滾水壩(overflow dam),亦稱“溢流壩”,是一種高度較低的攔水建筑物,且是溢流堰的一種。滾水壩的主要作用為抬高上游水位,攔蓄泥沙,并保持上游河道有一定蓄水量;主要原理則是將水位抬高到一定位置,當漲水時,多余的水可以自由溢流向下游。滾水壩最早出現在秦朝的記載中。
滾水壩在構造上一般都具有足夠的孔口尺寸,這樣在泄水時,才能具有較高的流量系數,并有閘門、啟閉機等靈活控制水流下泄的設備。滾水壩種類多樣,可根據壩型被分為溢流重力壩、溢流拱壩、溢流支墩壩和溢流土石壩。其中溢流重力壩是用混凝土或石料等材料修筑,主要依靠壩體自重保持穩定的壩。溢流拱壩是固接于基巖的空間殼體結構,在平面上呈凸向上游的拱形,其拱冠剖面呈豎直的或向上游凸出的曲線形。溢流支墩壩是由一系列支墩及其支撐的上游擋水蓋板所組成的擋水建筑物。溢流土石壩是指由土、石料等當地材料填筑而成的壩。
歷史沿革
“滾水壩”名稱的首次出現是在秦代的記載中,并于秦朝起把它系統地運用到運河工程中。作為航運的安全工程,這在世界上也是最早的。
早在西漢年間,人們就開始修建溢流堰閘來解決泄洪難題。據文獻記載,運河上設置溢流堰閘是在唐朝?!缎绿茣?宰相表》記載,李吉甫在任淮南節度使時,率領民眾修筑平津堰。平津堰就是一座溢流堰閘,修建的出發點是讓運河水位能被合理調節,“防不足,泄有余”也成為運河流域水利工程一以貫之的建設思路。
工作原理
滾水壩是一種設在河上、高度較低的簡易攔水堰,其主要作用為抬高上游水位、攔蓄泥砂,主要原理是將水位抬高到一定位置,當漲水時,多余的水可以自由溢流向下游。而且,當水流沖下去時,會和下一段河中的水形成反作用力,導致水流產生巨大的擾動,并產生像滾筒洗衣機一樣的翻滾效果。這種上下翻滾的水流不像平面漩渦那樣明顯,而是在水體之下暗流涌動,人若陷入其中就會被激流裹挾,失去自控能力;即便是水性很好的人,也容易嗆水甚至溺水。滾水壩所在河段的水流量越大,所形成的滾動漩渦就越大,危險性就越強。
構造與設計
滾水壩的設計要求有:
(1) 有足夠的孔口尺寸、良好的孔口體形和泄水時具有較高的流量系數。
(2)使水流平順地流過壩體,不產生不利的負壓和振動,避免發生空蝕現象。
(3)保證下游河床不產生危及大壩安全的局部沖刷。
(4)溢流壩段在樞紐中的位置,應使下游流態平順,不產生折沖水流,不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。
(5)有靈活控制水流下泄的設備,如閘門、啟閉機等。
作用
改善水質
滾水壩的活水效果很好,能促進水體流動,改善“小微流域”水生態,從而提升整體水質。
蓄水
滾水壩能起到蓄水、保水的作用,為生產生活用水提供保障。
泄洪
當水位抬高到一定位置,而造成漲水過多時,多余的水便可以自由溢流向下游,從而使河水始終保持一定的高度,便于漕船通行。
主要類別
滾水壩可根據壩型被分為溢流重力壩、溢流拱壩、溢流支墩壩和溢流土石壩。
溢流重力壩
溢流重力壩是用混凝土或石料等材料修筑,主要依靠壩體自重保持穩定的壩。
重力壩在水壓力及其他荷載作用下,主要依靠壩體自重產生的抗滑力來滿足穩定要求;同時依靠壩體自重產生的壓應力來抵消由于水壓力所引起的拉應力,以滿足強度要求。重力壩基本剖面呈三角形。在平面上,壩軸線通常呈直線,有時為了適應地形、地質條件,或為了樞紐布置上的要求,也可布置成折線或曲率不大的拱向上游的拱形。
優點有:結構作用明確,設計方法簡單,安全可靠。據統計,在各種壩型中,重力壩的失事率是較低的;對地形、地質條件適應性強。任何形狀的河谷都可以修建重力壩;樞紐泄洪問題容易解決。重力壩可以做成溢流的,也可以在壩身不同高度設置泄水孔,一般不需要另設溢洪道或泄水隧洞,樞紐布置緊湊;便于施工導流。在施工期間可以利用壩體導流,一般不需要另設導流隧洞;施工方便。
缺點有:壩體剖面尺寸大,材料用量多;壩體應力較低,材料強度不能充分發揮;壩體與地基接觸面積大,相應壩底揚壓力大,對穩定不利;壩體體積大,由于施工期混凝土的水化熱和硬化收縮,將產生不利的溫度應力和收縮應力,因此在澆筑混凝土時,需要有較嚴格的溫度控制措施。
溢流拱壩
溢流拱壩是固接于基巖的空間殼體結構,在平面上呈凸向上游的拱形,其拱冠剖面呈豎直的或向上游凸出的曲線形。
拱壩壩體結構既有拱作用又有梁作用,其承受的荷載一部分通過拱的作用壓向兩岸,另一部分通過豎直梁的作用傳到壩底基巖。
特點有:拱壩壩體的穩定主要依靠兩岸拱端的反力作用,不像重力壩那樣依靠自重來維持穩定。因此拱壩對壩址的地形、地質條件要求較高,對地基處理的要求也較嚴格;拱壩屬于高次超靜定結構,超載能力強,安全度高,當外荷載增大或壩的某一部分發生局部開裂時,壩體的拱和梁作用將會自行調整,使壩體應力重新分配。拱壩是整體空間結構,壩體輕韌,彈性較好,工程實踐表明,其抗震能力也很強。另外,由于拱是一種主要承受軸向壓力的推力結構,拱內彎矩較小,應力分布較為均勻,有利于發揮材料的強度。從經濟意義上講,拱壩是一種很優越的壩型;拱壩壩身不設永久伸縮縫,溫度變化和基巖變形對壩體應力的影響較為顯著,設計時,必須考慮基巖變形,并將溫度作用列為一項主要荷載。由于拱壩剖面較薄,壩體幾何形狀復雜,因此,對于施工質量、筑壩材料強度和防滲要求等都較重力壩嚴格。
溢流支墩壩
溢流支墩壩是由一系列支墩及其支撐的上游擋水蓋板所組成的擋水建筑物。
優點有:節省三材,造價低;地基開挖方便,可以節省大量的開挖工作量,施工期短;支墩間有空隙滲水易排,減小了揚壓力,抗滑穩定性好;支墩壩雖不阻水,但止水效果好;管理方便,運行費用低。
缺點有:堅固性較差,易老化;因為支墩壩是一塊單薄的受壓板,當作用力超過臨界值時,即使計算得到的應力未超過材料的破壞強度,但是它會因為喪失縱向彎曲穩定而破壞;支墩因為本身單薄又相互分立。側向剛度比縱向剛度低,在地震時順壩軸線方向的抗震能力明顯低于重力壩。
溢流土石壩
溢流土石壩是指由土、石料等當地材料填筑而成的壩。
特點有:可以就地、就近取材,節省大量水泥、木材和鋼材,減少工地的外線運輸量。幾乎任何土石料均可筑壩;能適應各種不同的地形、地質和氣候條件。特別是在氣候惡劣、工程地質條件復雜和高烈度地震區的情況下,土石壩實際上是唯一可取的壩型。
過流形式
滾水壩(溢流壩)的過流形式有:一、壩頂溢流(跌流);二、壩面溢流;三、大孔口壩面溢流。前兩者屬表面溢流,能順利排放冰凌等漂浮物。堰頂可設或不設閘門。無閘門的溢流壩,蓄水位只能與堰頂齊平,泄洪時要靠塞高庫水位形成水頭,逐漸增加泄量,適用于較小水庫或具有較長溢流前沿的溢流壩。設有閘門的溢流壩,能夠調節水庫蓄水位和下泄流量;其堰頂高程和溢流前沿長度需根據水庫和樞紐建筑物功能、泄水要求經水庫調洪計算確定。堰頂設有閘墩,用以支撐閘門,墩上架橋以裝設閘門啟閉設備或設置通道。壩頂溢流的閘門檢修容易、操作方更可靠,是最常見的滾水壩(溢流壩)形式。
清代的滾水壩
滾水壩亦稱“溢流壩”。清代河工工程之一。即上游水漲至一定高程時使水可在壩頂滾流而過的壩。清代的滾水壩主要是土石壩,當水勢盛漲時開放,讓水從壩脊滾出;當水涸時,在脊上用柴土疊鑲,關攔堵御。
典型的滾水壩
邵伯古鎮滾水壩
位于邵伯古歷史街區西南側、明清運河中段,滾水壩與北側的節制閘是江都引江水利樞紐的組成部分,建于1952年10月。因節制閘上游大運河水位比下游里下河水位高近8米,為防止大流量水流對運河故道的沖刷,也為了保護節制閘,因此在節制閘下方100多米處,建設了漿砌塊石滾水壩一座,主要作用是蓄水減壓。古代也是一種蓄水、過船的水工設施。
大運河滾水壩
大運河滾水壩遺址處1969年曾修筑其他設施,因此需進一步區分滾水壩本體位置以便精準保護。最終文物管理部門與屬地政府確認了約800平方米“工字型”位置為大運河滾水壩遺址本體。2023年8月,大運河滾水壩遺址保護管理工作全面完成。
戴村壩滾水壩
戴村壩是中國古代水利工程的一大杰作,始建于明朝永樂九年,距今有600年的歷史。戴村壩從南向北依次為:主石壩、太皇堤和三合土壩,全長1595.5米,修建時距河槽高4米,氣勢磅礴,宛若巨龍橫臥。其中的主石壩自南往北又分為“滾水壩”“亂石壩”“玲瓏壩”三段。
漁梁壩
漁梁壩位于安徽歙縣,是中國古代的水利工程之一,迄今已有一千多年的歷史,是現存古代滾水壩。漁梁壩的興建是歙縣古代最大的水利工程,北近楓樹山,南抵紫陽山,橫臥在新安江支流練江之中。漁梁壩始建于隋末唐初。隋唐之際越國公汪華任新安郡治于歙城,當時上游揚之、布射、富資、豐樂四水匯注練江,至此陡瀉而下,為緩流蓄水而在此筑壩截流。宋紹定元年,歙州推官趙希愬主持伐石重修。明弘治十二年,知府張撥官帑之。他的“順流櫛比”的條石砌筑原則與“納錠于鑿”的處理方法,前者使條石不易被水沖翻,后者加強了壩面的整體性。但他的中心充灰沙的方法卻失敗了,結果不到兩年即被沖毀。兩年后,知府彭澤命通判陳理督工修建。此次吸取張楨教訓,但當時壩面采用的紅石不耐沖刷,因此,明萬歷、崇禎年間又兩次大修。清康熙二十六年,知府朱廷梅主持重修,這次吸取前人教訓,歷時6年完成。后乾隆、光緒時曾兩次維修。新中國成立后,黨和政府高度重視漁梁壩這一古老的水利工程,不斷修繕漁梁壩。1989年,漁梁壩被公布為省級重點文物保護單位。2001年,漁梁壩作為唐至清時期古建筑,被國務院批準列入第五批全國重點文物保護單位名單。
澄城縣龍首壩
龍首壩始建于1935年,因建于西漢時修建的龍首渠的渠首而得名,龍首渠是西漢時修的一項引洛灌溉工程,也是中國歷史上第一條地下井渠引水工程。龍首壩由中國近代水利大師李儀祉設計,原陜西省政府主席楊虎城將軍主政修建,中央國民政府主席林森親筆題寫了“龍首壩”壩名,是一座石拱滾水壩。1985年4月被澄城縣人民政府確立公布為縣級重點文物保護單位;2002年10月被陜西省人民政府批準公布為省級重點文物保護單位;2013年被命名為國家AAA級景區。
參考資料 >
“致命漩渦”!河邊游玩務必遠離它.澎湃.2024-03-20
確?!爸两袂Ю镔囃úā钡男购楣こ?/a>.百家號.2024-03-20
一2舟7人藍天救援隊執行救援任務時進入滾水壩 已有2人不幸犧牲.今日頭條.2024-04-25
水知識.全國水雨情信息.2024-04-10
【智慧水利】大壩的常見分類.搜狐網.2024-03-30
水利科普丨重力壩、土石壩、拱壩、支墩壩、橡膠壩基本知識.微信公眾平臺.2024-04-10
一2舟7人藍天救援隊執行救援任務時進入滾水壩 已有2人不幸犧牲.百家號.2024-04-25
陸良:南盤江流域新建滾水壩 優化水生態改善水環境.百家號.2024-03-20
“因建閘口得名”——話說德州大運河畔“閘子村”.m.toutiao.com.2022-05-24
滾水壩.中華文史網.2024-03-20
滾水壩.邵伯古鎮.2024-03-30
讓消失的大運河滾水壩重煥新生.中國青年網-新聞.2024-03-30
走進東平:“運河之心”書寫水利奇跡,戴村壩博物館記錄百年文化.泰安市文化和旅游局.2024-03-30
中國古代第一壩戴村壩:京杭大運河之心.百家號.2024-03-30
安徽水利工程遺產系列⑦:漁梁壩的水利智慧.澎湃新聞.2024-03-30
【陜西傳媒網】中省媒體探訪陜西澄城縣交道龍首萬畝農業公園.搜狐網.2024-03-30