鋼壩閘在河道水景觀環(huán)境治理中的應用

胡勝

（河南省水務規(guī)劃設計研究有限公司廣東分公司，廣東 東莞 523900）

近年來，隨著我國城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，合理協(xié)調核心建設區(qū)中城-水關系顯得尤為重要。為了美化河道兩側人民群眾的生活環(huán)境，在滿足基本防洪的條件下，合理保證景觀水位對河道的整體景觀效果具有實質性提高；同時可使河道生物自凈功能基本得到恢復；在不影響河道的行洪排澇能力下，水環(huán)境將得到顯著改善，從而可實現(xiàn)“河暢、水清、岸綠、湖美”的整治目標。本文以東莞市謝崗鎮(zhèn)截洪渠蓄水工程為例，闡述鋼壩閘在城市河道水景觀中的應用。

1 工程概況

謝崗鎮(zhèn)位于東莞市東部，謝崗截洪渠匯水區(qū)包括謝崗鎮(zhèn)中心區(qū)、大坑、糞基窩排洪渠匯水區(qū)，總集水面積7.69km2。謝崗截洪渠上游段水位較低，淤泥較深，影響河道水質，且在枯水期上游來水較少，河道內(nèi)流量很小，常水位較低且多呈干涸狀態(tài)。為滿足防洪排澇的安全要求和碧水藍天的景觀要求，有必要對其進行綜合治理。

2 水閘選型分析

為打造人水自然和諧的景觀，提升城市濱水空間品質，蓄水水閘在滿足河道行洪要求的同時要求具有合理的景觀壅水位。較多河道景觀蓄水工程項目的河道較寬，水閘過流流量較大、閘上和閘下水位差變化較為頻繁，因此閘門在擋水狀態(tài)下，需具有調節(jié)河道水位和溢流作用，以保持河道河水流動。

本工程景觀水閘孔口尺寸凈寬35m，河底高程4.60m，景觀蓄水高度3m，景觀蓄水位7.60m。根據(jù)景觀閘壩工程設計經(jīng)驗，常用景觀蓄水閘壩有常規(guī)水閘、橡膠壩、鋼壩閘，本次擬對上述三種閘壩形式進行閘型比選分析。

2.1 常規(guī)水閘方案

水閘閘室采用開敞式水閘，共7 孔，單孔凈寬5m，閘門高3.00m，順水流方向長9.00m，閘底高程為4.60m。根據(jù)規(guī)范及結構布置的要求，水閘采用整底板型式，底板厚1.20m，邊墩厚1.00m，中墩厚1.00m。具體水閘型式見圖1。

圖1 常規(guī)水閘

2.2 橡膠壩方案

橡膠壩是由高強度、耐水性較好的錦綸帆布做拉力骨架與耐老化的合成橡膠構成，固定在混凝土基礎底板上，形成密封袋狀，用水或者氣壓力充脹形成擋水壩。其建造成本低，跨度大、行洪不阻水、運行維修方便，但使用壽命短且推移質對壩袋威脅較大[1-2]。

本工程橡膠壩擬采用單向充水式攔河橡膠壩，底板頂高程4.60m，壩袋凈高3.00m，壩體長度35.00m，壩基座順水流方向長度17m，采用C30 鋼筋混凝土結構。具體水閘型式見圖2。

圖2 橡膠壩

2.3 鋼壩閘方案

鋼壩閘是一種底橫軸的翻轉門，外形新穎、美觀、實用，操作方便、啟閉靈活且工作較隱蔽、無礙防汛和通航。鋼壩閘采用鋼材，表面進行熱噴鋅，堅固耐用，易于安裝和維護[3-4]。

鋼壩閘一般布置在明渠段，上下游均與閘室平順連接。水閘為單孔結構，凈寬35.00m，閘室總寬度為46.60m，采用不分縫整體式結構。水閘上下游翼墻采用懸臂式擋墻；水閘上游設置沉砂池、護坦和拋石防沖槽，下游設消力池、海鰻和拋石防沖槽，以拋石做防沖槽與現(xiàn)有河床連接。具體水閘型式見圖3。

圖3 鋼閘壩

2.4 水閘方案比較分析

常規(guī)閘與橡膠壩和鋼壩閘相比，需建設啟閉機室和閘墩，相當于人為在河道上多設一道視覺屏障，故難以與百里碧道相結合。同時常規(guī)閘門垂直啟閉，工程管理較為繁瑣。如需保證正常景觀壅水位，又要滿足行洪要求，常規(guī)水閘需要較高的閘頂高程，故其工程量及占地面積較大，從而導致造價相對較高；從施工角度出發(fā)，常規(guī)水閘的施工周期也較長，故本次不再推薦。

橡膠壩和鋼壩閘是兩種較為先進且在景觀工程中使用比較多的兩種閘型。本文重點對這兩種閘型進行比較分析，分析結果如下表1 所示。

表1 橡膠壩和鋼壩閘對比分析

通過表1 對橡膠壩和鋼壩閘的對比分析可知，鋼壩閘使用年限較長，不易損壞，安全性較高，不易淤積，能耗較低。同時鋼壩閘施工周期短，其設計不但能滿足蓄水造景要求，還能通過汛期臥門行洪，滿足各時段的泄流要求，與上下游河道銜接順暢，提高了河道兩岸生態(tài)景觀效應。它的設置將會極大改善河道生態(tài)環(huán)境和保障不同季節(jié)的運行安全。

綜上所述，在本工程中鋼壩閘比橡膠壩更合適，主要體現(xiàn)在經(jīng)濟合理、外形美觀且可滿足枯水期景觀蓄水的要求。因此，推薦采用鋼壩閘方案。

3 鋼壩閘自動化控制

鋼壩閘金屬結構由一扇底橫軸旋轉鋼閘壩及其相對應埋件及啟閉設備組成。根據(jù)鋼壩運行工況和水工布置，閘壩止水形式為雙向側止水。根據(jù)閘壩運行狀態(tài)要求，閘壩配備分體液壓式啟閉機，啟閉機要求配備手動裝置，液壓控制柜帶PLC 控制，帶行程檢測裝置。啟閉機活塞桿材料為不銹鋼表面鍍雙層鉻，設置同步糾偏系統(tǒng)來保障雙缸同步問題，同步偏差≤15mm。停電時，可手動操作，供電時可遠程APP 自動化控制或現(xiàn)場手動控制，安全性能較高，閘門設計簡單，運行管理方便，設置一套視頻監(jiān)視系統(tǒng)，一套水雨情監(jiān)測系統(tǒng)，保障不同季節(jié)的水閘運行安全，改善河道生態(tài)環(huán)境。

4 鋼壩閘調度工況

非雨期，上游及區(qū)間來水較少，河道水位較低時：立壩（開啟）蓄水，保持河道景觀水位需求；當遭遇河涌水質較差時，可臥門（關閉），置換內(nèi)河水體，改善水質。

結合天氣預報，在流域遭遇暴雨或特大暴雨時；可提前臥門泄洪（關閉）鋼壩閘，放空景觀河道，從而不影響河道行洪。為了不影響臥門時對下游的影響，使鋼壩閘能安全合理運行，應確定合理的分檔高度。分檔高度過高，下泄水流流速大，沖擊力大，不僅容易對下游河床護岸造成沖刷破壞，而且會導致閘門在運行過程中震動，威脅閘門的安全運行；分檔高度過小，影響泄洪速度，缺乏可操作性。通過預報降雨范圍和強度結合暴雨預報預警信息，提前臥門騰出行洪空間。臥門過程中按照生產(chǎn)廠家提供的調度方案嚴格控制開啟過程時間，控制下泄流量，確保行洪安全。

5 鋼壩閘防淤措施

鋼壩閘上游設置沉砂池，底板頂高程4.60m，沉砂池長度35.00m，順水流方向長度10.00 m，厚0.40m，采用C25 鋼筋混凝土結構。具體防淤措施如下：

（1）鋼壩閘沒有底門槽和側門槽，是門葉圍繞底軸心旋轉的結構。上游止水壓在圓軸上，當閘壩立起或倒下時，止水不離圓軸表面，始終保持密封止水狀態(tài)。側止水也依據(jù)同樣的工作原理，止水面始終不離開大理石面?zhèn)榷諌?，故淤泥砂不會影響鋼壩的運行。

（2）當鋼壩閘臥門泄洪時，可以提高壩口水流量，能有效地讓泥沙、水化合物直接隨洪水沖至下游；且在枯水期，可對沉砂池內(nèi)的淤泥清淤。

6 結語

鋼壩閘作為一種新型的景觀蓄水建筑物，克服了橡膠壩易受到人為或外部的尖銳物品破壞，造成漏氣，管路多且復雜，塌壩放水后泥砂淤積覆蓋壩袋的現(xiàn)象。鋼壩閘可在不同季節(jié)的水閘運行形成瀑布景觀效果，也可適應高寒惡劣的野外氣候，綜合適應性較廣。隨著城市的快速發(fā)展，河道水景觀環(huán)境的需求不斷提高，鋼壩閘兼具造型美觀、安全可靠、運行方便等優(yōu)點，具有良好的發(fā)展前景。