城區(qū)河段治理中蓄水閘門適用性研究

李洪蕊，谷欣玉

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

0 引言

隨著傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉變，城區(qū)及周邊環(huán)境的提升對水閘品質提出了更高的要求，新時期治水不僅限于防洪、排澇等基本功能，還應站在經(jīng)濟社會發(fā)展全局，體現(xiàn)人水和諧，保障可持續(xù)發(fā)展。城區(qū)河道往往水位低淺、水質惡化，與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)，選擇適當?shù)奈恢门d建抬水工程，抬高城區(qū)河段的枯水位、改善水生態(tài)環(huán)境顯得十分重要［1］。攔河閘壩是河道生態(tài)治理中完成河道蓄水、水位抬高、水面擴大的必要建筑物。

蓄水閘工程閘型的選擇需結合城市規(guī)劃及協(xié)調(diào)周邊景觀建設。目前，國內(nèi)城市河道水生態(tài)、水景觀治理工程常用的攔蓄水建筑物工程主要有液壓升降壩、鋼壩閘、氣盾壩及橡膠壩等型式，基于靈丘縣三河縣城段蓄水閘工程，綜合分析各類閘型的適用性，以完善景觀水面，優(yōu)化生態(tài)水環(huán)境。

1 河道工程概況

靈丘縣三河綜合整治工程主要涉及澤水河、塌澗河和沙河槽。澤水河為唐河的主要支流，河長為13.6 km，河流比降為26.9‰。流域集水面積為47.4 km2。沙河槽集水面積15.88 km2，流域主要有兩條較大的支溝，即劉莊溝與下瓦窯溝。塌澗河是唐河一級支流，發(fā)源于石家田鄉(xiāng)太那水村，流域面積67.2 km2，干流長18.2 km，屬時令河。

為提升城市景觀，結合防洪工程建設，在貫穿縣城的三條河的主河道上修建蓄水閘壩工程，在河道兩岸建設景觀綠地，修建景觀小品和公園。據(jù)河道整治工程方案，需在澤水河和塌澗河新建攔河蓄水閘13座，其中澤水河新建蓄水閘6座，塌澗河新建蓄水閘7座。

2 蓄水閘工程

本工程防洪保護范圍為靈丘縣主城區(qū)，依據(jù)縣城總體規(guī)劃到2030年縣城人口將達到14.2萬人。根據(jù)規(guī)范工程等別為Ⅳ等。澤水河、沙河槽和塌澗河共設有20座蓄水池，蓄水總量19.9萬m3，蓄水工程規(guī)模為小（2）型，工程等別為Ⅴ等工程，相應蓄水閘主要和次要建筑物級別為5級。

2.1 蓄水閘閘門型式選擇

目前，國內(nèi)城市河道水生態(tài)、水景觀治理工程常用的攔蓄建筑主要有液壓升降壩、鋼壩閘、氣盾壩及橡膠壩等多種型式。根據(jù)此三河具體情況及當?shù)亟ㄩl經(jīng)驗，本次選用液壓升降壩、鋼壩閘及橡膠壩三個方案進行比選。

2.1.1 液壓升降壩

液壓升降壩是將“三鉸點變幅運動機構原理”與傳統(tǒng)水閘的優(yōu)化結合，針對各種水利、地質條件下研發(fā)的新閘型。

液壓升降壩的材料采用的是低碳合金鋼板，受力條件好，堅固穩(wěn)定；在無電、無動力源的情況下，達到自動降壩操作；安全可控度高，可根據(jù)閘頂過流水深大小及水流對壩面沖擊程度，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)閘板降落；實現(xiàn)任意高度擋水，閘面可在任意設定角度范圍內(nèi)停留支撐；所有閘面數(shù)百米可迅速調(diào)節(jié)成一條水平直線，便于集成化、模塊化控制，閘頂可設置挑水板，形成多種造型的水簾或瀑布，為城市河道中一道亮麗的風景線。缺點是液壓啟閉機會浸泡于水中，工作環(huán)境差，難于檢修維護；不便設置檢修閘門，如遇檢修或維護時則須設置上下圍堰、抽水排水設施。液壓升降壩示意見圖1。

圖1 液壓升降壩示意圖

2.1.2 鋼壩閘

鋼壩閘是通過底軸驅動控制閘門開啟高度的新型擋水建筑物。鋼壩閘門體底部帶固定軸，由液壓啟閉設備驅動，門體寬度較大，最大可達100 m。鋼壩閘的優(yōu)點主要是單跨跨度大，運用靈活，且耐砂石磨損，耐久性強，并可形成不同角度的瀑布效果，總體景觀效果較好。但鋼壩閘的缺點：①鋼壩閘不便設置檢修閘門，如遇檢修或維護時則須設置上下圍堰、抽水排水設施；②當水閘跨度較大，鋼壩壩段達到2個或超過2個時，中間需設置一個或者多個大的閘墩，以方便在閘墩內(nèi)安裝液壓控制啟閉的設備，同時須設置交通橋（或水下廊道）至各閘墩，用以運行、管理、維護、檢修等操作，土建成本大大增加；③鋼壩閘相對于液壓升降壩、橡膠壩等景觀閘型投資高。鋼壩閘示意圖見圖2～圖3。

圖2 鋼閘壩示意圖

圖3 鋼閘壩運行原理示意圖

2.1.3 橡膠壩

橡膠壩是隨著高分子合成材料工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的一種擋水建筑物，由高強度帆布做強力骨架與合成橡膠構成，錨固在基礎底板上，形成密封袋型。非汛期橡膠壩袋內(nèi)充水成壩擋水，以滿足生態(tài)治理及美化城市的要求；汛期坍壩基本上不影響河道泄洪。它具有過水能力較大，阻水較小，對下游的沖刷力較小，施工期短、工程造價低、結構簡單、自重輕、抗震性能好、景觀效果好等優(yōu)點。但在河道比降大、推移質較多的河道，壩袋往往易受砂石磨損和漂浮物的沖擊產(chǎn)生破壞，同時壩袋易老化損壞、耐久性相對較差；且壩袋充、排水時間相對較長，調(diào)度運行欠靈活，冬季運行管理復雜（嚴寒地區(qū)冬季需拆掉壩袋），橡膠壩示意圖見圖4。

圖4 橡膠壩示意圖

2.2 閘型比選

根據(jù)靈丘三河具體情況及其周邊建閘經(jīng)驗，從景觀效果、擋水效果、運行維護及造價方面對三種閘型方案技術性能進行比較，見表1。

表1 閘型技術性能比較表

從表1分析可知，橡膠壩抗凍效果差，且冬季運行管理不便，不適合靈丘縣這種嚴寒地區(qū)；橡膠壩壩袋易受侵蝕，河道行洪時的漂浮物易劃傷壩袋，防沙、防雜物效果差，且水流流速較小會造成泥沙淤積；橡膠壩塌壩時間長，不適合在行洪河道運用。因此，雖然橡膠壩投資低，但其缺點很明顯，考慮以上諸多缺點，本工程不予應用。

鋼壩閘和液壓升降壩優(yōu)缺點相似，與液壓升降壩相比較，鋼壩閘最大的問題就是投資大，但其安全運行可靠度要強于液壓升降壩。與液壓升降壩門相比優(yōu)點是解決了液壓啟閉機工作時浸泡水中的問題，液壓啟閉機檢修方便，行程可控，啟閉安全可靠。

本工程澤水河和塌澗河蓄水閘閘孔寬度為35 m～50 m，鋼壩閘運行可靠、靈活，外形美觀，適合城市小河道蓄水、美化城市環(huán)境。經(jīng)綜合考慮，本工程推薦采用鋼壩閘作為推薦閘型。

2.3 蓄水閘總體布置

為滿足靈丘三河防洪兼顧景觀蓄水的要求，需在澤水河和塌澗河新建攔河蓄水閘13座，其中澤水河新建蓄水閘6座，塌澗河新建蓄水閘7座，閘型均采用鋼壩閘。

澤水河蓄水閘總體布置：分別在澤水河樁號Z1+500、Z1+800、Z2+100、Z2+400、Z2+780和Z3+450處分別設置6座鋼壩閘，從上游至下游編號為Z1#～Z6#。6座鋼壩閘均為單跨布置，閘門高均為2.5 m，Z1#、Z2#、Z5#閘孔凈寬為35.0 m，Z3#、Z4#、Z6#閘孔凈寬為40.0 m。鋼壩閘兩側布置液壓啟閉機房兼做邊墩，順水流向自上游至下游布置依次為：上游混凝土鋪蓋、閘室、下游消力池、下游海漫及防沖槽。

塌澗河蓄水閘總體布置：分別在塌澗河樁號T0+250、T1+500、T1+800、T2+130、T2+300、T2+500和T3+025處分別設置7座鋼壩閘，從上游至下游編號為T1#～T7#。7座鋼壩閘均為單跨布置，T1#閘門高為3.0 m，T2#～T7#閘門高均為2.5 m；T2#、T3#、T4#閘孔凈寬為40.0 m，T1#、T5#、T6#和T7#閘孔凈寬為50.0 m。鋼壩閘兩側布置液壓啟閉機房兼做邊墩，順水流向自上游至下游布置依次為：上游混凝土鋪蓋、閘室、下游消力池、下游海漫及防沖槽。

3 結語

采用鋼閘壩作為靈丘縣三河生態(tài)治理工程的蓄水閘型，滿足了行洪安全、經(jīng)久耐用、管理便捷的要求。同時，結合城區(qū)總體規(guī)劃完善了涉水空間的景觀效果，對城市生態(tài)環(huán)境提升具有重要的支撐作用。但是，鋼閘壩在國內(nèi)尚無統(tǒng)一明確的技術標準，各廠家的設計參數(shù)側重點各有千秋，因此在蓄水閘工程的設計過程中更應注重比選綜合分析方法，結合河道特點和需求因地制宜布設適宜的閘門類型。