四家子跌水工程壩線方案及跌水型式的比選綜述

賈皓翔

(遼寧省農業發展服務中心，沈陽 110003)

1 工程概況

四家子河道位于蒲河上游段的遼寧鐵嶺縣橫河子鄉，工程區附近公路交通網較密集，其間有多條縣級公路相接，工程交通運輸便利，不必新建對外永久交通公路。本次蒲河生態廊道建設由四家子跌水和上下游的河道整治及主槽上下游兩岸岸坡防護等組成。

2 河道存在問題

2.1 河道現狀

四家子村社區上游，目前沒有修建水工建筑物。蒲河棋盤山水庫上游段河床寬窄不均，河床寬20-50m不等，順山就勢，蜿蜒曲折，主河道兩岸岸坡陡峭，土石裸露，雜草叢生，影響河水下泄，特別是汛期由于山區坡面陡峻，降雨匯流時間短，河水來勢猛并很快沖出河床，使兩岸水土流失較重。

2.2 基礎設施現狀

項目區有蒲河通過，為兩岸灌排提供保障，河道多年未整治，河道淤積、水土流失嚴重，農業配套設施較差，設計標準低，配套率低。望濱街道內交通條件優越，形成交通網絡。項目區有10kV的高壓供電線路和380V的低壓供電線路。農村電網改造基本完成，可以滿足項目區用電需求，當地供電部門也愿意并積極配合高標準農田建設工程工作。為以后新建排水站提供了可靠的電力保證。

2.3 項目區農業和農村經濟發展的制約因素

項目區域的農業經濟一直保持著良好的發展勢頭，在最近幾年，但仍存在一些薄弱環節，影響了農村經濟的可持續發展。主要表現在2個方面：①四家子社區蒲河河道未進行河道整治，抵御自然風險能力脆弱，降低了農業抗旱防澇的能力，此外，頻繁發生的自然災害已嚴重制約著農業經濟的持續快速發展；②此段河道與棋盤山花果山神秘谷成一線，但由于河流治理和生態保護不足，嚴重限制了當地經濟的發展。

3 項目建設的必要性和可行性

3.1 項目建設的必要性

3.1.1 打造蒲河生態廊道建設

棋盤山的四家子是蒲河生態廊道的一部分，對全線的環境和促進區域經濟發展、增加農民收入具有重要作用。通過該項目的實施對整個蒲河生態廊道建設具有十分重要的作用。

3.1.2 建設抵御自然災害能力

項目建成后使河道治理更加完善，提高農業抵御自然災害的能力，確保區域經濟快速發展的重要保證。

3.2 項目建設的可行性

3.2.1 河道生態廊道建設基礎

項目區位于棋盤山望濱街道四家子社區，河流順直，上游天然水面寬闊，非常適用于跌水、護岸、綠色濕地等工程。項目完成后,將形成一個生態濕地,充分反映出自然的特點，提高生態與水的親和力，不僅能為在河道左側建設田園觀光區提供必要條件，同時為人們的水邊活動和休閑空間提供水資源保障。

3.2.2 組織能力有保證

項目區棋盤山開發區管委會、水利服務中心和當地政府等單位的領導班子高度重視對蒲河生態廊道建設工程項目。項目區群眾對河道的治理以及生態意識較高，建設項目的目的明確，為項目建設提供有利的組織保證。

4 工程建設任務及主要內容

4.1 工程建設任務

4.1.1 生態

通過對河道的清淤、疏浚、整治及新建橡膠壩工程，攔蓄水量，形成水面；用生態的、科學的、多樣性的綠化配置，使河、湖岸邊形成綠色長廊。具有調節區域氣候、改善區域生態環境的作用,促進可持續發展的新領域。

4.1.2 景觀

通過河岸邊生態護坡布置，來充分發揮河道的自然景觀和人文景觀功能，創造優雅、閑情的鄉村風情。

4.1.3 旅游休閑

創造自然景觀、人文景觀和歷史文化景觀，可給居民和游人以美的享受。

4.2 工程建設主要內容

4.2.1 工程選址

上起古砬子橡膠壩至下游四家子社區，河道長1700m，比降約1/500。在該河段內共有兩處適宜修建跌水的合適位置。上壩線位于13號斷面附近，下壩線位于30號斷面(四家子社區)附近。兩處壩線河道均較窄，且靠近右岸道路，施工交通及運行管理均較方便。上壩線選擇2m高跌水方案，下壩線選擇1.6m高跌水方案進行比較。

1) 上壩線方案：位于13號斷面附近，初擬跌水高2m，主河槽跌水長7m，右岸跌水長36m，左岸跌水長41m，跌水總長度84m。河底高程107.68m，設計跌水頂高程(常水位)109.68m，上游古砬子橡膠壩底板高程109.58m，回水與古砬子橡膠壩底板銜接。常水位水面面積24832m2(37畝)，河道面積9209 m2(14畝)，占地面積15623 m2(23畝)。

2)下壩線方案：位于30號斷面附近，初擬跌水高1.6m，主河道跌水長20m，兩岸跌水長20m，跌水總長40m。河底高程106m，設計跌水頂高程107.6m，上壩線河底高程107.68m，回水至13號斷面，與上游跌水底板銜接。常水位水面面積31141m2(47畝)，河道面積14060 m2(21畝)，占地面積17081 m2(26畝)。各方案主要指標比較見表1。

表1 各方案主要指標比較

經比較，上游壩線地勢較高，遠離村屯；而下游壩線地勢較低，靠近村屯，運行管理、施工方便，與區域總體規劃相協調，所以選擇位于四家子社區附近的下壩線作為推薦壩線。

4.2.2 跌水高度的確定

在選定的下壩線位置選擇高度分別為1.2m、1.6m和3.6m三個跌水方案進行比較。

1)下壩線1.2m方案: 位于30號斷面(四家子社區)附近，跌水高1.2m，主河道跌水長20m，兩岸跌水長18m，跌水總長38m。河底高程106m，設計跌水頂高程(常水位)107.2m，常水位回水至16號斷面，常水位水面面積25942m2，河道面積13498 m2，占地面積17081 m2。

2)下壩線1.6m方案：位于30號斷面附近，跌水高1.6m，主河道跌水長20m，兩岸跌水長20m，跌水總長40m。河底高程106m，設計跌水頂高程107.6m，上壩線河底高程107.68m，回水至13號斷面，與上游跌水底板銜接。常水位水面面積31141m2，河道面積14060 m2，占地面積17081 m2。

3)下壩線3.6m方案：位于30號斷面附近，跌水高3.6m，主河道跌水長20m，兩岸跌水長184m，跌水總長204m。河底高程106m，設計跌水頂高程109.6m，上游古砬子橡膠壩底板高程109.58m，回水與古砬子橡膠壩底板銜接。常水位水面面積217899m2，河道面積26633 m2，占地面積23269 m2。各方案主要指標比較見表2。

隨著跌水高度的增加，常水位水面面積增加，同時占地面積隨之增大?？紤]到現狀主河槽深度接近1.2m，為了減少新征土地面積，同時具有一定的水面面積和景觀效果，經綜合比較初步確定跌水高度1.2m方案作為推薦方案。

表2 各方案主要指標比較

4.2.3 跌水型式的選擇

常用的跌水型式有實體堰和閘門跌水型式。

實體堰跌水常常用于主河槽較深河段或用于河道截淺引水工程。其優點是運行管理方便，造價節??；其缺點在于不可避免的泥沙淤積，嚴重影響河道行洪。如下圖是撫順蓮島河實體堰跌水，泥沙淤積幾近平堰頂。鑒于四家子河段主槽窄淺，如采用實體堰跌水，泥沙將很快淤積，惡化河道行洪能力，并可能在大洪水時改變主槽位置，故本河段不適于修建實體堰跌水型式。

1)傳統平板閘門，優點為：①泄流能力大；②運行控制更加靈活，通過開閘調度方式調節流量更加方便。缺點為①該項目建成后，專門人員需要執行的操作，檢查和維護；②上部結構較高，影響美觀；③水從閘門下部流出，水面上的漂浮物往往排不出去；④項目投資相對較高[1]。

2)水力自控翻板閘，在任何一個開度均能保持力矩平衡，實現隨水位變化而閘門漸開、漸閉。

優點為：①水力翻板閘門使用時，它既不使河床變窄，又兼有閘口上下同時過水的特點；可保證過水能力大，大大減少路堤工程量；②節省開閉設備和機架橋，具有操作管理方便、成本低、節省維護費用等一系列優點；③施工較為方便，工期較短。其缺點為①閘板操作的穩定性很差；②翻板閘在泄洪時有一定的水平夾角，且支墩較多，攔水段比較大，大洪水截留的漂浮物較多。

3)普通橡膠壩，主要用于灌溉，防洪和改善環境。優點為：①阻水較小，過水能力較大，對下游的沖刷力較小，同時整體止水效果好；②施工簡單方便，無需大量澆筑橋墩和上層建筑； 造價合理，節省三種材料，工期短；③抗震性能好，缺點為①需要增加泵房，以及機電設備等；②壩袋具有耐久性差，容易老化；③需要專門的加水(氣)設備和管理人員，運行成本較高；④壩體升降時間長，調度應用不靈活；⑤抗沖擊、耐磨性較差。

4)氣動盾形閘門，采用充氣橡膠壩袋作為支撐，利用帶肋鋼板擋水和溢流?？扇我庹{節壩高和流量。避免冰凍和漂浮物對橡膠壩袋的損傷，耐久性好。徹底克服了傳統橡膠壩各種弊端。外形美觀?？梢宰詣拥乜刂坪拥赖乃唬皶r排出水面上的漂浮物。與環境更協調。橡膠氣袋及空壓機電氣控制部分需要進口，造價最高。

5)集成液壓式底軸翻轉鋼壩閘，液壓一體式提升機，底部軸倒置反鋼閘門。優點為：①泄流量大，閘門頂部溢流，水位自動控制，啟閉機體積小；②手電兩用操作方便，外形美觀。缺點為①專利產品生產廠家較少，工期不易保證，且造價較高；②工程竣工后，操作、檢查和維護需要專人負責。

6)液壓升降壩，混凝土板，由大壩后面的液壓桿支撐，自動控制水位，及時排出水上漂浮物。美觀的外觀和適中的價格。由于研制時間短，使用實例少，技術上有待于進一步成熟。

7)液壓倒伏式閘門

采用液壓啟閉機，倒伏式鋼閘門。在閘門頂部溢流，能夠實時控制河道水位，并能及時排出水面上的漂浮物。該啟閉機體積小，使用手電筒操作方便，外形美觀，成本適中。從跌水工程各種型式的方案比較可以看出：

從泄洪消能角度來看，橡膠壩、液壓升降壩、液壓倒伏式閘、底軸翻板鋼壩閘、氣動盾形閘等較好，均不影響河道行洪，傳統平板閘門次之，翻板閘在泄洪時有一定的水平夾角，且支墩較多，阻水斷面相對較大，對河道行洪較不利[2]。

從景觀效果來看，液壓升降壩、液壓倒伏式閘門、底軸翻轉鋼壩閘、氣動盾形閘門等等為最佳，壩型比較美觀，能形成瀑布景觀，橡膠壩、水力自控翻板閘次之，啟閉式水閘上部結構較高，影響景觀效果。

從運行管理角度來看，水力自控翻板閘方案最優，不需要專門管理，操作較為方便，其他閘門

工程竣工后，操作、檢查和維護需要專人負責。

從施工難易程度角度來看，水力自控翻板閘最優方案,其他閘門次之；傳統平板閘門施工較為繁瑣且工期較長。

從項目投資來看，在閘門長和門高相同的條件下，由小到大的投資依次為：①水力自控翻板閘門；②液壓升降壩；③液壓倒伏式閘門；④橡膠壩；⑤底軸翻轉鋼壩閘；⑥傳統平板閘門；⑦氣動盾形閘門。水力自控翻板閘投資最低，氣動盾形閘門投資最高。

根據以上方案比較結果并結合工程現場的實際情況，如地形、地質、水文等，從技術成熟、安全可靠、經濟節省、施工方便、保證工期、管理方便、外形美觀等方面進行綜合比較，推薦采用液壓倒伏式閘門跌水型式。

5 結 語

四家子跌水工程建成后，為了保證蓄水建筑物能夠正常運用，保證堤防及護岸工程安全，應及時發現并有效解決項目運行中存在的問題,同時充分發揮工程效益最大。