橡膠壩庫區水面不連續問題解決方案設計優化

高大鵬

橡膠壩庫區水面不連續問題解決方案設計優化

高大鵬

（阜新市水利勘測設計研究院 遼寧阜新 123099）

優化設計就是在滿足設計要求的眾多設計方案中選出最佳設計方案的設計方法。結合細河城市中心段4、5號橡膠壩庫區水面不連續問題解決方案的設計優化實例，介紹工程設計的優化，供類似工程參考。

細河 清淤 橡膠壩 自潰壩 設計優化

1 序言

細河城市中心段河道治理工程是阜新市城市建設和城市防洪重點工程，2003年～2005年共建成橡膠壩5座，自橡膠壩蓄水運行后，形成連續水面長度5.4km，平均水面寬度153m，總水面面積86.86ha，總蓄水量108.57萬m3，初步形成了以三一八公園、月亮灣廣場為節點的細河景觀帶，對美化城區、改善城市環境起到了很大作用。細河城市中心段的建設獲2005年建設部頒發的“人居環境獎”，細河景區現已成為了阜新市民休閑、健身的重要場所。

2 工程現狀

隨著工程的多年運行，目前5座橡膠壩一般都存在著壩袋老化的問題，部分無法充至設計蓄水高程，且由于細河為多泥沙河流，橡膠壩蓄水后，攔截地表徑流，河道徑流流速變緩，河道存在淤積現象，城市段河道沖淤不平衡。目前，以5號橡膠壩（上游）～4號橡膠壩（下游）庫區段淤積最為嚴重，近八年來已經抬高河床0.4m～0.6m，造成細河城市中心段帶狀水面不連續，有0.65km無法形成水面，嚴重影響了細河中心段景觀，同時淤積問題也對河道行洪安全產生了一定影響。

3 方案設計19

針對工程現狀，為保證細河景區水面連續，需采取工程措施處理。主要有兩種工程措施，一為清淤清障，降低河底高程以滿足水面連續要求；二是修建蓄水建筑物，通過抬高蓄水水位實現水面連續要求。蓄水建筑物又可分為修建永久蓄水建筑物和修建臨時蓄水建筑物。

（1）清淤清障：細河城市段河道淤積較嚴重，可通過開挖河底的方式，適當降低河底高程。

（2）修建永久蓄水建筑物：城市河道常用的蓄水建筑物主要有水力自控翻板閘、橡膠壩和鋼壩閘等形式。由于阜新城區位于細河中上游，發生洪水時，上游的樹枝、塊石隨洪水宣泄而下，阻卡翻板閘閘門啟閉，適應性較差；橡膠壩在洪水期可塌壩運行，恢復河道原斷面，適應性較好；細河河道河寬150m至180m，如采用鋼壩閘則需要較多中墩，加重動力設備負擔，運行管理不方便；通過以上分析，選擇修建橡膠壩作為永久蓄水建筑物。

（3）臨時蓄水建筑物： 為滿足水面連續的要求，也可修建臨時蓄水建筑物，建筑物形式可采用自潰壩和人字閘。人字閘具有施工簡單的特點，可縮短工工期，但壅水嚴重，不適于城市河道；自潰壩在枯水期可抬高水位，洪水期壩體潰決以滿足行洪要求。故選擇自潰壩作為臨時蓄水建筑物。

針對初選的三個方案，結合工程現狀，提出初步設計方案。根據設計方案，本著經濟可行、施工簡易、維護方便的原則，擇優選取解決方案。

3.1清淤方案

清淤范圍為5號橡膠壩以下，長度750m，為滿足防滲要求，在清淤范圍內鋪設500g/m2的土工膜水平防滲，土工膜覆土高度1m，河道開挖深度1.6m～2.35m，回填高度1m。其中土方開挖20.3萬m3，土方回填10.5萬m3，棄土9.8萬m3，鋪土工膜11.1萬m2。

由于降低了河底高程，為避免對上游5號橡膠壩的運行產生影響，需按原結構改建5號橡膠壩的海漫和防沖槽，

本方案估算工程投資432萬元，其中清淤工程200萬元，防滲工程220萬元，5號橡膠壩消能防沖重建工程12萬元。

3.2新建橡膠壩方案

在現4號橡膠壩回水末端，距5號橡膠壩700m處新建充水式橡膠壩1座，設計壩高1.5m，壩長145m，橡膠壩分為兩跨，單跨72m，建設管理充水泵房1處。

本方案估算工程投資525萬元，其中新建橡膠壩475萬元，管理泵房50萬元。

3.3修建自潰壩方案

自潰壩位置與橡膠壩位置相同，設計自潰洪水標準為5年一遇。采用土工膜心墻土石壩，設計壩高1.5m，壩長142m，壩頂寬3m，迎水面與背水面邊坡均為1:2。自潰壩兩端設排水閘門。閘門尺寸為1.5m×1.5m，設手電兩用啟閉機。

本方案估算工程投資120萬元。其中自潰壩100萬元，排水閘20萬元。

4 方案優化

從技術、經濟、施工、運行管理等多方面對3個方案比較、利弊分析，詳見表1。

表1 方案對比表

以上三個方案中，方案二工程投資最多，而且橡膠壩管理運行成本較大，不予采用；方案三雖然工程投資最少，由于細河為多泥沙河流，自潰壩潰壩后的土石方會加重河道淤積，由于自潰壩的垮壩時間與下游的橡膠壩塌壩時間不一致，洪水時會造成防洪隱患，且自潰壩景觀效果不好，不適于應用到城市河道景觀工程中，不建議采用；方案一工程投資適當，通過河道清淤滿足水面連續的要求，并增大了河道的過流能力，不增加河道的攔河建筑物數量，回水長度擴大，形成了極大的視覺效果。經綜合考慮，建議優選此方案。

工程實施后，使細河城市中心段5.4km的帶狀水面得以連續，調節城市小氣候，滿足人們親水、近水的愿望，打造宜居的生活環境。

由于細河為多泥沙河流，淤積問題不可避免，本工程通過清淤，人為的改變了河道比降，但影響不大。工程運行時要加強管護，注意河道淤積問題，定期清淤，以保證河道形成帶狀連續水面。

5 結語

在設計領域，一種較為普遍的場景是：設計師在局促的設計費和緊迫的時間壓力下，將設計規范轉換成圖紙，只要能按時提交設計，甲方通過，不延誤工期即為完成任務，缺失了設計本身的整體規劃感和創作感，拿到圖紙的建設單位亦沒有時間比選，開始馬不停蹄地建造，投入了大量的成本，卻難以成就高品質項目。

清華城市規劃設計研究院副院長袁昕如是說：“優化在基礎層面拋棄一些不合理的因素，找到更好的解決方案。” 優化設計就是在滿足設計要求的眾多設計方案中選出最佳設計方案的設計方法，優化設計并不是一道算術題，也沒有唯一正確的答案。優化是在追求設計水平進一步合理化和進一步提升。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.019

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1672-2469（2014）05-0061-02

19作者簡介：高大鵬（1979年—），男，工程師。