攔河閘壩在北方河流城鎮(zhèn)景觀設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

鮑海霞

（赤峰市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

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攔河閘壩在北方河流城鎮(zhèn)景觀設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

鮑海霞

（赤峰市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古赤峰024000）

摘要：針對(duì)北方河流水少、多沙、洪水陡漲陡落、有冰凍期，對(duì)攔河建筑物要求較高等問題，結(jié)合城市規(guī)劃設(shè)計(jì)親水環(huán)境 要求，對(duì)適合北方河流城鎮(zhèn)景觀設(shè)計(jì)的橡膠壩、液壓升降壩及鋼壩閘三種攔河閘壩的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析對(duì)比。使攔河閘壩在北方河流中成功運(yùn)行，在保證防洪安全前提下，達(dá)到良好蓄水美化周邊環(huán)境的功能效果。

關(guān)鍵詞：攔河閘壩；景觀；防洪；運(yùn)行

北方地區(qū)多數(shù)河流經(jīng)常處于干枯狀態(tài)，而城鎮(zhèn)基本都是傍河建城，干涸的河道，使河道的生態(tài)環(huán)境逐步惡化，成為了垃圾傾瀉場(chǎng)，兩側(cè)擠占河道現(xiàn)象突出。為整治河道環(huán)境提高城市品位，國(guó)家投入了大量資金進(jìn)行治理，治理主要方式是以植物綠化為主。但水是城市的靈魂，有水城市才有“生的氣息”，河道水環(huán)境在人民心目中占有重要地位［1］。因此，通過工程措施在城市河道攔蓄水面，創(chuàng)造城市親水環(huán)境，提高城市品位，已成為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究的重要內(nèi)容。

1　北方河流景觀設(shè)計(jì)中攔河閘壩的選用

1.1 橡膠壩

1.1.1 橡膠壩結(jié)構(gòu)

橡膠壩，又稱橡膠水閘，主要由土建部分、封閉壩袋及錨固件、充排水（氣）管路設(shè)施、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)等組成。大壩體主要采用高強(qiáng)度合成纖維織物作為河流攔蓄水的受力骨架，內(nèi)外均勻涂敷橡膠作防護(hù)層，加工成膠布后經(jīng)錨固裝置固定底板上以形成封閉壩袋，經(jīng)充排管路將水（氣）等介質(zhì)將壩袋充脹形成具有擋水、蓄水功能的閘壩［2］。橡膠壩壩頂能溢流，同時(shí)能根據(jù)河流實(shí)時(shí)水量按需調(diào)節(jié)壩高，控制閘壩上游的水位，以發(fā)揮大壩攔水、蓄水和生態(tài)景觀效果。橡膠壩類別分為充水式和充氣式兩種。在充排時(shí)間方面，充水壩要長(zhǎng)于充氣壩；在造價(jià)方面，兩種壩型相差不多。

1.1.2 橡膠壩特點(diǎn)

（1）橡膠壩優(yōu)點(diǎn)

①造價(jià)較低，性價(jià)比高。同常規(guī)水工攔河閘比，其總投資可以降低30%～70%。大壩以橡膠材料為主，可節(jié)省30%～50%的鋼材用量、50%左右水泥用量和60%以上木材用量。

②施工工藝簡(jiǎn)單，施工技術(shù)成熟，施工期短。大壩體施工，主要采用錨固裝置形成封閉裝壩袋，只需3天～15天即可完成壩袋安裝，施工組織方便、施工效率非常高。

③大壩體為柔性軟殼結(jié)構(gòu)，能夠有效抵御地震、波浪等剛性破壞沖擊，且密封袋裝結(jié)構(gòu)止水效果好，韌性強(qiáng)，跨度大，汛期不阻水［3］，［4］。

④采用彩色壩袋，造型優(yōu)美，線條流暢，溢流美觀，能很好與城市河流生態(tài)景觀匹配。橡膠壩在河道景觀中的運(yùn)用效果如圖1所示。

圖1　橡膠壩在河道景觀中的運(yùn)用

（2）橡膠壩缺點(diǎn)

①塌壩時(shí)間長(zhǎng)，泄洪、防洪不利；立壩時(shí)間長(zhǎng)，攔蓄水時(shí)間長(zhǎng)。

②泄洪沖沙效果差。

③冰凍期運(yùn)行成本高。

④漂浮物、尖利和有頭角物體易對(duì)壩袋容易造成刺傷；在水流沖擊波動(dòng)等過程中，壩袋與底板會(huì)出現(xiàn)磨損、河卵石摩擦撞擊等問題，易造成壩袋發(fā)生拉裂損害。

⑤運(yùn)行成本、管理成本較高、安全性差、橡膠易老化和質(zhì)量事故發(fā)生率高。

1.2 液壓升降壩

1.2.1 液壓升降壩結(jié)構(gòu)

混凝土面板液壓升降壩的壩體是由一組合頁(yè)式活動(dòng)混凝土壩面、系列固定支撐桿和液壓缸構(gòu)成。液壓升降壩水壓力通過支撐桿和液壓缸壓在基礎(chǔ)上，力學(xué)結(jié)構(gòu)科學(xué)，抗洪水沖擊的能力強(qiáng)［5］。以鉸鏈軸耦合連接的活動(dòng)攔水壩作為閘壩主體，以一排液壓缸作為動(dòng)力，通過壓力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)升壩攔水、降壩行洪的功能。通過壩前傳感器采集水位信號(hào)，自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)完成閘壩升壩和降壩功能，并將相關(guān)信息傳輸?shù)郊刂行?，便于運(yùn)行管理人員制定合理的調(diào)度運(yùn)行策略，確保行洪安全和河道生態(tài)景觀效果。

1.2.2 液壓升降壩的特點(diǎn)

（1）液壓升降壩的優(yōu)點(diǎn)

①造價(jià)較低，液壓升降壩結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，北方冬季結(jié)冰對(duì)它造成損壞較小，使用壽命較長(zhǎng)。

②液壓升降壩降壩迅速泄洪能力強(qiáng)、排沙、排漂效果好；立壩時(shí)間快，攔蓄快。

③液壓升降壩自動(dòng)化程度高。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以將閘壩實(shí)時(shí)運(yùn)行工況狀態(tài)傳輸?shù)郊刂行?，?shí)現(xiàn)電腦遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

④密封止水效果好，維護(hù)管理費(fèi)用低。

⑤壩形美觀，可以任意升降演示的活動(dòng)壩體壩頂溢流似人造瀑布。液壓升降壩在河道景觀中的運(yùn)用效果如圖2所示。

（2）液壓升降壩的缺點(diǎn)

①檢修不便，壩的支撐部分在河道底板，一旦事故，對(duì)防洪不利。

②對(duì)液壓缸密封要求高，北方多風(fēng)，洪水期或沙塵期沙子易進(jìn)入裸露缸體磨損而使其受到損傷，降低使用壽命。

③壩體為砼薄體結(jié)構(gòu)，冬季運(yùn)行凍融影響大，影響使用壽命。

1.3 鋼壩閘

1.3.1 鋼壩閘結(jié)構(gòu)

圖2　液壓升降壩巴林左旗沙力河中的運(yùn)用

鋼壩閘是城鎮(zhèn)河流生態(tài)景觀設(shè)計(jì)中采用的一種新型可調(diào)控溢流壩，主要由土建構(gòu)建物、鋼性壩體、動(dòng)力裝置等組成。鋼壩閘適用河面寬、水位差小的河道，可用于10～100m寬、水位差在1～6m的河道。鋼壩閘能根據(jù)需要設(shè)計(jì)比較寬，即可省去河道中的閘墩，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)可節(jié)省大量河道中構(gòu)建物的修建［6］。利用動(dòng)力裝置按需實(shí)現(xiàn)立壩蓄水、臥壩行洪排澇，以及通過壩頂過水人工瀑布，營(yíng)造和諧城市河道親水生態(tài)景觀。

1.3.2 鋼壩特點(diǎn)

（1）鋼壩優(yōu)點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)。設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)50～60年，目前國(guó)際上已有超過百年的鋼性閘門依然具備良好的工作性能。

②運(yùn)行管理方便，能耗較低，維修方便，閘門啟閉系統(tǒng)位于河岸一側(cè)，占地較小，檢修時(shí)只在地下啟閉時(shí)間修即可；閘門的運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)件采用特殊復(fù)合材料，無需添加潤(rùn)滑油即可在水下可靠動(dòng)作。采用熱噴鋅防腐層（沙流速在8m/s以下不會(huì)對(duì)鍍鋅層造成破壞，一般河流很難達(dá)到8m/s沙流速），銹蝕速度非常低，約30年進(jìn)行一次防腐即可。

③液壓升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度可達(dá)1～2m/min，也就是只需1～3min即可完成升壩、降壩的操作。泄洪能強(qiáng)、排沙、排漂效果好；立壩時(shí)間快，攔蓄快［7］。

④壩頂溢流可以長(zhǎng)時(shí)間大流量的從壩頂溢流形成人工瀑布。

⑤安全可靠性高：鋼壩配套二臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，手動(dòng)、自動(dòng)為一體，且手動(dòng)操作力只需5kg，操控便捷可靠。

⑥自動(dòng)信息化程度高，可以根據(jù)河流水位實(shí)時(shí)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)閘壩運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)立壩和塌壩的準(zhǔn)確操控和集控中心遠(yuǎn)程監(jiān)控。鋼壩閘在河道景觀中的運(yùn)用效果如圖3所示。

圖3　鋼壩閘在翁牛特旗小西河中的運(yùn)用

（2）鋼壩缺點(diǎn)

①由于受力條件不好，固定軸要求較高，啟閉機(jī)噸位較大，造價(jià)較高。

②河道較寬需設(shè)中墩時(shí)，需要較寬的中墩，占用行洪斷面較大。

③只適用于河道寬度在100m以內(nèi)。

2　攔河閘壩的調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)及庫(kù)區(qū)防滲技術(shù)

2.1 攔河閘壩調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)

北方河流多屬于季節(jié)性河流，主要集中于汛期的6～8月，汛期來水量占全年來水約86%，且多以洪水形式發(fā)生，因此在攔河閘壩運(yùn)行時(shí)為防止庫(kù)區(qū)淤積，運(yùn)行時(shí)發(fā)生洪水即坍壩泄洪，錯(cuò)過主峰，攔蓄尾水，并定期清淤，以防止庫(kù)區(qū)成為泥庫(kù)現(xiàn)象發(fā)生。

年運(yùn)行期根據(jù)國(guó)內(nèi)運(yùn)行方式及本地區(qū)氣候特點(diǎn)（高寒地區(qū)），分冬季運(yùn)行方案和冬季停運(yùn)方案。冬季停運(yùn)時(shí)，10月末放水坍壩，根據(jù)春季來水及凍融（4月15日化通）情況，5月份才能蓄水，年運(yùn)行時(shí)間6個(gè)月。由于沒有破冰要求可減少年運(yùn)行費(fèi)用，不利因素是河流環(huán)城，冬、春風(fēng)季河床裸露，會(huì)引起沙塵，對(duì)城鎮(zhèn)及周邊環(huán)境造成影響。

攔河閘壩冬季運(yùn)行，整個(gè)冬季和春季可以蓄水，水面覆蓋裸露河道，防止沙塵影響，對(duì)保護(hù)城市環(huán)境有利，冬季運(yùn)行可形成較大面積冰面，可接納冰上項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)，是開展全民健身運(yùn)動(dòng)的理想場(chǎng)所［8］。因此，也推薦冬季運(yùn)行方案。橡膠壩方案壩前有防凍要求，可采用人工破冰或吹冰機(jī)械防止結(jié)冰，但耗能高。液壓壩及鋼壩閘方案可把閘壩放一定角度蓄冰運(yùn)行。

2.2 攔河閘壩庫(kù)區(qū)防滲

為了防止攔河閘壩上游庫(kù)區(qū)較嚴(yán)重的滲漏并確保在蓄水期內(nèi)能夠長(zhǎng)期蓄水，即庫(kù)區(qū)上游回水區(qū)域內(nèi)的兩岸河道護(hù)岸及庫(kù)底均需要鋪設(shè)防滲膜。設(shè)計(jì)需采取全封閉防滲措施，考慮運(yùn)行后土工膜有局部損壞滲漏時(shí)產(chǎn)生揚(yáng)壓力，可能使覆膜膨鼓，所以在壩區(qū)覆膜范圍內(nèi)每隔30～50m鋪設(shè)壓膜帶，壓膜帶的另一個(gè)作用是固定河道斷面。

3　結(jié)語

北方河流多屬于季節(jié)性河流，多沙，推移質(zhì)量大，洪水陡漲陡落，非工程措施嚴(yán)重滯后，河道環(huán)境差，有冰凍期。設(shè)計(jì)城鎮(zhèn)河道攔蓄景觀工程要充分研究河流具體特點(diǎn)，在滿足行洪、排沙、改善河道環(huán)境的的基礎(chǔ)上，結(jié)合河道景觀要求，選用與河流特點(diǎn)相匹配的攔河閘壩。通過攔河閘壩的蓄水運(yùn)用，結(jié)合綠化美化及其他景觀工程的建設(shè)，在美化城市環(huán)境，改善市容市貌，提升城市品味，豐富人民群眾的精神文化生活等方面起到了非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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［7］張鋒.鋼壩閘與橡膠壩在河道治理中的應(yīng)用比較［J］.西北水電，2011（01）：27-29.

［8］楊萬志，劉玉珍.攔河壩改建中的河流生態(tài)修復(fù)途徑［J］.中國(guó)水利，2006（16）：15-16.

作者簡(jiǎn)介：鮑海霞（1977年—），女，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-06-30

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.027

中圖分類號(hào)：TV64，TV85

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0074-03