拦河闸坝在北方河流城镇景观设计中的运用

鲍海霞

（赤峰市水利勘测设计院，内蒙古赤峰024000）



拦河闸坝在北方河流城镇景观设计中的运用

鲍海霞

（赤峰市水利勘测设计院，内蒙古赤峰024000）

摘要：针对北方河流水少、多沙、洪水陡涨陡落、有冰冻期，对拦河建筑物要求较高等问题，结合城市规划设计亲水环境 要求，对适合北方河流城镇景观设计的橡胶坝、液压升降坝及钢坝闸三种拦河闸坝的结构形式进行了分析对比。使拦河闸坝在北方河流中成功运行，在保证防洪安全前提下，达到良好蓄水美化周边环境的功能效果。

关键词：拦河闸坝；景观；防洪；运行

北方地区多数河流经常处于干枯状态，而城镇基本都是傍河建城，干涸的河道，使河道的生态环境逐步恶化，成为了垃圾倾泻场，两侧挤占河道现象突出。为整治河道环境提高城市品位，国家投入了大量资金进行治理，治理主要方式是以植物绿化为主。但水是城市的灵魂，有水城市才有“生的气息”，河道水环境在人民心目中占有重要地位［1］。因此，通过工程措施在城市河道拦蓄水面，创造城市亲水环境，提高城市品位，已成为城市规划设计研究的重要内容。

1　北方河流景观设计中拦河闸坝的选用

1.1 橡胶坝

1.1.1 橡胶坝结构

橡胶坝，又称橡胶水闸，主要由土建部分、封闭坝袋及锚固件、充排水（气）管路设施、电气自动化控制系统等组成。大坝体主要采用高强度合成纤维织物作为河流拦蓄水的受力骨架，内外均匀涂敷橡胶作防护层，加工成胶布后经锚固装置固定底板上以形成封闭坝袋，经充排管路将水（气）等介质将坝袋充胀形成具有挡水、蓄水功能的闸坝［2］。橡胶坝坝顶能溢流，同时能根据河流实时水量按需调节坝高，控制闸坝上游的水位，以发挥大坝拦水、蓄水和生态景观效果。橡胶坝类别分为充水式和充气式两种。在充排时间方面，充水坝要长于充气坝；在造价方面，两种坝型相差不多。

1.1.2 橡胶坝特点

（1）橡胶坝优点

①造价较低，性价比高。同常规水工拦河闸比，其总投资可以降低30%～70%。大坝以橡胶材料为主，可节省30%～50%的钢材用量、50%左右水泥用量和60%以上木材用量。

②施工工艺简单，施工技术成熟，施工期短。大坝体施工，主要采用锚固装置形成封闭装坝袋，只需3天～15天即可完成坝袋安装，施工组织方便、施工效率非常高。

③大坝体为柔性软壳结构，能够有效抵御地震、波浪等刚性破坏冲击，且密封袋装结构止水效果好，韧性强，跨度大，汛期不阻水［3］，［4］。

④采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，溢流美观，能很好与城市河流生态景观匹配。橡胶坝在河道景观中的运用效果如图1所示。

图1　橡胶坝在河道景观中的运用

（2）橡胶坝缺点

①塌坝时间长，泄洪、防洪不利；立坝时间长，拦蓄水时间长。

②泄洪冲沙效果差。

③冰冻期运行成本高。

④漂浮物、尖利和有头角物体易对坝袋容易造成刺伤；在水流冲击波动等过程中，坝袋与底板会出现磨损、河卵石摩擦撞击等问题，易造成坝袋发生拉裂损害。

⑤运行成本、管理成本较高、安全性差、橡胶易老化和质量事故发生率高。

1.2 液压升降坝

1.2.1 液压升降坝结构

混凝土面板液压升降坝的坝体是由一组合页式活动混凝土坝面、系列固定支撑杆和液压缸构成。液压升降坝水压力通过支撑杆和液压缸压在基础上，力学结构科学，抗洪水冲击的能力强［5］。以铰链轴耦合连接的活动拦水坝作为闸坝主体，以一排液压缸作为动力，通过压力调节实现升坝拦水、降坝行洪的功能。通过坝前传感器采集水位信号，自动控制液压系统完成闸坝升坝和降坝功能，并将相关信息传输到集控中心，便于运行管理人员制定合理的调度运行策略，确保行洪安全和河道生态景观效果。

1.2.2 液压升降坝的特点

（1）液压升降坝的优点

①造价较低，液压升降坝结构坚固可靠，北方冬季结冰对它造成损坏较小，使用寿命较长。

②液压升降坝降坝迅速泄洪能力强、排沙、排漂效果好；立坝时间快，拦蓄快。

③液压升降坝自动化程度高。通过自动控制系统，可以将闸坝实时运行工况状态传输到集控中心，实现电脑远程自动控制。

④密封止水效果好，维护管理费用低。

⑤坝形美观，可以任意升降演示的活动坝体坝顶溢流似人造瀑布。液压升降坝在河道景观中的运用效果如图2所示。

（2）液压升降坝的缺点

①检修不便，坝的支撑部分在河道底板，一旦事故，对防洪不利。

②对液压缸密封要求高，北方多风，洪水期或沙尘期沙子易进入裸露缸体磨损而使其受到损伤，降低使用寿命。

③坝体为砼薄体结构，冬季运行冻融影响大，影响使用寿命。

1.3 钢坝闸

1.3.1 钢坝闸结构

图2　液压升降坝巴林左旗沙力河中的运用

钢坝闸是城镇河流生态景观设计中采用的一种新型可调控溢流坝，主要由土建构建物、钢性坝体、动力装置等组成。钢坝闸适用河面宽、水位差小的河道，可用于10～100m宽、水位差在1～6m的河道。钢坝闸能根据需要设计比较宽，即可省去河道中的闸墩，不仅结构简单，同时可节省大量河道中构建物的修建［6］。利用动力装置按需实现立坝蓄水、卧坝行洪排涝，以及通过坝顶过水人工瀑布，营造和谐城市河道亲水生态景观。

1.3.2 钢坝特点

（1）钢坝优点

①结构简单，性能优越，使用寿命长。设计使用寿命可达50～60年，目前国际上已有超过百年的钢性闸门依然具备良好的工作性能。

②运行管理方便，能耗较低，维修方便，闸门启闭系统位于河岸一侧，占地较小，检修时只在地下启闭时间修即可；闸门的运转构件采用特殊复合材料，无需添加润滑油即可在水下可靠动作。采用热喷锌防腐层（沙流速在8m/s以下不会对镀锌层造成破坏，一般河流很难达到8m/s沙流速），锈蚀速度非常低，约30年进行一次防腐即可。

③液压升降机构运行速度可达1～2m/min，也就是只需1～3min即可完成升坝、降坝的操作。泄洪能强、排沙、排漂效果好；立坝时间快，拦蓄快［7］。

④坝顶溢流可以长时间大流量的从坝顶溢流形成人工瀑布。

⑤安全可靠性高：钢坝配套二台驱动装置，手动、自动为一体，且手动操作力只需5kg，操控便捷可靠。

⑥自动信息化程度高，可以根据河流水位实时状态动态调节闸坝运行工况，实现立坝和塌坝的准确操控和集控中心远程监控。钢坝闸在河道景观中的运用效果如图3所示。

图3　钢坝闸在翁牛特旗小西河中的运用

（2）钢坝缺点

①由于受力条件不好，固定轴要求较高，启闭机吨位较大，造价较高。

②河道较宽需设中墩时，需要较宽的中墩，占用行洪断面较大。

③只适用于河道宽度在100m以内。

2　拦河闸坝的调度运行特点及库区防渗技术

2.1 拦河闸坝调度运行特点

北方河流多属于季节性河流，主要集中于汛期的6～8月，汛期来水量占全年来水约86%，且多以洪水形式发生，因此在拦河闸坝运行时为防止库区淤积，运行时发生洪水即坍坝泄洪，错过主峰，拦蓄尾水，并定期清淤，以防止库区成为泥库现象发生。

年运行期根据国内运行方式及本地区气候特点（高寒地区），分冬季运行方案和冬季停运方案。冬季停运时，10月末放水坍坝，根据春季来水及冻融（4月15日化通）情况，5月份才能蓄水，年运行时间6个月。由于没有破冰要求可减少年运行费用，不利因素是河流环城，冬、春风季河床裸露，会引起沙尘，对城镇及周边环境造成影响。

拦河闸坝冬季运行，整个冬季和春季可以蓄水，水面覆盖裸露河道，防止沙尘影响，对保护城市环境有利，冬季运行可形成较大面积冰面，可接纳冰上项目运动，是开展全民健身运动的理想场所［8］。因此，也推荐冬季运行方案。橡胶坝方案坝前有防冻要求，可采用人工破冰或吹冰机械防止结冰，但耗能高。液压坝及钢坝闸方案可把闸坝放一定角度蓄冰运行。

2.2 拦河闸坝库区防渗

为了防止拦河闸坝上游库区较严重的渗漏并确保在蓄水期内能够长期蓄水，即库区上游回水区域内的两岸河道护岸及库底均需要铺设防渗膜。设计需采取全封闭防渗措施，考虑运行后土工膜有局部损坏渗漏时产生扬压力，可能使覆膜膨鼓，所以在坝区覆膜范围内每隔30～50m铺设压膜带，压膜带的另一个作用是固定河道断面。

3　结语

北方河流多属于季节性河流，多沙，推移质量大，洪水陡涨陡落，非工程措施严重滞后，河道环境差，有冰冻期。设计城镇河道拦蓄景观工程要充分研究河流具体特点，在满足行洪、排沙、改善河道环境的的基础上，结合河道景观要求，选用与河流特点相匹配的拦河闸坝。通过拦河闸坝的蓄水运用，结合绿化美化及其他景观工程的建设，在美化城市环境，改善市容市貌，提升城市品味，丰富人民群众的精神文化生活等方面起到了非常重要的作用。

参考文献

［1］贾玉爱.生态水利设计理念在城市河道治理美化工程中的应用［J］.水利技术监督，2012（05）：60-62.

［2］赵洪洋.辽河干流双安桥生态抗旱临时蓄水橡胶坝工程设计［J］.水利规划与设计，2014（10）：92-95.

［3］李宏军，杨佳栋.城市河流生态景观与橡胶坝设计运用探讨［J］.水利建设与管理，2014（05）：27-29.

［4］陈改改，邱丁初.滦河滦县段1号橡胶坝设计综述［J］.水利规划与设计，2014（12）：46-47，51.

［5］丁峰，刘月刚，邱象玉.液压升降坝在城市河道中的选型设计［J］.水利规划与设计，2013（03）：59-61.

［6］尚常清，崔瑞香.钢坝闸在黑河沟水环境治理工程的应用与探索［J］.水利技术监督，2013（03）：22-24.

［7］张锋.钢坝闸与橡胶坝在河道治理中的应用比较［J］.西北水电，2011（01）：27-29.

［8］杨万志，刘玉珍.拦河坝改建中的河流生态修复途径［J］.中国水利，2006（16）：15-16.

作者简介：鲍海霞（1977年—），女，高级工程师。

收稿日期：2015-06-30

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.027

中图分类号：TV64，TV85

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）03-0074-03