城市河道橡膠壩建設及其對河道水流特性影響分析

文經(jīng)緯

(阜新市水利勘測設計研究院 遼寧 阜新 123000）

1 工程概況

細河新邱區(qū)Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程位于細河流域上游，細河是流經(jīng)阜新市區(qū)的主要河流，在阜新境內(nèi)河長98km，城市段長27.2km，流域面積2290km2。新邱區(qū)Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程興建緣由為治理河段堤防不達標，存在防洪隱患、河床淤積嚴重、防洪標準偏低，阻礙了當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。為維護新邱城市安全，保障城區(qū)人民生命財產(chǎn)，改善城市水環(huán)境建設，加快社會經(jīng)濟發(fā)展，新邱區(qū)委區(qū)政府決定建設細河新邱區(qū)Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程。

2 城市河道橡膠壩建設

橡膠壩工程主要建設內(nèi)容有：清基和河底清淤、垃圾清運、橋下砌體拆除及堤防改建。新建2座橡膠壩，結構為兩段式，橡膠壩垂直河道方向布置，總長117m，高2.3m。

2.1 壩址位置確定

細河河床漂卵石、砂卵石層為強透水層，下面無相對隔水層，河道枯水期流量減小時多形成干枯河道，致使河流生態(tài)環(huán)境變差、觀賞性極差。根據(jù)河道兩岸的地形情況，需布置兩處橡膠擋水壩，一是河道蓄水的需要，二則是景觀觀賞性的需要。受河水沖涮的影響，壩址處河床現(xiàn)狀高低不平，根據(jù)土方挖填平衡計算及基本維持河道自然比降綜合考慮，確定兩座橡膠擋水壩的壩址位置。本次整治河段為細河新邱區(qū)段（樁號23+500～25+150），本著河道治理與城市建設相結合的理念，將2座橡膠壩位置選在樁號23+550和樁號24+350處，形成長1650m的梯級帶狀連續(xù)水面。Ⅰ號橡膠壩的中心樁號為23+550，Ⅱ號橡膠壩的中心樁號為24+350。以兩岸建筑為依托，以河堤兩側綠化為紐帶，形成點、線、面相結合的景觀體系。

2.2 橡膠壩壩型選擇

工程橡膠壩建設的首要任務是蓄水，通過修建橡膠壩以形成連續(xù)河道水面，達到美化城市環(huán)境目的；橡膠壩修建不影響該河段的汛期防洪功能，即修建的橡膠壩須滿足正常運行時擋水，在河槽內(nèi)蓄水形成一定高度的水面，汛期時則恢復原河道行洪斷面以滿足河道行洪的要求。根據(jù)工程的這一運行特點對翻板閘和橡膠壩兩種壩型方案進行比較。調(diào)查細河水流特點可知，細河屬于多泥砂河流，洪水中常夾帶著許多飄浮物，對翻板閘的使用產(chǎn)生一定的影響，導致閘板不能正常開啟，汛期直接阻水影響洪水暢泄，閘板失靈后關閉不嚴，漏水現(xiàn)象亦較嚴重。橡膠壩是用高強力合成纖維制成的帆布，內(nèi)外涂敷合成橡膠，橡膠壩袋內(nèi)充水(或氣)后，壩袋鼓起形成壩體可擋水，袋內(nèi)水(或氣)排出后，壩袋下塌，恢復原河道過水斷面便可泄水，該壩型適用于低水頭，大跨度的攔河工程，汛期根據(jù)水文站汛情予報可快速放空，保證洪水暢泄。

表1 橡膠壩工程設計高程參數(shù)表 單位：m

根據(jù)上述，因細河城市中心段防洪的重要性，考慮工程運行的可靠性，壩型選擇橡膠壩，根據(jù)工作條件和運用要求，壩袋充填介質(zhì)選用充水式，設計壩高2.3m。

圖1 相同流量水深對比圖

圖2 相同流量流速對比圖

2.3 壩型結構設計

此段修建的兩座橡膠壩為Ⅰ號橡膠壩和Ⅱ號橡膠壩，由于兩座橡膠壩結構形式相同，以Ⅱ號橡膠壩為標準設計。細河新邱區(qū)Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程堤防形式選均質(zhì)土堤，堤防采用復式梯形斷面。兩座橡膠壩結構分為兩跨，橡膠壩垂直河道方向布置，根據(jù)《橡膠壩技術規(guī)范》SL227—98要求，壩袋下基礎底板頂面高程高出河床0.2m，設計壩高2.5m，Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程設計高程見表1。

橡膠壩結構沿河流方向依次為上游防沖槽段、鋪蓋段、壩底板段、消力池段、海漫段和下游防沖槽段，橡膠壩中間設鋼筋混凝土中墩，兩側設鋼筋混凝土邊墩；鋪蓋、底板、導墻、消力池均為鋼筋混凝土結構；鋼筋混凝土構件設置伸縮縫，縫寬2cm，縫內(nèi)填充聚乙烯泡沫板，外涂厚3cm的聚硫密封膠，分縫處設橡膠止水帶。海漫為石籠結構（鉛絲籠拋石采用粒徑≥300的塊石），厚度為0.5m，長度為10m，從上游向下游按2.9%坡度鋪設，并且為保證消力池和海漫功能的實現(xiàn)，設計在消力池和海漫底部分別鋪設規(guī)定層數(shù)的200g/m2的土工布和厚0.2m、粒徑50mm～80mm的的碎石墊層。防沖槽采用拋塊石結構，上、下游防沖槽斷面形式均為梯形。

3 河道擋水橡膠壩修建對河道水流特性影響

城市河道治理應該以環(huán)境生態(tài)建設為中心，在保證防洪排澇能力的同時，恢復河道環(huán)境的生命活力和自凈能力。橡膠壩是城市河道治理中一種應用較多的擋水建筑物，但擋水壩建設后會影響到上、中、下游的水位和水流速度，進而會對河道周圍的生態(tài)環(huán)境造成影響。文章建立對應的河工實驗模型，采用LGY—II型智能流速儀、電磁流量計等實驗設備，模擬分析了所建設河道在正常流量條件下，兩種工況對沿河道斷面水深和流速的水流變化：工況一，原始河道無擋水壩情況；工況二，工程建設后兩座擋水壩情況。

3.1 兩種工況下河道沿程水深對比分析

兩種工況下河道沿程水深分布如圖1所示。

分析模擬結果可以得到，距原點500cm的空白處為橡膠壩位置，工況一條件下河道端面的水深基本處于統(tǒng)一水深值，橡膠壩建設之后壩體上下游水深有明顯變化，壩體上游水深基本相同，并在靠近壩體頂部時逐漸增大；兩座橡膠壩體之間處于同一水位，靠近壩體頂部的水位都出現(xiàn)上揚，這是因為壩體的阻水作用導致的。

3.2 兩種工況下河道沿斷面流速對比分析

兩種工況下河道沿斷面水流速度分布如下圖所示：

分析圖2可知，工況一條件下沿河道同一斷面的流速分布較為不均勻，隨河道坡度的變化而變化。工況二條件下的水流流速分布比較均勻，橡膠壩上游同一斷面速度值波動范圍很小，流經(jīng)橡膠壩之后速度略有增加，其后逐漸趨于平穩(wěn)，并且下游壩體后的水流流速遠大于壩前的水流速度。綜上分析可知，河道水流流速在相同流量與相同坡度的條件下，壩體前方的水流速度要小于未建橡膠壩之前的水流流速，下游壩體的流速值與無壩時的流速基本持平。從生態(tài)和美觀角度分析，建兩座橡膠壩能夠達到工程建設的目的，并且對城市河道兩岸的生態(tài)最為有利。

4 結語

細河新邱區(qū)Ⅰ、Ⅱ號橡膠壩工程任務首先是蓄水，同時修建2座橡膠壩以形成良好的河道水面，達到美化城市環(huán)境的目的；其次，修建的橡膠壩還應保證該河段的汛期防洪功能，但也必須盡量保持河流的生態(tài)系統(tǒng)。細河新邱區(qū)河段河道整治中擋水壩的建設對河道生態(tài)的影響比較突出，模擬結果證明兩座橡膠擋水壩對河道生態(tài)最有利，且兩座橡膠壩的修建將城市河段的景觀水面很完整的呈現(xiàn)出來，使得整個河道形成很好的景觀生態(tài)性河道。陜西水利

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