涇河蓄水方案擋水建筑物比選分析

馬桂紅

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

涇河蓄水方案擋水建筑物比選分析

馬桂紅

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

本文根據(jù)不同擋水建筑的工程特性，分析比較了各種擋水建筑優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)涇河地形、來水來沙特性及河道自身特點(diǎn)選擇該工程的擋水建筑物，以期為類似案例提供借鑒。

擋泄水建筑物；橡膠壩；必選分析

1　工程概況

涇河是渭河北岸最大的一條支流，下游17.5km為涇河新城的城中河。涇河新城為西咸新區(qū)五大組團(tuán)之一，定位為現(xiàn)代田園城市，因此該段河道治理對(duì)涇河新城建設(shè)至關(guān)重要。

該河段位于張家山水文站和桃園水文站之間，多年平均徑流量12.3億m3，多年平均輸沙總量為1.45億萬t。涇河新城兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為11330m3/s，兩岸防洪工程正在建設(shè)中。

工程區(qū)河段河床較為開闊，河道灘槽分明，兩岸灘槽平均高差一般在7m～8m之間，最大高差在10m以上，主槽寬度約200m，非汛期河道主流一般位于主河槽內(nèi)。河道平均比降為1.3‰。

根據(jù)河道地形特性，設(shè)計(jì)采用二級(jí)一槽蓄水方案，即主槽蓄水+兩岸灘地公園方案。根據(jù)涇河來水來沙以及河道的自身特點(diǎn)，同時(shí)節(jié)約工程投資，設(shè)計(jì)采用灘地段、主槽段不同擋水建筑物組合的型式。

擋水建筑物選擇的影響因素很多，不但影響工程景觀效果，同時(shí)也決定著工程造價(jià)，因此應(yīng)該進(jìn)行綜合比選。

2　擋水建筑物壩型選擇

河道擋水、泄水建筑物型式一般有砌石或砼低壩、水閘、橡膠壩等。

砌石或砼低壩具有施工技術(shù)簡單，壩身溢流條件好，可形成跌水或瀑布景觀，且管理維護(hù)費(fèi)用低。但這種剛性壩連續(xù)布置于城市河道內(nèi)，不僅阻水，而且礙洪，使城市防洪安全得不到保障，長時(shí)間運(yùn)行還會(huì)造成蓄水區(qū)大量淤積，這種淤積僅靠水力沖刷消除難度很大，人工清淤不僅加大了管理成本，而且景觀效果不佳。

翻板閘運(yùn)行簡單，堅(jiān)固性好、投資相對(duì)較小。但在多泥沙河流，閘板前不可避免會(huì)形成淤積，翻板閘靠水力作用不易或不能自動(dòng)翻板，將嚴(yán)重威脅到城市防洪安全，因此，翻板閘少有在多泥沙河流上應(yīng)用。

常規(guī)水閘的堅(jiān)固性和耐久性較好，孔數(shù)較多從而啟閉運(yùn)行靈活、安全可靠，特別在多泥沙河流上提閘沖砂方便，有利于減少蓄水區(qū)泥沙淤積。不利之處是水閘閘墩較多，需啟閉機(jī)工作橋等，景觀效果較差。

橡膠壩底板高程一般低于河床平均高程，塌壩后壩袋緊貼壩底板，不影響河道行洪，壩袋色彩鮮艷，外形輕巧美觀，與城市風(fēng)貌相協(xié)調(diào)，且投資適中，在城市河道治理工程中應(yīng)用較多，例如天水耤河治理工程、敦煌黨河治理工程、武威市楊家壩河治理等工程中均采用橡膠壩作為主要擋水建筑物，壩高超過5m，均取得了良好的景觀效果。橡膠壩存在的問題是壩袋易被尖銳器物刺傷以及壩袋老化問題，但在工程運(yùn)行中加強(qiáng)管理，可延長壩袋的使用壽命。

近幾年新推出的擋水建筑物有鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘門，最大高度可達(dá)到7m～8m，且景觀效果良好，但造價(jià)均大于同等高度的橡膠壩，且壩越高造價(jià)差值越大。

本工程灘地段擋水高度不超過3m，根據(jù)各擋水建筑物的特性，橡膠壩是較好的選擇，技術(shù)成熟、景觀效果好、造價(jià)低，同時(shí)不影響城市的防洪。

3　主槽段擋水建筑物的比選

水閘、鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘門三種型式從工程布置、功能、防洪要求及景觀效果等方面對(duì)比分析比較如下：

（1）工程布置方面

水閘閘門高度不受限制，但單孔跨度較小，閘墩多、結(jié)構(gòu)高度大，對(duì)地基要求高。

鋼壩閘單跨跨度相對(duì)較大，液壓啟閉機(jī)位于中墩、邊墩中，目前壩高6m單跨最大可達(dá)30m左右，但中墩寬度最小為8m。由于啟閉設(shè)備布置在邊墩、中墩內(nèi)，外觀結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，且占地少。鋼壩閘屬于底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門，地基變形對(duì)閘門的運(yùn)行影響很大，因此對(duì)地基變形要求較高。

氣動(dòng)盾形閘門利用空氣壓縮機(jī)啟閉剛閘門，原則可不設(shè)中墩，但目前技術(shù)還達(dá)不到，單跨長度、中墩寬度與橡膠壩相當(dāng)，不存在礙洪情況。氣盾壩采用鋼板與橡膠氣囊組成，現(xiàn)場多幅拼接，運(yùn)行過程中要盡量減少地基變形，對(duì)地基變形要求較高。

（2）堅(jiān)固性與耐久性：水閘、鋼壩的堅(jiān)固性和耐久性較好，設(shè)計(jì)使用壽命可長達(dá)50年～60年。氣動(dòng)盾形閘門使用壽命在30年以上。

（3）塌壩運(yùn)行情況：水閘、鋼壩閘都是采用啟閉機(jī)啟閉，可快速啟閉，可有效的保證突發(fā)洪水及時(shí)泄洪和泄洪后及時(shí)蓄水。氣盾壩的充氣囊體可打開閥門自排氣體，一般塌壩時(shí)間約為30分鐘左右，相對(duì)較長。

（4）水位調(diào)節(jié)：三種閘門均可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。鋼壩閘可以根據(jù)不同來流量在0°～90°之間任意角度狀態(tài)來調(diào)節(jié)水位，壩頂可控制溢流0.3m，來實(shí)現(xiàn)瀑布效果；氣動(dòng)盾形閘門完全升起時(shí)，面板與水平面的夾角介于60°～70°之間，并可停置在此范圍內(nèi)的任意角度上來調(diào)節(jié)水位，溢流水頭不超過0.5m，來實(shí)現(xiàn)瀑布效果；傳統(tǒng)水閘主要是通過控制閘門開度調(diào)節(jié)下泄流量，從而實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)整，閘頂經(jīng)過特殊處理也可實(shí)現(xiàn)部分溢流，溢流水頭也控制在0.5m。

（5）河道行洪、排沙方面：氣動(dòng)盾形閘門、鋼壩閘都可以完全倒伏在河底，基本不產(chǎn)生阻水現(xiàn)象，但鋼壩閘中墩的設(shè)置，局部減小了行洪斷面面積。傳統(tǒng)水閘閘墩較多，局部減少了行洪斷面，但傳統(tǒng)水閘可以利用閘孔泄洪、排沙，運(yùn)行更方便靈活。對(duì)于涇河多泥沙的河流，傳統(tǒng)水閘更安全。

（6）自動(dòng)化程度：均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)控制。

（7）景觀效果：鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘閘頂與上游蓄水位平齊，上游來水量較大時(shí)，都能溢流，形成瀑布和水簾長廊效果，并且閘門本身也可噴彩色、文字、圖案，形成一道風(fēng)景。水閘屬于高聳建筑物，隔斷了河流，即使閘頂經(jīng)過特殊處理可形成一定的溢流效果，景觀效果不及鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘。

（8）施工難易程度、工期：傳統(tǒng)水閘結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)地基的要求較高，施工工期長。鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘門都是工廠加工，現(xiàn)場整體安裝，外觀結(jié)構(gòu)簡單，但精度要求高。

（9）技術(shù)與投資：水閘技術(shù)成熟，投資較少。鋼壩閘技術(shù)正在推廣完善中，投資較大。氣動(dòng)盾形閘門從國外引進(jìn)發(fā)展而來，國內(nèi)技術(shù)不很成熟，主要部件如氣袋等國產(chǎn)化程度不高，工程投資很大。以2#主河槽攔河建筑物為例進(jìn)行方案比較。比較結(jié)果見表1。水閘、鋼壩閘和氣盾壩優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。

本工程擋水建筑物的主要作用是蓄起一片滿足觀賞要求的景觀水面，汛期安全泄洪，同時(shí)本身也是一處景觀，因此，結(jié)合本工程具體情況，經(jīng)綜合分析比較，雖然鋼壩閘、氣動(dòng)盾形閘門在景觀效果上更具優(yōu)勢，但技術(shù)可靠性、操作的靈活性、工程的投資等方面水閘更具優(yōu)勢，也更適合涇河多泥沙河道泥沙是首要問題的特點(diǎn)。

表1　2#主河槽段擋水建筑物方案比較表

表2　水閘、鋼壩閘和氣盾壩優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

4　可行性分析

涇河為多泥沙河流，解決泥沙問題是工程成敗的關(guān)鍵，選擇什么樣擋水建筑物不但影響泥沙的淤積，也關(guān)系著工程的正常使用壽命。

渭河寶雞攔河閘工程位于市區(qū)馬營橋（即渭河大橋）下游350m處，選用平板鋼閘門，共布置29孔，單孔凈寬19.0m，閘門最大高度4.1m，閘室底板布置成階梯型（詳見圖1），工程于2004年底下閘蓄水，隨著運(yùn)行管理方式的優(yōu)化以及運(yùn)行管理的規(guī)范化，工程運(yùn)行情況良好，蓄水區(qū)淤積不明顯，水面景觀效果良好。

涇河為渭河的第一大支流，渭河寶雞攔河閘工程與本工程類似，本工程主河槽攔河閘在布置上借鑒渭河寶雞攔河閘工程的布置，取長補(bǔ)短，使其更適合涇河的河道特性。

圖1　寶雞攔河閘閘室底板布置圖

5　結(jié)語

本工程充分考慮涇河的地形和泥沙特性，結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)，最終采用主槽升臥式水閘+灘地橡膠壩的組合方式做為工程擋水建筑物，同時(shí)在寶雞攔河閘工程的基礎(chǔ)上，對(duì)擋水建筑物進(jìn)行了優(yōu)化：1）在主河槽采用了升臥式閘門，降低水閘的高度，景觀效果更好；2）在灘地段采用了橡膠壩，節(jié)省了工程投資；3）在運(yùn)行方式中，沙限以下的來水利用閘孔+橡膠壩壩頂宣泄，減少橡膠壩的塌壩次數(shù)，節(jié)約運(yùn)行成本；4）在不影響工程運(yùn)行的條件下，對(duì)上部結(jié)構(gòu)結(jié)合城市建設(shè)進(jìn)行美化設(shè)計(jì)，創(chuàng)造最佳景觀效果。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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