攔河閘壩在北方河流城鎮景觀設計中的運用

鮑海霞

（赤峰市水利勘測設計院，內蒙古赤峰024000）

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攔河閘壩在北方河流城鎮景觀設計中的運用

鮑海霞

（赤峰市水利勘測設計院，內蒙古赤峰024000）

摘要：針對北方河流水少、多沙、洪水陡漲陡落、有冰凍期，對攔河建筑物要求較高等問題，結合城市規劃設計親水環境 要求，對適合北方河流城鎮景觀設計的橡膠壩、液壓升降壩及鋼壩閘三種攔河閘壩的結構形式進行了分析對比。使攔河閘壩在北方河流中成功運行，在保證防洪安全前提下，達到良好蓄水美化周邊環境的功能效果。

關鍵詞：攔河閘壩；景觀；防洪；運行

北方地區多數河流經常處于干枯狀態，而城鎮基本都是傍河建城，干涸的河道，使河道的生態環境逐步惡化，成為了垃圾傾瀉場，兩側擠占河道現象突出。為整治河道環境提高城市品位，國家投入了大量資金進行治理，治理主要方式是以植物綠化為主。但水是城市的靈魂，有水城市才有“生的氣息”，河道水環境在人民心目中占有重要地位［1］。因此，通過工程措施在城市河道攔蓄水面，創造城市親水環境，提高城市品位，已成為城市規劃設計研究的重要內容。

1　北方河流景觀設計中攔河閘壩的選用

1.1 橡膠壩

1.1.1 橡膠壩結構

橡膠壩，又稱橡膠水閘，主要由土建部分、封閉壩袋及錨固件、充排水（氣）管路設施、電氣自動化控制系統等組成。大壩體主要采用高強度合成纖維織物作為河流攔蓄水的受力骨架，內外均勻涂敷橡膠作防護層，加工成膠布后經錨固裝置固定底板上以形成封閉壩袋，經充排管路將水（氣）等介質將壩袋充脹形成具有擋水、蓄水功能的閘壩［2］。橡膠壩壩頂能溢流，同時能根據河流實時水量按需調節壩高，控制閘壩上游的水位，以發揮大壩攔水、蓄水和生態景觀效果。橡膠壩類別分為充水式和充氣式兩種。在充排時間方面，充水壩要長于充氣壩；在造價方面，兩種壩型相差不多。

1.1.2 橡膠壩特點

（1）橡膠壩優點

①造價較低，性價比高。同常規水工攔河閘比，其總投資可以降低30%～70%。大壩以橡膠材料為主，可節省30%～50%的鋼材用量、50%左右水泥用量和60%以上木材用量。

②施工工藝簡單，施工技術成熟，施工期短。大壩體施工，主要采用錨固裝置形成封閉裝壩袋，只需3天～15天即可完成壩袋安裝，施工組織方便、施工效率非常高。

③大壩體為柔性軟殼結構，能夠有效抵御地震、波浪等剛性破壞沖擊，且密封袋裝結構止水效果好，韌性強，跨度大，汛期不阻水［3］，［4］。

④采用彩色壩袋，造型優美，線條流暢，溢流美觀，能很好與城市河流生態景觀匹配。橡膠壩在河道景觀中的運用效果如圖1所示。

圖1　橡膠壩在河道景觀中的運用

（2）橡膠壩缺點

①塌壩時間長，泄洪、防洪不利；立壩時間長，攔蓄水時間長。

②泄洪沖沙效果差。

③冰凍期運行成本高。

④漂浮物、尖利和有頭角物體易對壩袋容易造成刺傷；在水流沖擊波動等過程中，壩袋與底板會出現磨損、河卵石摩擦撞擊等問題，易造成壩袋發生拉裂損害。

⑤運行成本、管理成本較高、安全性差、橡膠易老化和質量事故發生率高。

1.2 液壓升降壩

1.2.1 液壓升降壩結構

混凝土面板液壓升降壩的壩體是由一組合頁式活動混凝土壩面、系列固定支撐桿和液壓缸構成。液壓升降壩水壓力通過支撐桿和液壓缸壓在基礎上，力學結構科學，抗洪水沖擊的能力強［5］。以鉸鏈軸耦合連接的活動攔水壩作為閘壩主體，以一排液壓缸作為動力，通過壓力調節實現升壩攔水、降壩行洪的功能。通過壩前傳感器采集水位信號，自動控制液壓系統完成閘壩升壩和降壩功能，并將相關信息傳輸到集控中心，便于運行管理人員制定合理的調度運行策略，確保行洪安全和河道生態景觀效果。

1.2.2 液壓升降壩的特點

（1）液壓升降壩的優點

①造價較低，液壓升降壩結構堅固可靠，北方冬季結冰對它造成損壞較小，使用壽命較長。

②液壓升降壩降壩迅速泄洪能力強、排沙、排漂效果好；立壩時間快，攔蓄快。

③液壓升降壩自動化程度高。通過自動控制系統，可以將閘壩實時運行工況狀態傳輸到集控中心，實現電腦遠程自動控制。

④密封止水效果好，維護管理費用低。

⑤壩形美觀，可以任意升降演示的活動壩體壩頂溢流似人造瀑布。液壓升降壩在河道景觀中的運用效果如圖2所示。

（2）液壓升降壩的缺點

①檢修不便，壩的支撐部分在河道底板，一旦事故，對防洪不利。

②對液壓缸密封要求高，北方多風，洪水期或沙塵期沙子易進入裸露缸體磨損而使其受到損傷，降低使用壽命。

③壩體為砼薄體結構，冬季運行凍融影響大，影響使用壽命。

1.3 鋼壩閘

1.3.1 鋼壩閘結構

圖2　液壓升降壩巴林左旗沙力河中的運用

鋼壩閘是城鎮河流生態景觀設計中采用的一種新型可調控溢流壩，主要由土建構建物、鋼性壩體、動力裝置等組成。鋼壩閘適用河面寬、水位差小的河道，可用于10～100m寬、水位差在1～6m的河道。鋼壩閘能根據需要設計比較寬，即可省去河道中的閘墩，不僅結構簡單，同時可節省大量河道中構建物的修建［6］。利用動力裝置按需實現立壩蓄水、臥壩行洪排澇，以及通過壩頂過水人工瀑布，營造和諧城市河道親水生態景觀。

1.3.2 鋼壩特點

（1）鋼壩優點

①結構簡單，性能優越，使用壽命長。設計使用壽命可達50～60年，目前國際上已有超過百年的鋼性閘門依然具備良好的工作性能。

②運行管理方便，能耗較低，維修方便，閘門啟閉系統位于河岸一側，占地較小，檢修時只在地下啟閉時間修即可；閘門的運轉構件采用特殊復合材料，無需添加潤滑油即可在水下可靠動作。采用熱噴鋅防腐層（沙流速在8m/s以下不會對鍍鋅層造成破壞，一般河流很難達到8m/s沙流速），銹蝕速度非常低，約30年進行一次防腐即可。

③液壓升降機構運行速度可達1～2m/min，也就是只需1～3min即可完成升壩、降壩的操作。泄洪能強、排沙、排漂效果好；立壩時間快，攔蓄快［7］。

④壩頂溢流可以長時間大流量的從壩頂溢流形成人工瀑布。

⑤安全可靠性高：鋼壩配套二臺驅動裝置，手動、自動為一體，且手動操作力只需5kg，操控便捷可靠。

⑥自動信息化程度高，可以根據河流水位實時狀態動態調節閘壩運行工況，實現立壩和塌壩的準確操控和集控中心遠程監控。鋼壩閘在河道景觀中的運用效果如圖3所示。

圖3　鋼壩閘在翁牛特旗小西河中的運用

（2）鋼壩缺點

①由于受力條件不好，固定軸要求較高，啟閉機噸位較大，造價較高。

②河道較寬需設中墩時，需要較寬的中墩，占用行洪斷面較大。

③只適用于河道寬度在100m以內。

2　攔河閘壩的調度運行特點及庫區防滲技術

2.1 攔河閘壩調度運行特點

北方河流多屬于季節性河流，主要集中于汛期的6～8月，汛期來水量占全年來水約86%，且多以洪水形式發生，因此在攔河閘壩運行時為防止庫區淤積，運行時發生洪水即坍壩泄洪，錯過主峰，攔蓄尾水，并定期清淤，以防止庫區成為泥庫現象發生。

年運行期根據國內運行方式及本地區氣候特點（高寒地區），分冬季運行方案和冬季停運方案。冬季停運時，10月末放水坍壩，根據春季來水及凍融（4月15日化通）情況，5月份才能蓄水，年運行時間6個月。由于沒有破冰要求可減少年運行費用，不利因素是河流環城，冬、春風季河床裸露，會引起沙塵，對城鎮及周邊環境造成影響。

攔河閘壩冬季運行，整個冬季和春季可以蓄水，水面覆蓋裸露河道，防止沙塵影響，對保護城市環境有利，冬季運行可形成較大面積冰面，可接納冰上項目運動，是開展全民健身運動的理想場所［8］。因此，也推薦冬季運行方案。橡膠壩方案壩前有防凍要求，可采用人工破冰或吹冰機械防止結冰，但耗能高。液壓壩及鋼壩閘方案可把閘壩放一定角度蓄冰運行。

2.2 攔河閘壩庫區防滲

為了防止攔河閘壩上游庫區較嚴重的滲漏并確保在蓄水期內能夠長期蓄水，即庫區上游回水區域內的兩岸河道護岸及庫底均需要鋪設防滲膜。設計需采取全封閉防滲措施，考慮運行后土工膜有局部損壞滲漏時產生揚壓力，可能使覆膜膨鼓，所以在壩區覆膜范圍內每隔30～50m鋪設壓膜帶，壓膜帶的另一個作用是固定河道斷面。

3　結語

北方河流多屬于季節性河流，多沙，推移質量大，洪水陡漲陡落，非工程措施嚴重滯后，河道環境差，有冰凍期。設計城鎮河道攔蓄景觀工程要充分研究河流具體特點，在滿足行洪、排沙、改善河道環境的的基礎上，結合河道景觀要求，選用與河流特點相匹配的攔河閘壩。通過攔河閘壩的蓄水運用，結合綠化美化及其他景觀工程的建設，在美化城市環境，改善市容市貌，提升城市品味，豐富人民群眾的精神文化生活等方面起到了非常重要的作用。

參考文獻

［1］賈玉愛.生態水利設計理念在城市河道治理美化工程中的應用［J］.水利技術監督，2012（05）：60-62.

［2］趙洪洋.遼河干流雙安橋生態抗旱臨時蓄水橡膠壩工程設計［J］.水利規劃與設計，2014（10）：92-95.

［3］李宏軍，楊佳棟.城市河流生態景觀與橡膠壩設計運用探討［J］.水利建設與管理，2014（05）：27-29.

［4］陳改改，邱丁初.灤河灤縣段1號橡膠壩設計綜述［J］.水利規劃與設計，2014（12）：46-47，51.

［5］丁峰，劉月剛，邱象玉.液壓升降壩在城市河道中的選型設計［J］.水利規劃與設計，2013（03）：59-61.

［6］尚常清，崔瑞香.鋼壩閘在黑河溝水環境治理工程的應用與探索［J］.水利技術監督，2013（03）：22-24.

［7］張鋒.鋼壩閘與橡膠壩在河道治理中的應用比較［J］.西北水電，2011（01）：27-29.

［8］楊萬志，劉玉珍.攔河壩改建中的河流生態修復途徑［J］.中國水利，2006（16）：15-16.

作者簡介：鮑海霞（1977年—），女，高級工程師。

收稿日期：2015-06-30

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.027

中圖分類號：TV64，TV85

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0074-03