共產(chǎn)主義渠水環(huán)境綜合治理工程設(shè)計(jì)

汪國(guó)佩

（新鄉(xiāng)市大功引黃工程管理處，河南 新鄉(xiāng) 453300）

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 主要規(guī)程規(guī)范

《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》《治澇標(biāo)準(zhǔn)》《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等與工程建設(shè)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范。

1.2 相關(guān)文件和資料

①《河南省衛(wèi)河、共產(chǎn)主義渠（淇門以上）防洪除澇治理方案》（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，2018年9月）；②《新鄉(xiāng)市共產(chǎn)主義渠水體達(dá)標(biāo)方案》（新鄉(xiāng)市人民政府，2017 年11月）；③《衛(wèi)輝市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃（2017-2035）》（上海同濟(jì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2017年11月）等。

2 工程主要內(nèi)容

工程主要內(nèi)容包括污染底泥清理、河道疏挖整治、生態(tài)護(hù)岸工程、生態(tài)濕地工程等。通過對(duì)河道進(jìn)行清淤疏挖、岸坡進(jìn)行生態(tài)護(hù)岸改造、修建蓄水建筑物等，抬高河道水位，建設(shè)人工濕地，改善水環(huán)境質(zhì)量、恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境；對(duì)現(xiàn)狀險(xiǎn)工堤岸進(jìn)行生態(tài)護(hù)岸改造，保障水安全的同時(shí)美化河道生態(tài)環(huán)境。

3 工程設(shè)計(jì)方案

3.1 污染底泥清理設(shè)計(jì)

河道污染底泥清理范圍為G107 橋至于下馬營(yíng)（樁號(hào)26+120～51+000），按照現(xiàn)狀河道斷面進(jìn)行清淤，現(xiàn)狀河道平均寬度約為40 m，平均清淤深度約為1.50 m。

3.2 河道疏挖整治設(shè)計(jì)

共產(chǎn)主義渠現(xiàn)狀河道蜿蜒曲折，為保持河流的自然形態(tài)，保證上下游水流平順，河道疏挖基本按照現(xiàn)狀主槽中心線布設(shè)，局部主河槽緊鄰險(xiǎn)工段處，為保證堤身安全，盡量向另一側(cè)偏移。規(guī)劃斷面為梯形斷面，河底疏挖整治寬度為80 m，設(shè)計(jì)比降為1/5 000，主槽設(shè)計(jì)邊坡1∶2.50，設(shè)計(jì)河底高程64.85～61.95 m，3年一遇排澇水位為67.70～65.22 m。

3.3 生態(tài)護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

生態(tài)護(hù)岸是采用植物護(hù)岸方案，在固土護(hù)岸的同時(shí)，兼具景觀造景的功能。設(shè)計(jì)植物護(hù)岸共49.76 km，植物以格?；?、美女櫻、金雞菊、狼尾草等為主。

3.4 生態(tài)濕地工程設(shè)計(jì)

為了改善河道水質(zhì)，保證生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行，在共產(chǎn)主義渠G107 橋（26+120）至黃土崗（39+370）段通過修建蓄水建筑物，抬高河道水位，利用現(xiàn)狀灘地建設(shè)人工濕地，增加爆氣復(fù)氧、構(gòu)建水生動(dòng)植物群落等措施，改善水環(huán)境質(zhì)量、恢復(fù)水生態(tài)。

3.5 擋水建筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)工程任務(wù)，擬建擋水建筑物在非汛期攔蓄河水、抬高河道水位，為建設(shè)生態(tài)濕地創(chuàng)造條件，改善河道水生態(tài)、水環(huán)境。根據(jù)確定的建筑物位置和設(shè)計(jì)蓄水位，蓄水建筑物擋水高度為3.50 m。工程為低水頭擋水工程，根據(jù)工程的具體情況，適合選用的擋水建筑物主要有鋼壩閘、液壓升降壩、橡膠壩等形式。

3.5.1 各類擋水建筑物的特點(diǎn)

3.5.1.1 鋼壩閘

鋼壩閘即底橫軸翻板閘門，是一種新型、新穎的景觀液壓驅(qū)動(dòng)式閘門。閘體由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼閘門門體、啟閉設(shè)備等組成，適合閘孔較寬（10～100 m），水位差比較小的情況（1～5 m）。采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟動(dòng)，啟閉速度快，3 min內(nèi)即可完成升壩或臥壩，突發(fā)洪水時(shí)能保證及時(shí)泄洪；閘門操作方便，閘門開度可無級(jí)調(diào)節(jié)，方便調(diào)度；啟閉設(shè)備隱蔽，不對(duì)原有河道的景觀造成不利影響；使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)50-60 a，不易損壞，管理維護(hù)簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行安全可靠，不淤積泥沙。優(yōu)點(diǎn)：外觀簡(jiǎn)單大方，使用壽命長(zhǎng)，啟閉速度快，不會(huì)形成阻塞及影響泄洪，閘門開度調(diào)節(jié)方便，能耗較低。缺點(diǎn)：投資較大；安裝工藝較復(fù)雜，對(duì)土建結(jié)構(gòu)要求高。

3.5.1.2 液壓升降壩

液壓升降壩是最近兩年發(fā)展推廣的新型壩型，其力學(xué)結(jié)構(gòu)科學(xué)、不阻水、不怕泥砂淤積；不受漂浮物影響；放壩快速，不影響防洪安全；結(jié)構(gòu)堅(jiān)固可靠，抗洪水沖擊能力強(qiáng)。其基本原理：采用自卸汽車力學(xué)原理，結(jié)合支墩壩水工結(jié)構(gòu)型式的一種壩型，具備擋水和泄水雙重功能。液壓升降壩的構(gòu)造由弧形（或直線）壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站組成。液壓升降壩采用液壓桿升降以底部為軸的活動(dòng)攔水壩面，實(shí)現(xiàn)升壩攔水，降壩行洪的目的；采用支撐桿支撐活動(dòng)壩面的背面，構(gòu)成穩(wěn)定的支撐墩壩；采用聯(lián)動(dòng)鋼絞線帶動(dòng)定位銷，達(dá)到支撐墩壩固定和活動(dòng)的相互交換；根據(jù)洪水漲落，采用浮標(biāo)開關(guān)，控制操作液壓系統(tǒng)，達(dá)到無人管理，根據(jù)洪水漲落，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)壩面的自動(dòng)升降。液壓升降壩優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到設(shè)定水位可自動(dòng)開啟與閉合，管理較方便；閘板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耐久性、抗老化性好；造價(jià)較低。缺點(diǎn)：需要多孔閘板組合，從下游看支撐桿較多，影響外觀效果；閘板之間容易漏水；翻板之后有約20 cm高阻水面，且容易纏繞洪水所帶雜物。

3.5.1.3 橡膠壩

橡膠壩是用高強(qiáng)度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護(hù)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。橡膠壩主要由土建部分、壩袋及錨固件、充排水（氣）設(shè)施及控制系統(tǒng)等部分組成，適用于低水頭、大跨度的閘壩工程。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、防洪、蓄水、景觀等效益。

橡膠壩優(yōu)點(diǎn)：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；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壩體跨度大、自重輕，壩袋可根據(jù)需要采用不同顏色，外形比較美觀；施工期短，壩袋只需3-15 d即可安裝完畢，可當(dāng)年施工當(dāng)年受益；技術(shù)成熟可靠，目前在防洪河道上應(yīng)用廣泛，投資較小。缺點(diǎn)：壩袋使用壽命較短，一般約15-20 a就需更換一次壩袋；需增加泵房，機(jī)電設(shè)備；壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞；橡膠壩是通過充水或充氣達(dá)到升壩的目的，正常需要1-3 h才能完全升或塌壩，時(shí)間較長(zhǎng)。

3.5.2 各種擋水建筑物在工程中的作用分析

從上述液壓升降壩、橡膠壩和鋼壩閘等三種壩型特點(diǎn)可以看出，其優(yōu)點(diǎn)均較明顯，也有一定的缺點(diǎn)，結(jié)合工程的具體特征進(jìn)行比較。

3.5.2.1 防洪與蓄水

共產(chǎn)主義渠屬季節(jié)性河流，汛期與非汛期河道流量相差懸殊，因此為協(xié)調(diào)防洪與蓄水矛盾，要求攔蓄建筑物在汛期能夠快速垮壩，汛后又能及時(shí)恢復(fù)擋水狀態(tài)。由于河道行洪涉及居民生命財(cái)產(chǎn)安全，要求攔河壩可控制塌壩以利行洪，三種壩型均可以滿足要求。相對(duì)而言，液壓升降壩和鋼壩閘啟閉時(shí)間短，可有效應(yīng)對(duì)突發(fā)洪水，汛期可根據(jù)上游來水和氣象預(yù)報(bào)做到精準(zhǔn)防洪，汛期河道可保持較高水位；而橡膠壩升、坍壩時(shí)間較長(zhǎng)，汛期需長(zhǎng)時(shí)間塌壩，汛期河道水位低。

3.5.2.2 景觀效果

三種壩型都具有水系景觀效果，但各具特點(diǎn)。鋼壩閘與液壓升降壩效果類似，均可以利用閘門頂過水，形成人工瀑布的景觀效果。鋼壩閘外觀厚重大氣，但鋼壩閘受制于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，單跨跨度不宜太大，一般在20～60 m。液壓升降壩簡(jiǎn)單靈巧，跨度可達(dá)100 m以上。橡膠壩壩體為柔性軟殼結(jié)構(gòu)，壩體厚重圓順，壩袋可做成不同顏色，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壩體跨度大，景觀效果也比較好。

3.5.3 經(jīng)綜合分析選定的擋水建筑物

鋼壩閘、液壓升降壩及橡膠壩三種壩型各具特點(diǎn)，都可以控制自由塌壩，滿足河道行洪要求?？紤]到鋼壩閘投資大，運(yùn)行維護(hù)成本高，故不推薦橡膠壩方案。鋼壩閘和液壓升降壩汛期可保持正常蓄水位，河道蓄水景觀好，而橡膠壩滿足使用功能的同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省，施工方便，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，景觀效果好；液壓升降壩需要多孔閘板組合，從下游看支撐桿較多，影響外觀效果，投資稍大，運(yùn)行維護(hù)要求較高，施工要求高，另外閘板之間容易漏水。綜上所述，設(shè)計(jì)擋水建筑物推薦采用橡膠壩形式。

4 結(jié)語(yǔ)

以上方案是基于共產(chǎn)主義渠水環(huán)境綜合治理旨在通過對(duì)河道污染底泥清理，河道疏挖整治，提高河道防洪排澇能力；從鋼壩閘、液壓升降壩、橡膠壩的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)等方面的論述，選定擬修建的蓄水建筑物，利用蓄水建筑物抬高水面，利用現(xiàn)狀河灘地建設(shè)人工濕地，通過生態(tài)方法對(duì)水體生態(tài)進(jìn)行修復(fù)，達(dá)到提升水質(zhì)、重現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的目的，采用生態(tài)護(hù)岸形式改造現(xiàn)狀岸坡，既能有效減小水流和波浪對(duì)岸坡的沖蝕、維護(hù)生態(tài)平衡，又能美化環(huán)境，創(chuàng)建水系生態(tài)空間，防治水土流失，增強(qiáng)水源涵養(yǎng)與凈化功能。