汾河新絳城區(qū)段綜合治理壅水壩壩型比選

郝 婷

（臨汾市水利勘測設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

汾河新絳段地處汾河下游，是汾河進入運城市的第一站，縣域內(nèi)汾河總流程44.54 km，自東向西橫穿4 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（龍興鎮(zhèn)、萬安鎮(zhèn)、古交鎮(zhèn)、橫橋鄉(xiāng)）。汾河流域洪水頻繁，主汛期洪峰高、來勢猛、歷時長。汾河新絳縣城區(qū)段河道彎曲，呈“S”形穿城而過，河道地處一級階地，地勢平坦、高程較低，洪水威脅極大，每遇較大洪水就會釀成災(zāi)害。近年來，一遇洪澇災(zāi)害縣城兩岸一片汪洋，嚴重威脅城區(qū)人民生命財產(chǎn)安全，制約著城市建設(shè)和縣域經(jīng)濟發(fā)展。為進一步提高河道抵御洪澇災(zāi)害的能力及保障防洪安全，恢復(fù)河道自然生態(tài)環(huán)境，確保人民群眾生命安全，改善當(dāng)?shù)鼐用裆鷳B(tài)生活環(huán)境，開展了新絳縣汾河城區(qū)段綜合治理工程。

本次工程的任務(wù)：汾河河道防洪標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀20 年提高到50 年一遇；主河槽防洪標(biāo)準(zhǔn)達到5 年一遇；新建壅水壩工程，增加景觀蓄水水面，為打造城市濕地公園創(chuàng)造條件。

工程治理范圍：新絳縣汾河城區(qū)段東環(huán)路大橋上游840 m至侯西鐵路橋下游770 m，治理長度3.758 km，南北寬252.45～820 m。

工程主要建設(shè)內(nèi)容：河槽整治工程3.758 km；新建壅水壩2 座；堤防加固工程6.7 km，其中左岸3.2 km，右岸3.5 km。

2 河道壅水壩類型

近年來，國家提出了“海綿城市”“城市雙修”等一系列城市建設(shè)指導(dǎo)思想，按照國家生態(tài)建設(shè)“確有需要、生態(tài)安全、可以持續(xù)”的原則，通過對河道綜合整治，利用河道壅水建筑物，可以改善水生態(tài)和流域生態(tài)環(huán)境。河道壅水壩屬于擋水建筑物，攔蓄水頭不高，又稱壅水建筑物。用以攔截河流，形成水面，壅高河道水位、調(diào)蓄水量，同時阻擋河水泛濫、抗御洪水，兼顧農(nóng)田引水灌溉與水力發(fā)電。低水頭景觀壅水壩，具有塑造水景觀、改善水環(huán)境的重要作用。

2.1 水閘

水閘是修建在河道上，利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的低水頭水工建筑物。水閘的主要優(yōu)點是沖沙效果好，但水閘上部結(jié)構(gòu)的控制房、設(shè)備等較多，對景觀營造不利。設(shè)計中可以改善上部結(jié)構(gòu)造型，形成景觀，但工程投資較高。

2.2 壅水堰

壅水堰是在河道中建設(shè)的橫向建筑物，用來使水位升高，但壅水堰縮小河段斷面，不利于河道行洪；沒有沖沙設(shè)施，容易造成堰前淤積。

2.3 水力翻板閘

水力翻板閘是利用水力和閘門重量相互制衡，通過增設(shè)阻尼反饋系統(tǒng)來達到調(diào)控水位的目的。是一種節(jié)能、環(huán)保型閘門。但在景觀蓄水工程中，水力翻板閘的應(yīng)用有很大的局限性。

2.4 橡膠壩

橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護層，加工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電、航運、防洪、擋潮等效益。橡膠壩應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)比較成熟，有技術(shù)規(guī)范可遵循。

2.5 鋼壩

鋼壩學(xué)術(shù)名稱是底軸驅(qū)動翻板閘門，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、方便調(diào)度、工程隱蔽、無礙防汛和通航，改善河道景觀的新型閘門。鋼壩驅(qū)動系統(tǒng)位于岸邊的閘室或河道的中墩內(nèi)，設(shè)備在無水環(huán)境中運行，故障率低。可多角度鎖定，油缸不長期受力，水位調(diào)節(jié)效果穩(wěn)定。

2.6 氣盾壩

氣盾壩，也稱氣動鋼盾橡膠壩，兼具橡膠壩和鋼閘門的優(yōu)點，主要由盾板、充氣氣囊及控制系統(tǒng)等組成。利用充氣氣囊支撐盾板擋水，氣囊排氣后塌壩，氣囊臥于盾板下。具有結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)、安裝周期短，對基礎(chǔ)的適應(yīng)性高，景觀效果佳等特點。但氣盾壩是通過控制橡膠袋內(nèi)的氣壓來調(diào)整上游水位的高度，不穩(wěn)定且易漏水。氣囊長期處于河水沖刷中，易產(chǎn)生故障。

2.7 液壓壩

液壓壩是一種采用自卸汽車力學(xué)原理，結(jié)合支墩壩水工結(jié)構(gòu)型式的活動壩，具備擋水和泄水雙重功能。它由擋水壩面、液壓啟閉機、液壓系統(tǒng)、控制設(shè)備等組成。液壓壩無中墩、多扇門體連續(xù)拼接、門間設(shè)止水共同擋水。液壓壩施工簡單，施工工期短，和傳統(tǒng)水閘相比，減少了閘墩、大量金屬結(jié)構(gòu)埋件及閘門啟閉設(shè)備，但是混凝土工程量復(fù)雜，初期投資節(jié)約設(shè)備資金，后續(xù)維護費用較高。

2.8 雙向旋轉(zhuǎn)壩

雙向旋轉(zhuǎn)壩的門體外形與弧形閘門相似，采用底流排洪，沖沙能力強。門體增加了上翻檢修、下翻通航的功能。結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)可靠，操作平穩(wěn)，安全可靠性有保證。在閘門底側(cè)設(shè)有犁頭和清淤括板裝置，具備清淤功能。檢修維護方便，只需整座壩上翻，搭建腳手架便可更換，無須打圍堰。閘門門體全部隱藏于閘底板水平線以下，恢復(fù)該河道原本通航深度。一次性投資僅為鋼壩的80%，后期維護簡便。

3 壅水壩壩型比選

在河道上興建壅水壩，既應(yīng)滿足日常立壩蓄水，使其成為城市水景觀的要求，又要滿足汛期倒伏行洪，保證河道的行洪安全。本工程根據(jù)河道治理范圍，并結(jié)合景觀蓄水要求，在侯西鐵路橋下游、東環(huán)路大橋上游新建2 道壅水壩。

通過了解常用壅水壩的特點，結(jié)合實地踏勘以及廠家考察，選取在中國范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、效果較好的壅水壩型，如橡膠壩、鋼壩、液壓壩、雙向旋轉(zhuǎn)壩四種城市段河道蓄水美化工程的壩型，進行優(yōu)缺點分析比較。

3.1 橡膠壩

優(yōu)點：橡膠壩造價較低，施工快，壩體為柔性軟殼結(jié)構(gòu)，能抵抗地震、波浪等沖擊，且止水效果好，跨度大。缺點：壩袋充水時間長，約1～3 h，會影響汛期快速泄洪；壩袋壽命10～15 年，壽命短。壩前易形成淤積，壩袋久用脫色、變形，景觀效果較差。

參考工程投資為5 萬元/m，壩高3 m。

3.2 鋼壩

優(yōu)點：門體外形美觀；閘門啟閉快，利于泄洪；壩頂平整，溢流時瀑布景觀效果好。閘門壽命長，結(jié)構(gòu)耐久性好，驅(qū)動系統(tǒng)等附屬結(jié)構(gòu)完全位于兩側(cè)地下啟閉機室，無水環(huán)境中運行，故障率低。壩頂可形成人工瀑布，景觀效果較好。缺點：壩體整體升降，壩前較易淤積；單跨跨度較小，較寬河道須設(shè)中墩，壩基礎(chǔ)較大，土建成本較高。

參考工程投資為11萬元/m，壩高3 m。

3.3 液壓壩

優(yōu)點：液壓壩力學(xué)結(jié)構(gòu)科學(xué)、不阻水、不怕泥沙淤積，放壩快速，不影響防洪安全；抗洪水沖擊的能力強。壩頂平整，溢流時景觀效果較好；結(jié)構(gòu)簡單，可單扇分段檢修，管理方便，閘門壽命長。缺點：關(guān)鍵部件油缸涉水，長期處于河水沖刷中，易產(chǎn)生故障。

參考工程投資為7 萬元/m，壩高3 m。

3.4 雙向旋轉(zhuǎn)壩

優(yōu)點：雙向旋轉(zhuǎn)壩在底側(cè)設(shè)有犁頭和清淤括板裝置。當(dāng)門體向下開啟底側(cè)犁頭及清淤括板將淤積物鏟起或推移，行洪效率高，對城市防洪有利，不易產(chǎn)生淤積。驅(qū)動系統(tǒng)位于岸邊，設(shè)備在無水環(huán)境中運行，河道上下游及周邊均看不到附屬設(shè)施，景觀性好，長時間運作整體效果不會改變。閘門可翻起離開水面，啟閉設(shè)備、運轉(zhuǎn)件都不在水中。檢修便捷、安全、節(jié)約。缺點：單跨跨度較小，較寬河道須設(shè)中墩及多個半個閘門高的鉸座墩。壩基礎(chǔ)較大，土建成本較高。

參考延米工程投資為10 萬元/m，壩高3 m。

3.5 比選結(jié)果

根據(jù)1 號、2 號壅水壩擬定原則及各種壩型的優(yōu)缺點，綜合比較，1號壅水壩壩型推薦選用“液壓壩”，運行靈活，沖淤、排沙效果較好，且投資較低；2 號壅水壩壩型推薦選用“雙向旋轉(zhuǎn)壩”，沖淤、排沙效果較好，且外形及營造景觀效果較好。

4 結(jié)語

通過對比常用河道壅水壩技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)缺點，結(jié)合地形條件、氣候條件、水沙條件、功能需求、投資規(guī)模等進行考慮，綜合比較選取了合適壩型。河道綜合治理工程實施，不僅整治了河道，周邊水環(huán)境也得到了很好改善。

河道低水頭景觀壅水壩在滿足河道行洪蓄水安全的同時，維護河勢穩(wěn)定，還改善了周圍生態(tài)環(huán)境，提高了城鎮(zhèn)品位，形成了壅水景觀，為當(dāng)?shù)氐穆糜问聵I(yè)創(chuàng)造了條件。

改善了汾河新絳段局部小氣候，將沿河區(qū)域打造成一個天藍、水清、地綠、景美、人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展，且宜商、宜居、宜工的生態(tài)帶，提高了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏胶蜕钯|(zhì)量。