析
表3 沙壩部分?jǐn)r水堰設(shè)計(jì)洪水位下游水位與流量關(guān)系
通過對甘溪片區(qū)攔水堰設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)分析,如,合理選擇攔水堰類型、科學(xué)布置灌溉取水口等等,能夠保證甘溪片區(qū)攔水堰設(shè)計(jì)方案得到更好實(shí)施,有效提高攔水堰結(jié)構(gòu)的可靠性,對該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到良好推動作用。