汾河生态修复工程壅水建筑物方案比选

孙晋儒

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原030024）

汾河生态修复工程壅水建筑物方案比选

孙晋儒

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原030024）

通过对汾河流域生态修复中游核心区清徐至介休段修建水建筑物，达到重建水系、抬升地下水位、净化水质、改善水生态环境等目的，主要对壅水建筑物提出三种方案，并通过对壅水建筑物工作原理、防洪效果、冲砂性能、景观效果、工程造价等进行分析比对，并选择合适的壅水建筑物方案。

壅水建筑物；闸坝；生态修复；汾河流域

1 工程概况

汾河是山西第一大河，流域范围涉及全省9市51县。汾河中游核心区属平原性河流，地势平坦、土质疏松，河谷中冲积层深厚，河型蜿蜒曲折。汾河流域生态修复主要是通过采取综合性、系统性、针对性的治理措施，科学配置流域内水资源；实施节约用水，强化节水措施；增加森林植被，有效涵养水源；重建河流水系，加强污染防治，使山水林田湖各要素互相促进、良性循环。清徐至介休段建设内容主要为在汾河干流大堤内建设15座壅水建筑物、堤外规划蓄水湖区的37座进退水闸（穿堤建筑物）和堤内蓄水段堤防边坡的防护。

结合汾河中下游河道疏浚整治工程总体布局，确定治理段的防洪标准为20年一遇洪水设计，汾河堤防及穿堤建筑物等级为Ⅳ等4级。15座蓄水湿地蓄水量为64万～123万m3，按蓄水量划分，壅水闸坝的等别和建筑物级别为Ⅴ等5级。但考虑到闸坝的规模和其修建在汾河主河道上，闸坝等别确定为Ⅳ等4级。建筑物抗震设防烈度为8°。

2 工程布置原则

一是不降低原有河道行洪能力的原则。确保治理后河道内的过洪能力不低于20年一遇洪水标准。二是不采用碍洪建筑物的原则。现有防洪堤以内的河槽均为行洪区，在行洪区内不得修建碍洪建筑物。三是治理工程服从相关规划的原则。治理工程应遵循《汾河流域生态修复规划纲要》《汾河中下游河道疏浚整治工程》等所确定的原则、目标及要求进行。四是充分体现生态水利的原则。立面设计上，采用深潭和浅滩相结合及生态型斜坡护岸，保持河道与两岸生态系统的连续性，使水陆两相紧密联系，形成开放的生境条件，造就完整的生态系统。堤内蓄水工程建设依据“堤内服从堤外”，即首先满足堤外引水要求，在堤内相应位置设置闸坝。

3 壅水建筑物型式比选

在河道蓄水美化工程中，国内常用的景观壅水闸坝主要有橡胶坝、液压坝、钢坝闸。结合工程具体情况，对以上三种坝型进行综合比较。

3.1 工作原理

橡胶坝通过对橡胶充水达到阻水目的；液压坝液压启闭机直接放在河内，推动闸门起伏阻水；钢坝闸通过底轴传导到两端，靠液压启闭机推动闸门阻水。

3.2 防洪效果

橡胶坝立坝、塌坝时间长，约1～3 h，影响快速截流、蓄水或泄洪；塌坝时，坝内的水体不能完全放尽，形成不低于20 cm的壅水高度，再加上基础宜高于河床20 cm的规范要求，严重影响泄洪流量。液压坝闸门采用启闭机启闭，运行速度可达1～2m/min，一般工程不超过5min即可完成升坝和塌坝，结构上可以完全放倒与河底齐平，这样可有效保证突发洪水时能及时泄洪。钢坝闸坝体对河道行洪影响小，闸门卧倒时与河床齐平，且闸门开启时间在2～3min内完成，对城市防洪有利。

3.3 冲沙性能

橡胶坝坝体整体升降，坝前较易淤积，清理困难；液压坝可分片塌坝、集中排砂，坝体不宜淤积；钢坝闸坝体整体升降，坝前较易淤积，清理困难。

3.4 景观效果

橡胶坝坝袋易褪色、变形，外形效果较差；坝顶溢流时，瀑布景观效果差。液压坝坝顶平整，溢流时瀑布景观效果较好；坝后支撑杆件较多，影响整体景观效果。钢坝闸门体外形美观，坝顶平整，溢流时瀑布景观效果好，中墩的设置对整体景观效果有影响。

3.5 使用寿命

橡胶坝坝袋寿命10～15年，液压坝门体寿命50～60年，钢坝闸门体寿命50～60年。

3.6 运行维护

橡胶坝坝袋充水需抽提地下水，对水资源形成浪费；坝顶溢流长时间超过50 cm，易出现跨坝事件，需加强汛期的运行管理；冬季需塌坝运行或坝前凿冰越冬；坝袋易受外界水沙条件及人为破坏的影响，造成坝袋泄漏，影响正常运行。液压坝坝顶可长时间、大流量溢流，形成瀑布景观；冬季立坝运行时，坝体可向下游适当倾斜释放冰推力，管理方便；坝体为钢筋混凝土预制板，抗冲击能力较强，耐久性好，维护量小；门体可单扇启闭蓄水或行洪、冲砂，运行方便；门体间可相互导流，分段维护，检修方便。钢坝闸坝顶可长时间、大流量溢流，形成瀑布效果；冬季立坝运行时，坝体可向下游适当倾斜释放冰推力，管理方便；坝体为热喷锌防腐处理的整体钢结构，耐久性好，维护量小；启闭设备位于岸边，检修方便。

3.7 投资造价

以2.5m坝高为例，橡胶坝每延米9.1万元，液压坝每延米9.5万元，钢坝闸每延米12.8万元。

通过比较可以看出，液压坝无论从外形景观效果、使用寿命、防洪影响，还是从技术含量、利于景观多样性等方面均占有较大优势。因此，壅水闸坝均采用塌坝迅速，利于冲砂，且费用较低的液压坝。

4 结语

汾河中游属平原性河流，地势平坦、土质疏松，河谷中冲积层深厚，从防洪效果、运行维护、工程造价等方面进行分析比对，确定合理壅水建筑物型式，使汾河流域内各种水资源科学配置，充分利用雨洪资源，使洪水资源化，达到重建河流水系、抬升地下水位、净化水质、改善水生态环境等目的。

TV64［

］C［

］1004-7042（2016）08-0037-02

孙晋儒（1985-），男，2011年毕业于太原理工大学水利工程专业，助理工程师。

2016-06-16；

2016-07-19