橡胶坝在滹沱河灌区应用中几个问题的处理

马月林 马境粒

（1.忻州市滹沱河水利管理局 山西忻州 034000；2.西安电子科技大学通信工程学院研究生部 陕西西安 710071）

1 工程概况及兴建橡胶坝的缘由

滹沱河灌区是新中国成立后山西省兴建的第一座大型灌区，也是目前山西省六大自流灌区之一。灌区位于滹沱河山西段的中游、忻定盆地腹部，设计灌溉面积2.240万hm2，有效灌溉面积2.136万hm2。灌区受益范围包括忻州市3个县（市、区）14乡镇123个村，年粮食总产量约1.6亿kg，是忻州市乃至山西省的主要商品粮、蔬菜、牛奶和药材用辣椒生产基地，华北产粮第一村和华北辣椒产销第一村就都在滹沱河灌区。

滹沱河灌区地处黄土高原东部，具有气候干旱、降水集中、河流多泥沙、冬季寒冷等特征。灌区从滹沱河干流引水，21世纪之前唯一的水源工程为界河铺滚水坝，是采用前苏联设计坝型的混凝土坝，兴建于1951年，采取正面冲沙、侧面引水方式引水灌溉。因渠首枢纽工程无调蓄水能力，灌溉用水供不应求，急需对渠首进行改造。但由于坝址上游为平原地区，村庄密集，耕地较多，还有重要公路、铁路，受地形和淹没损失所限，不具备兴建水库的条件，只能兴建低水头的季节性蓄水工程。

基于河流、灌区、渠首工程等特点，滹沱河灌区于1985年初就组织工程技术人员赴北京市、辽宁省对已建成运行的多座橡胶坝进行了参观，委托设计单位也多次派员外出考察，从而将橡胶坝作为本灌区水源工程改造和新建的备选方案。通过橡胶坝方案与拦河节制闸方案的经济、技术比较，渠首改造工程（界河铺橡胶坝）和新建水源工程（高城橡胶坝），都选用橡胶坝方案。

界河铺橡胶坝属滹沱河灌区改扩建工程的龙头项目，是山西省重点水利项目，1994年6月开工，1997年底竣工运行。高城橡胶坝属“国家重点大型灌区续建配套项目”——滹沱河灌区续建配套与节水改造工程2005-2006年度项目，位于界河铺橡胶坝下游4.1 km处的滹沱河干流上，与界河铺橡胶坝联合运用，2006年4月开工，2007年10月主体工程基本完成。

2 橡胶坝应用中几个问题的处理

2.1 坝址选择问题

橡胶坝属于低坝，虽然对地基的要求不太高，但也是橡胶坝建设应考虑的重要因素之一。界河铺滚水坝坝址为界河铺山峡口，本身就已经是建坝最佳地址了，再考虑施工场地需要、两侧新旧建筑物衔接和管理方便等因素，界河铺橡胶坝的坝址就选在原滚水坝上游10 m处。

新建的高城橡胶坝，主要是利用界河铺橡胶坝的余水进行调蓄，为忻定干渠的一支干渠供水。故其选址应考虑的因素一是离一支干渠的节制闸较近，二是地质条件较好，三是河道相对稳定和较窄。综合考虑这些因素后选址于高城村北的滹沱河干流上。

2.2 坝高设计问题

经调蓄水计算，界河铺橡胶坝的设计坝高为3 m，充胀高度可达3.2 m；高城橡胶坝的设计坝高为3.5 m，充胀高度可达3.8 m。实际运行中，充胀高度可短时间超过设计坝高，正常运行期间的充水坝高控制在设计高度以下，以确保安全。

2.3 坝袋选型问题

橡胶坝坝袋应满足强度、耐老化等要求。界河铺橡胶坝在1993年设计时采用的是锦纶胎布作受力骨架的坝袋。随着坝袋制作技术的日益进步，出现了钢丝网橡胶坝袋，它具有强度大、抗撕裂性好、安全性高、坝袋高度可增加等许多新优点，故高城橡胶坝在2004年设计时采用钢丝网坝袋。

2.4 坝袋内外结冰问题

因为滹沱河灌区地处黄土高原的高寒地区，且橡胶坝的调蓄水时间主要在冬季，坝袋内外均会结冰，所以坝内、坝前的结冰问题从橡胶坝运行之初就受到了管理单位的高度关注，曾采取了多种预防性、探索性的打冰措施。

通过对界河铺橡胶坝1998—2003年6年运行观测资料的分析可知：当坝袋的充水高度在设计坝高（3 m）上下时，坝顶附近坝袋内壁从12月上旬（日最低气温一般达-15℃以下）开始结冰，2月底冰块融化；袋内冰块随着气温下降而增厚，气温每下降1℃，历时一昼夜冰块厚度增加0.6 cm左右；袋内冰块随气温升高而消融，气温每升高1℃，历时一昼夜冰块厚度减少1 cm左右；因坝袋内温度不均匀，所以袋内各处的冰块厚度也不相同，一般厚度为10～30cm，最大约50cm。因为水下温度大约在4℃左右，坝内水体并不会完全封冻，而且其冰块还会因昼夜温度的变化、坝袋晃动及充排水而消融，所以坝内结冰不会影响橡胶坝的正常运行，不必过分关注，也不需要采取任何措施。

对于坝袋外结冰，因为橡胶特有的柔韧性和昼夜温差，坝袋与坝前冰块并不会完全冻结在一起，坝前结冰对坝袋也无明显危害，所以不需要在冰冻期进行坝前打冰。

2.5 坝袋补强问题

界河铺橡胶坝1997年12月31日运行后，每年10月份检查修补一次，前两年请坝袋生产厂家进行补强，方法为火补。为了减少补强费用，管理单位在学到厂家的补强技术后，开始由橡胶坝管理人员用胶布自行火补，2007年之后又改用冷补法，效果都比较满意。

2.6 坝袋更换问题

2013年冬，界河铺橡胶坝中跨右侧堵头附近，在充坝后发现有漏水现象，在达到设计坝高后逐渐加重，最终形成大的泄口，不得不塌坝。经检查，发现此处已经形成约0.5 m长的裂口。原因可能是年久老化，坝袋接缝处产生局部撕裂，在达到设计坝高后裂口迅速扩大所致。处理办法是请专业人员进行了现场修补，修补后曾充坝至2.4 m，但考虑到坝袋已投入运行16年，已接近于橡胶坝的使用寿命，为安全起见，之后的蓄水高度一直未超过2.4 m。经上报列项，山西省水利厅同意更换坝袋，投资到位后进行了生产厂家公开招标，预计近期可完成坝袋更换任务。

2.7 闸阀漏水问题

为了减少工程投资和运行管理方便，界河铺橡胶坝的充排水控制室设在河岸边，由于外墙不保温，而且1999年底至2000年初遇到了当地历史上少有的持续寒冷天气，-26℃左右的气温持续了17 d（据记载当地极端最低气温为-27.8℃），致使闸阀冻裂，2000年春季气温升高后开始漏水，当橡胶坝管理人员发现时已为时晚矣，导致橡胶坝塌坝，库区蓄水白白泄入河道，造成严重经济损失。更换闸阀后，对充排水控制室采用了加热、测温等措施，使排水阀冬季温度保持在4℃以上，阀体再未冻裂。所以，高寒地区的橡胶坝，充排水闸阀、管道必须采取冬季保温措施，确保管道不结冰，以满足坝袋冬季充水和塌坝的要求。同时，橡胶坝的冬季运行和充排水要制定实施合理的操作规程，更加注重检查观察和养护维修。

2.8 高城橡胶坝堤防溃决问题

高城橡胶坝曾于2008年1月20日开始试蓄水，因当时两岸的堤基防渗墙、迎水面护砌等工程还未建设，当蓄水高度达3 m时，发生左岸堤防溃决事故，不仅未能引水入渠，而且产生了决口修复费用。因此，对于橡胶坝这种低水头建筑物，也应在工程全部完成、竣工验收和移交后才能投入运行，不可心存侥幸，为了早受益而违规投运。

2.9 高城橡胶坝未能竣工问题

高城橡胶坝2007年10月主体工程完成，共计完成中央、省投资2 400余万元。因市级配套资金800万元一直未到位，致使上游护坦、左右岸堤防防渗粉喷桩及堤坡护面、防浪护岸等项目不能按设计要求完成，故工程至今未能竣工。对于这个问题，建设单位应积极争取，市政府应高度重视，尽快到位市级投资、完成遗留工程、实现工程竣工，从而在验收移交后正式投入运行，发挥工程效益。

3 结论

滹沱河灌区多年来橡胶坝建设与运行的实践证明：橡胶坝作为一种低水头调蓄水工程，在兴建中高坝受限的大型灌区，只要搞好工程建设、强化管理调度，仍可作为灌区水源不足的有效补充，取得理想的社会、经济和环境效益，值得推广应用。