汾河新绛城区段综合治理壅水坝坝型比选

郝 婷

（临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000）

1 工程概况

汾河新绛段地处汾河下游，是汾河进入运城市的第一站，县域内汾河总流程44.54 km，自东向西横穿4 个乡镇（龙兴镇、万安镇、古交镇、横桥乡）。汾河流域洪水频繁，主汛期洪峰高、来势猛、历时长。汾河新绛县城区段河道弯曲，呈“S”形穿城而过，河道地处一级阶地，地势平坦、高程较低，洪水威胁极大，每遇较大洪水就会酿成灾害。近年来，一遇洪涝灾害县城两岸一片汪洋，严重威胁城区人民生命财产安全，制约着城市建设和县域经济发展。为进一步提高河道抵御洪涝灾害的能力及保障防洪安全，恢复河道自然生态环境，确保人民群众生命安全，改善当地居民生态生活环境，开展了新绛县汾河城区段综合治理工程。

本次工程的任务：汾河河道防洪标准由现状20 年提高到50 年一遇；主河槽防洪标准达到5 年一遇；新建壅水坝工程，增加景观蓄水水面，为打造城市湿地公园创造条件。

工程治理范围：新绛县汾河城区段东环路大桥上游840 m至侯西铁路桥下游770 m，治理长度3.758 km，南北宽252.45～820 m。

工程主要建设内容：河槽整治工程3.758 km；新建壅水坝2 座；堤防加固工程6.7 km，其中左岸3.2 km，右岸3.5 km。

2 河道壅水坝类型

近年来，国家提出了“海绵城市”“城市双修”等一系列城市建设指导思想，按照国家生态建设“确有需要、生态安全、可以持续”的原则，通过对河道综合整治，利用河道壅水建筑物，可以改善水生态和流域生态环境。河道壅水坝属于挡水建筑物，拦蓄水头不高，又称壅水建筑物。用以拦截河流，形成水面，壅高河道水位、调蓄水量，同时阻挡河水泛滥、抗御洪水，兼顾农田引水灌溉与水力发电。低水头景观壅水坝，具有塑造水景观、改善水环境的重要作用。

2.1 水闸

水闸是修建在河道上，利用闸门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物。水闸的主要优点是冲沙效果好，但水闸上部结构的控制房、设备等较多，对景观营造不利。设计中可以改善上部结构造型，形成景观，但工程投资较高。

2.2 壅水堰

壅水堰是在河道中建设的横向建筑物，用来使水位升高，但壅水堰缩小河段断面，不利于河道行洪；没有冲沙设施，容易造成堰前淤积。

2.3 水力翻板闸

水力翻板闸是利用水力和闸门重量相互制衡，通过增设阻尼反馈系统来达到调控水位的目的。是一种节能、环保型闸门。但在景观蓄水工程中，水力翻板闸的应用有很大的局限性。

2.4 橡胶坝

橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位，以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。橡胶坝应用最为广泛，技术比较成熟，有技术规范可遵循。

2.5 钢坝

钢坝学术名称是底轴驱动翻板闸门，是一种能够实现双向挡水、灵活启闭、方便调度、工程隐蔽、无碍防汛和通航，改善河道景观的新型闸门。钢坝驱动系统位于岸边的闸室或河道的中墩内，设备在无水环境中运行，故障率低。可多角度锁定，油缸不长期受力，水位调节效果稳定。

2.6 气盾坝

气盾坝，也称气动钢盾橡胶坝，兼具橡胶坝和钢闸门的优点，主要由盾板、充气气囊及控制系统等组成。利用充气气囊支撑盾板挡水，气囊排气后塌坝，气囊卧于盾板下。具有结构简单，建设、安装周期短，对基础的适应性高，景观效果佳等特点。但气盾坝是通过控制橡胶袋内的气压来调整上游水位的高度，不稳定且易漏水。气囊长期处于河水冲刷中，易产生故障。

2.7 液压坝

液压坝是一种采用自卸汽车力学原理，结合支墩坝水工结构型式的活动坝，具备挡水和泄水双重功能。它由挡水坝面、液压启闭机、液压系统、控制设备等组成。液压坝无中墩、多扇门体连续拼接、门间设止水共同挡水。液压坝施工简单，施工工期短，和传统水闸相比，减少了闸墩、大量金属结构埋件及闸门启闭设备，但是混凝土工程量复杂，初期投资节约设备资金，后续维护费用较高。

2.8 双向旋转坝

双向旋转坝的门体外形与弧形闸门相似，采用底流排洪，冲沙能力强。门体增加了上翻检修、下翻通航的功能。结构简单、技术可靠，操作平稳，安全可靠性有保证。在闸门底侧设有犁头和清淤括板装置，具备清淤功能。检修维护方便，只需整座坝上翻，搭建脚手架便可更换，无须打围堰。闸门门体全部隐藏于闸底板水平线以下，恢复该河道原本通航深度。一次性投资仅为钢坝的80%，后期维护简便。

3 壅水坝坝型比选

在河道上兴建壅水坝，既应满足日常立坝蓄水，使其成为城市水景观的要求，又要满足汛期倒伏行洪，保证河道的行洪安全。本工程根据河道治理范围，并结合景观蓄水要求，在侯西铁路桥下游、东环路大桥上游新建2 道壅水坝。

通过了解常用壅水坝的特点，结合实地踏勘以及厂家考察，选取在中国范围内应用广泛、效果较好的壅水坝型，如橡胶坝、钢坝、液压坝、双向旋转坝四种城市段河道蓄水美化工程的坝型，进行优缺点分析比较。

3.1 橡胶坝

优点：橡胶坝造价较低，施工快，坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震、波浪等冲击，且止水效果好，跨度大。缺点：坝袋充水时间长，约1～3 h，会影响汛期快速泄洪；坝袋寿命10～15 年，寿命短。坝前易形成淤积，坝袋久用脱色、变形，景观效果较差。

参考工程投资为5 万元/m，坝高3 m。

3.2 钢坝

优点：门体外形美观；闸门启闭快，利于泄洪；坝顶平整，溢流时瀑布景观效果好。闸门寿命长，结构耐久性好，驱动系统等附属结构完全位于两侧地下启闭机室，无水环境中运行，故障率低。坝顶可形成人工瀑布，景观效果较好。缺点：坝体整体升降，坝前较易淤积；单跨跨度较小，较宽河道须设中墩，坝基础较大，土建成本较高。

参考工程投资为11万元/m，坝高3 m。

3.3 液压坝

优点：液压坝力学结构科学、不阻水、不怕泥沙淤积，放坝快速，不影响防洪安全；抗洪水冲击的能力强。坝顶平整，溢流时景观效果较好；结构简单，可单扇分段检修，管理方便，闸门寿命长。缺点：关键部件油缸涉水，长期处于河水冲刷中，易产生故障。

参考工程投资为7 万元/m，坝高3 m。

3.4 双向旋转坝

优点：双向旋转坝在底侧设有犁头和清淤括板装置。当门体向下开启底侧犁头及清淤括板将淤积物铲起或推移，行洪效率高，对城市防洪有利，不易产生淤积。驱动系统位于岸边，设备在无水环境中运行，河道上下游及周边均看不到附属设施，景观性好，长时间运作整体效果不会改变。闸门可翻起离开水面，启闭设备、运转件都不在水中。检修便捷、安全、节约。缺点：单跨跨度较小，较宽河道须设中墩及多个半个闸门高的铰座墩。坝基础较大，土建成本较高。

参考延米工程投资为10 万元/m，坝高3 m。

3.5 比选结果

根据1 号、2 号壅水坝拟定原则及各种坝型的优缺点，综合比较，1号壅水坝坝型推荐选用“液压坝”，运行灵活，冲淤、排沙效果较好，且投资较低；2 号壅水坝坝型推荐选用“双向旋转坝”，冲淤、排沙效果较好，且外形及营造景观效果较好。

4 结语

通过对比常用河道壅水坝技术指标及优缺点，结合地形条件、气候条件、水沙条件、功能需求、投资规模等进行考虑，综合比较选取了合适坝型。河道综合治理工程实施，不仅整治了河道，周边水环境也得到了很好改善。

河道低水头景观壅水坝在满足河道行洪蓄水安全的同时，维护河势稳定，还改善了周围生态环境，提高了城镇品位，形成了壅水景观，为当地的旅游事业创造了条件。

改善了汾河新绛段局部小气候，将沿河区域打造成一个天蓝、水清、地绿、景美、人与自然协调发展，且宜商、宜居、宜工的生态带，提高了当地居民的生活水平和生活质量。