城區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

隨著傳統水利向現代水利的轉變，城區及周邊環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，還應站在經濟社會發展全局，體現人水和諧，保障可持續發展。城區河道往往水位低淺、水質惡化，與周邊環境不協調，選擇適當的位置興建抬水工程，抬高城區河段的枯水位、改善水生態環境顯得十分重要［1］。攔河閘壩是河道生態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劃及協調周邊景觀建設。目前，國內城市河道水生態、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，優化生態水環境。

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，發源于石家田鄉太那水村，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，依據縣城總體規劃到2030年縣城人口將達到14.2萬人。根據規范工程等別為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，國內城市河道水生態、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。根據此三河具體情況及當地建閘經驗，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”與傳統水閘的優化結合，針對各種水利、地質條件下研發的新閘型。

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，可根據閘頂過流水深大小及水流對壩面沖擊程度，通過液壓系統實現閘板降落；實現任意高度擋水，閘面可在任意設定角度范圍內停留支撐；所有閘面數百米可迅速調節成一條水平直線，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發展而出現的一種擋水建筑物，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。非汛期橡膠壩袋內充水成壩擋水，以滿足生態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，調度運行欠靈活，冬季運行管理復雜（嚴寒地區冬季需拆掉壩袋），橡膠壩示意圖見圖4。

圖4 橡膠壩示意圖

2.2 閘型比選

根據靈丘三河具體情況及其周邊建閘經驗，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；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、美化城市環境。經綜合考慮，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治理工程的蓄水閘型，滿足了行洪安全、經久耐用、管理便捷的要求。同時，結合城區總體規劃完善了涉水空間的景觀效果，對城市生態環境提升具有重要的支撐作用。但是，鋼閘壩在國內尚無統一明確的技術標準，各廠家的設計參數側重點各有千秋，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。