泾河蓄水方案挡水建筑物比选分析

马桂红

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

泾河蓄水方案挡水建筑物比选分析

马桂红

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

本文根据不同挡水建筑的工程特性，分析比较了各种挡水建筑优缺点，根据泾河地形、来水来沙特性及河道自身特点选择该工程的挡水建筑物，以期为类似案例提供借鉴。

挡泄水建筑物；橡胶坝；必选分析

1　工程概况

泾河是渭河北岸最大的一条支流，下游17.5km为泾河新城的城中河。泾河新城为西咸新区五大组团之一，定位为现代田园城市，因此该段河道治理对泾河新城建设至关重要。

该河段位于张家山水文站和桃园水文站之间，多年平均径流量12.3亿m3，多年平均输沙总量为1.45亿万t。泾河新城两岸防洪标准为50年一遇洪水，相应洪峰流量为11330m3/s，两岸防洪工程正在建设中。

工程区河段河床较为开阔，河道滩槽分明，两岸滩槽平均高差一般在7m～8m之间，最大高差在10m以上，主槽宽度约200m，非汛期河道主流一般位于主河槽内。河道平均比降为1.3‰。

根据河道地形特性，设计采用二级一槽蓄水方案，即主槽蓄水+两岸滩地公园方案。根据泾河来水来沙以及河道的自身特点，同时节约工程投资，设计采用滩地段、主槽段不同挡水建筑物组合的型式。

挡水建筑物选择的影响因素很多，不但影响工程景观效果，同时也决定着工程造价，因此应该进行综合比选。

2　挡水建筑物坝型选择

河道挡水、泄水建筑物型式一般有砌石或砼低坝、水闸、橡胶坝等。

砌石或砼低坝具有施工技术简单，坝身溢流条件好，可形成跌水或瀑布景观，且管理维护费用低。但这种刚性坝连续布置于城市河道内，不仅阻水，而且碍洪，使城市防洪安全得不到保障，长时间运行还会造成蓄水区大量淤积，这种淤积仅靠水力冲刷消除难度很大，人工清淤不仅加大了管理成本，而且景观效果不佳。

翻板闸运行简单，坚固性好、投资相对较小。但在多泥沙河流，闸板前不可避免会形成淤积，翻板闸靠水力作用不易或不能自动翻板，将严重威胁到城市防洪安全，因此，翻板闸少有在多泥沙河流上应用。

常规水闸的坚固性和耐久性较好，孔数较多从而启闭运行灵活、安全可靠，特别在多泥沙河流上提闸冲砂方便，有利于减少蓄水区泥沙淤积。不利之处是水闸闸墩较多，需启闭机工作桥等，景观效果较差。

橡胶坝底板高程一般低于河床平均高程，塌坝后坝袋紧贴坝底板，不影响河道行洪，坝袋色彩鲜艳，外形轻巧美观，与城市风貌相协调，且投资适中，在城市河道治理工程中应用较多，例如天水耤河治理工程、敦煌党河治理工程、武威市杨家坝河治理等工程中均采用橡胶坝作为主要挡水建筑物，坝高超过5m，均取得了良好的景观效果。橡胶坝存在的问题是坝袋易被尖锐器物刺伤以及坝袋老化问题，但在工程运行中加强管理，可延长坝袋的使用寿命。

近几年新推出的挡水建筑物有钢坝闸、气动盾形闸门，最大高度可达到7m～8m，且景观效果良好，但造价均大于同等高度的橡胶坝，且坝越高造价差值越大。

本工程滩地段挡水高度不超过3m，根据各挡水建筑物的特性，橡胶坝是较好的选择，技术成熟、景观效果好、造价低，同时不影响城市的防洪。

3　主槽段挡水建筑物的比选

水闸、钢坝闸、气动盾形闸门三种型式从工程布置、功能、防洪要求及景观效果等方面对比分析比较如下：

（1）工程布置方面

水闸闸门高度不受限制，但单孔跨度较小，闸墩多、结构高度大，对地基要求高。

钢坝闸单跨跨度相对较大，液压启闭机位于中墩、边墩中，目前坝高6m单跨最大可达30m左右，但中墩宽度最小为8m。由于启闭设备布置在边墩、中墩内，外观结构相对简单，且占地少。钢坝闸属于底轴驱动翻板闸门，地基变形对闸门的运行影响很大，因此对地基变形要求较高。

气动盾形闸门利用空气压缩机启闭刚闸门，原则可不设中墩，但目前技术还达不到，单跨长度、中墩宽度与橡胶坝相当，不存在碍洪情况。气盾坝采用钢板与橡胶气囊组成，现场多幅拼接，运行过程中要尽量减少地基变形，对地基变形要求较高。

（2）坚固性与耐久性：水闸、钢坝的坚固性和耐久性较好，设计使用寿命可长达50年～60年。气动盾形闸门使用寿命在30年以上。

（3）塌坝运行情况：水闸、钢坝闸都是采用启闭机启闭，可快速启闭，可有效的保证突发洪水及时泄洪和泄洪后及时蓄水。气盾坝的充气囊体可打开阀门自排气体，一般塌坝时间约为30分钟左右，相对较长。

（4）水位调节：三种闸门均可实现对运行水位进行调节。钢坝闸可以根据不同来流量在0°～90°之间任意角度状态来调节水位，坝顶可控制溢流0.3m，来实现瀑布效果；气动盾形闸门完全升起时，面板与水平面的夹角介于60°～70°之间，并可停置在此范围内的任意角度上来调节水位，溢流水头不超过0.5m，来实现瀑布效果；传统水闸主要是通过控制闸门开度调节下泄流量，从而实现水位的调整，闸顶经过特殊处理也可实现部分溢流，溢流水头也控制在0.5m。

（5）河道行洪、排沙方面：气动盾形闸门、钢坝闸都可以完全倒伏在河底，基本不产生阻水现象，但钢坝闸中墩的设置，局部减小了行洪断面面积。传统水闸闸墩较多，局部减少了行洪断面，但传统水闸可以利用闸孔泄洪、排沙，运行更方便灵活。对于泾河多泥沙的河流，传统水闸更安全。

（6）自动化程度：均可实现自动化和网络控制。

（7）景观效果：钢坝闸、气动盾形闸闸顶与上游蓄水位平齐，上游来水量较大时，都能溢流，形成瀑布和水帘长廊效果，并且闸门本身也可喷彩色、文字、图案，形成一道风景。水闸属于高耸建筑物，隔断了河流，即使闸顶经过特殊处理可形成一定的溢流效果，景观效果不及钢坝闸、气动盾形闸。

（8）施工难易程度、工期：传统水闸结构相对复杂，对地基的要求较高，施工工期长。钢坝闸、气动盾形闸门都是工厂加工，现场整体安装，外观结构简单，但精度要求高。

（9）技术与投资：水闸技术成熟，投资较少。钢坝闸技术正在推广完善中，投资较大。气动盾形闸门从国外引进发展而来，国内技术不很成熟，主要部件如气袋等国产化程度不高，工程投资很大。以2#主河槽拦河建筑物为例进行方案比较。比较结果见表1。水闸、钢坝闸和气盾坝优缺点对比见表2。

本工程挡水建筑物的主要作用是蓄起一片满足观赏要求的景观水面，汛期安全泄洪，同时本身也是一处景观，因此，结合本工程具体情况，经综合分析比较，虽然钢坝闸、气动盾形闸门在景观效果上更具优势，但技术可靠性、操作的灵活性、工程的投资等方面水闸更具优势，也更适合泾河多泥沙河道泥沙是首要问题的特点。

表1　2#主河槽段挡水建筑物方案比较表

表2　水闸、钢坝闸和气盾坝优缺点对比表

4　可行性分析

泾河为多泥沙河流，解决泥沙问题是工程成败的关键，选择什么样挡水建筑物不但影响泥沙的淤积，也关系着工程的正常使用寿命。

渭河宝鸡拦河闸工程位于市区马营桥（即渭河大桥）下游350m处，选用平板钢闸门，共布置29孔，单孔净宽19.0m，闸门最大高度4.1m，闸室底板布置成阶梯型（详见图1），工程于2004年底下闸蓄水，随着运行管理方式的优化以及运行管理的规范化，工程运行情况良好，蓄水区淤积不明显，水面景观效果良好。

泾河为渭河的第一大支流，渭河宝鸡拦河闸工程与本工程类似，本工程主河槽拦河闸在布置上借鉴渭河宝鸡拦河闸工程的布置，取长补短，使其更适合泾河的河道特性。

图1　宝鸡拦河闸闸室底板布置图

5　结语

本工程充分考虑泾河的地形和泥沙特性，结合以往的工程经验，最终采用主槽升卧式水闸+滩地橡胶坝的组合方式做为工程挡水建筑物，同时在宝鸡拦河闸工程的基础上，对挡水建筑物进行了优化：1）在主河槽采用了升卧式闸门，降低水闸的高度，景观效果更好；2）在滩地段采用了橡胶坝，节省了工程投资；3）在运行方式中，沙限以下的来水利用闸孔+橡胶坝坝顶宣泄，减少橡胶坝的塌坝次数，节约运行成本；4）在不影响工程运行的条件下，对上部结构结合城市建设进行美化设计，创造最佳景观效果。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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