西咸新区沣河综合治理工程中的橡胶坝与液压钢坝运行模式探讨

李航锋

(陕西省水文水资源勘测中心，陕西 西安 710068)

0 引言

西咸新区沣河综合整治项目突出治水的综合性、整体性和协同性，由单纯治水向系统治水、刚性治水向柔性治水转变，遵循以生态治理为主，恢复河道自然属性，扩大水域面积，建设景观功能区的建设原则，在沿河城区段相继规划建设了渭河湿地水面景观工程[1]。水面景观工程以橡胶坝、液压钢板坝为载体，改善小范围内区域气候条件，但随着在河道中建造的坝体数量增多，蓄水量增大，到汛期时梯级塌坝泄洪，如果调度不当，可能会形成人造洪峰，对下游河道安全形成一定威胁。因此，结合工程建设项目实际，对橡胶坝、液压坝泄流规律进行分析，进而制定科学的运行模式，实施安全合理的联合调度方案是保证沣河沿岸防洪安全及实现人水和谐、生态良好、景观丰富城中河目标的重要基础[2]。

1 沣河流域概况

1.1 位置及水系

沣河系渭河右岸一级支流，发源于西安市长安区喂子坪乡大坪村秦岭北麓的麦积磊，由南向北流经长安区喂子坪、滦镇、东大街办、户县的秦渡镇，于咸阳市秦都区沣东镇渔王村汇入渭河。流域面积1 386 km2，河长78.0 km，平均比降8.2‰。沣河干流上游称沣峪河，在秦渡镇以上有高冠峪河、太平峪河、潏河三条较大支流汇入，潏河在秦渡镇水文站以下汇入沣河，潏河汇入口秦渡镇以下没有大的支流汇入。高冠峪河流域面积167.2 km2，河长36.1 km，平均比降35.3‰；太平峪河流域面积214.0 km2，河长44.5 km，平均比降19.1‰；潏河由大峪河、小峪河、石砭峪河汇流而成，流域面积687 km2，河长64.2 km，平均比降9.7‰。本次规划范围上起108国道，下至渭河入渭口，河长17.5 km[3]。渭河中游段水系分布见表1。

表1 渭河中游段水系分布情况表

1.2 流域水文站网布设

沣河流域目前设有水文站2处，秦渡镇水文站控制流域面积566 km2，于1935年设站；高桥水文站设立于1965年，断面以上集水面积632 km2，大峪水文站设立于1952年，断面以上集水面积53.9 km2。沣河水文站网分布状况见表2。

表2 沣河流域水文站网概况表

2 工程建设概况

沣河综合治理工程项目主要包括橡胶坝工程、调节闸工程、护坡工程、防渗工程等。其水面工程南起G310国道，北至西咸交界，河道长度约11 km,水面工程长度6.5 km。结合沣河水清、量小、滩槽分明的特点，建设的主要任务是在河道主槽修建橡胶坝，抬高水位，拓宽河道主槽，增大水面面积，为水生生物提供一个良好的生存环境，为了防止沣河两岸岸坎的进步塌陷影响形成的景观，在主槽两侧布设护坡工程[4]。为了将形成的水面得到充分利用，沿途的旅游资源能得到最多的开发，在橡胶坝端设通航船闸，可以保证河道通行游船需要。通过洪水资料分析，依据地形及河道现状，确定工程建设规模为:

(1)橡胶坝工程:设计新修橡胶坝坝高5 m,坝总长188.8 m， 回水长度6.5 km,蓄水区水面宽80～240 m,形成水面面积0.92 km2,蓄水量为281万 m3。

(2)调节闸工程:在橡胶坝右侧布置调节闸一座，闸门孔口尺寸4.2×3.5 m。

(3)船闸工程:在调节闸右侧一端设通航船闸，闸首及闸室宽度6 m，闸长49 m。

(4)护坡工程:修建主槽护坡工程总长12.780 km,其中格宾护坡8.897 km, 自嵌式挡墙1.714 km,模袋混凝土护坡1.737 km,浆砌石扭面衔接段0.432 km。

(5)防渗工程:蓄水区河底防渗G310国道上游采用模袋铺底形式，下游防渗采用河底铺设1 m厚壤土防渗方案，铺设面积共68.14万 m2。

3 橡胶坝与液压钢坝运行模式分析

河道内水面工程属城市蓄水美化工程，因此，运行时首先应尽量避免对河道行洪、上下游河势及冲淤产生不利影响。同时，为保证工程的正常运行和景观效果，运行时应尽量减少塌坝次数，从而减少水资源的不必要浪费。

3.1 橡胶坝

3.1.1 非汛期

1)橡胶坝处于立坝蓄水状态，河道来水通过橡胶坝坝顶溢流下泄，形成优美的动水景观效果。当流量小于120 m3/s时，通过橡胶坝坝顶溢流，在沣河流量大于120 m3/s小于200 m3/s时，调节闸与橡胶坝坝顶同时过流，橡胶坝正常运行；为实现对河道滩地上湿地水面区的补水及河道外人工水系景观补水，从橡胶坝蓄水区通过引水渠或泵站引水，河道内湿地水面及河道外人工水系退水又排入沣河下游河道橡 胶坝蓄水区内。

2)在沣河橡胶坝立坝运行时，利用橡胶坝工程设置的船闸，实现沣河橡胶坝之间游船通航。

3)枯水年份由于沣惠渠引水灌溉不能满足橡胶坝蓄水要求时，本工程可降低水位运行，通过调节闸向下游下泄生态基流；结合灞河橡胶坝、神木县橡胶坝的运行经验，橡胶坝冬季立坝需降低坝袋高度运行。

3.1.2 汛期

汛期运行应适时掌握橡胶坝塌坝、立坝运行的时间和时段。塌坝时间根据水情预报判定，立坝时间根据洪水退水情况确定。

3.1.3 塌坝

沣东新城位于沣河的下游段，在工程段上游有秦渡镇水文站，在工程建设实施阶段可以利用现有设施通过西安市防汛办或秦渡镇水文站取得水情信息。

为减少橡胶坝塌坝次数，流量小于200 m3/s时，调节闸与橡胶坝坝顶同时过流，橡胶坝正常运行，在沣河流量大于200 m3/s时，橡胶坝塌坝，可以加大泄洪能力，也有利于冲砂排淤。本工程运行时主要塌坝界定流量200 m3/s,秦渡镇水文站及高桥水文站可以提前3 h提供水情预警信息，秦渡水文站距G310国道约14 km, 高桥水文站距G310国道大约14 km, 洪水传播至工程段约2.1 h，当两个水文站水情言息预报总流量大于200 m3/s时，根据沣东新城农林水工作局、西安市防汛抗旱指挥部办公室、秦渡及高桥水文站达成的协议，由西安市防汛抗旱指挥部办公室提前3 h进行预警，提前2 h进行预报，通知沣东新城防汛抗旱工作领导小组，由领导小组做出决策通知橡胶坝管理机构进行安全管理，运行部门做好塌坝准备并通知游人撤离，在1 h后根据延续传递的水文信息判别洪水是递增还是递减型。当预警信息任预报洪峰流量大于200 m3/s,橡胶坝立即塌坝运行，不得延误。橡胶坝的塌坝时间控制在2 h。

3.2 液压钢坝

3.2.1 非汛期

1)通常情况下，液压活动坝处于升坝状态；来水量变小时，液压活动坝全部升起;来水量逐渐增大，坝顶溢流水深超过40 cm时，自动降坝系统开启，单块或连块坝面依次降坝河道部分断面泄流;非汛期发生小洪水时，通过自动升降坝系统调整保持液压活动坝溢流水深不超过40 cm,直至完全降坝。

由水源分析可知，当液压坝塌坝运行行洪后，考虑充分运用沣河汛期洪水资源，必须在当场洪水退水期重新蓄满蓄水区，如果立坝流量过大操作困难，坝顶长时间过流会对液压坝安全构成威胁，因此必须限制溢流水深，流量小于200 m3/s时溢流水深不超过0.4 m，因此当预报上游洪水流量小于200 m3/s时，将液压坝立起运行，为蓄水区蓄水，液压坝立起后应及时检查立坝情况，以确保液压坝继续行洪时安全，汛后要对液压坝彻底检查一遍，并将坝底及锚固槽的沙石清除干净。允许洪水携带泥沙在液压坝蓄水区河槽死库容沉积，直至淤满。

2)枯水年份由于沣惠渠引水灌溉不能满足液压坝蓄水要求时，本工程可降低水位运行，通过调节闸向下游下泄生态基流。

3.2.2 汛期

按照液压活动坝的设计规定，结合沣河防洪、蓄水的实际需求，液压活动坝必须在较短的时间内降坝泄洪，本次沣河液压活动坝设计，降坝时间为0.5 h。升降坝系统按计算机监控设计，运行过程中，系统实现自动化控制。

当渭河发生5 a一遇洪水时，水位为379.30 m,低于液压坝蓄水位379.50 m,此时若沣河无水，则液压坝不需要塌坝。如沣河上游发生洪水，则液压坝塌坝运行。

3.2.3 预警

目前，陕西关中水文测验设施和水情报汛通信系统建设已具一定规模。沣东新城位于沣河的下游段，在工程段上游有秦渡镇水文站，本工程可以利用现有设施通过西安市防汛办、秦渡镇水文站取得水情信息。

为减少液压坝降坝次数，流量小于200 m3/s时，调节闸与液压坝坝顶同时过流，液压坝正常运行，在沣河流量大于200 m3/s时，液压坝降坝，可以加大泄洪能力，也有利于冲砂排淤。本工程运行时主要降坝界定流量200 m3/s，秦渡镇水文站及高桥水文站可以提前三个小时提供水情预警信息，秦都水文站距G310国道约14 km，高桥水文站距G310国道大于14 km，洪水传播至工程段约2.1 h，当两个水文站水情信息预报总流量大于200 m3/s时，由西安市防汛抗旱指挥部办公室提前3 h进行预警，提前2 h进行预报，通知园办防汛抗早工作领导小组，由领导小组做出决策通知液压坝管理机构进行安全管理，运行部门做好降坝准备并通知游人撤离，在1 h后根据延续传递的水文信息判别洪水是递增还是递减型。当预警信息任预报洪峰流量大于200 m3/s，液压坝立即降坝运行，不得延误。液压坝的降坝至底时间控制在1 h。

4 结语

沣河的主要特点主要是水清、量小、滩槽分明，实施沣河综合治理工程，通过建设橡胶坝、液压坝等水工建筑物可在不影响防洪工程的基础上形成6.5 km长的水面工程, 将河道总体布局方案设计成两侧漫滩为滨河生态园加中部主河槽蓄水。修建橡胶坝可抬高水位，拓宽河道主槽，增大水面面积，为水生生物提供一个良好的生存环境。橡胶坝及液压坝运行时应科学合理，相互依托，尽量避免对河道行洪、上下游河势及冲淤产生不利影响，为保证工程的正常运行和景观效果，运行时应尽量减少塌坝次数，从而减少水资源的不必要浪费。