四家子跌水工程坝线方案及跌水型式的比选综述

贾皓翔

(辽宁省农业发展服务中心，沈阳 110003)

1 工程概况

四家子河道位于蒲河上游段的辽宁铁岭县横河子乡，工程区附近公路交通网较密集，其间有多条县级公路相接，工程交通运输便利，不必新建对外永久交通公路。本次蒲河生态廊道建设由四家子跌水和上下游的河道整治及主槽上下游两岸岸坡防护等组成。

2 河道存在问题

2.1 河道现状

四家子村社区上游，目前没有修建水工建筑物。蒲河棋盘山水库上游段河床宽窄不均，河床宽20-50m不等，顺山就势，蜿蜒曲折，主河道两岸岸坡陡峭，土石裸露，杂草丛生，影响河水下泄，特别是汛期由于山区坡面陡峻，降雨汇流时间短，河水来势猛并很快冲出河床，使两岸水土流失较重。

2.2 基础设施现状

项目区有蒲河通过，为两岸灌排提供保障，河道多年未整治，河道淤积、水土流失严重，农业配套设施较差，设计标准低，配套率低。望滨街道内交通条件优越，形成交通网络。项目区有10kV的高压供电线路和380V的低压供电线路。农村电网改造基本完成，可以满足项目区用电需求，当地供电部门也愿意并积极配合高标准农田建设工程工作。为以后新建排水站提供了可靠的电力保证。

2.3 项目区农业和农村经济发展的制约因素

项目区域的农业经济一直保持着良好的发展势头，在最近几年，但仍存在一些薄弱环节，影响了农村经济的可持续发展。主要表现在2个方面：①四家子社区蒲河河道未进行河道整治，抵御自然风险能力脆弱，降低了农业抗旱防涝的能力，此外，频繁发生的自然灾害已严重制约着农业经济的持续快速发展；②此段河道与棋盘山花果山神秘谷成一线，但由于河流治理和生态保护不足，严重限制了当地经济的发展。

3 项目建设的必要性和可行性

3.1 项目建设的必要性

3.1.1 打造蒲河生态廊道建设

棋盘山的四家子是蒲河生态廊道的一部分，对全线的环境和促进区域经济发展、增加农民收入具有重要作用。通过该项目的实施对整个蒲河生态廊道建设具有十分重要的作用。

3.1.2 建设抵御自然灾害能力

项目建成后使河道治理更加完善，提高农业抵御自然灾害的能力，确保区域经济快速发展的重要保证。

3.2 项目建设的可行性

3.2.1 河道生态廊道建设基础

项目区位于棋盘山望滨街道四家子社区，河流顺直，上游天然水面宽阔，非常适用于跌水、护岸、绿色湿地等工程。项目完成后,将形成一个生态湿地,充分反映出自然的特点，提高生态与水的亲和力，不仅能为在河道左侧建设田园观光区提供必要条件，同时为人们的水边活动和休闲空间提供水资源保障。

3.2.2 组织能力有保证

项目区棋盘山开发区管委会、水利服务中心和当地政府等单位的领导班子高度重视对蒲河生态廊道建设工程项目。项目区群众对河道的治理以及生态意识较高，建设项目的目的明确，为项目建设提供有利的组织保证。

4 工程建设任务及主要内容

4.1 工程建设任务

4.1.1 生态

通过对河道的清淤、疏浚、整治及新建橡胶坝工程，拦蓄水量，形成水面；用生态的、科学的、多样性的绿化配置，使河、湖岸边形成绿色长廊。具有调节区域气候、改善区域生态环境的作用,促进可持续发展的新领域。

4.1.2 景观

通过河岸边生态护坡布置，来充分发挥河道的自然景观和人文景观功能，创造优雅、闲情的乡村风情。

4.1.3 旅游休闲

创造自然景观、人文景观和历史文化景观，可给居民和游人以美的享受。

4.2 工程建设主要内容

4.2.1 工程选址

上起古砬子橡胶坝至下游四家子社区，河道长1700m，比降约1/500。在该河段内共有两处适宜修建跌水的合适位置。上坝线位于13号断面附近，下坝线位于30号断面(四家子社区)附近。两处坝线河道均较窄，且靠近右岸道路，施工交通及运行管理均较方便。上坝线选择2m高跌水方案，下坝线选择1.6m高跌水方案进行比较。

1) 上坝线方案：位于13号断面附近，初拟跌水高2m，主河槽跌水长7m，右岸跌水长36m，左岸跌水长41m，跌水总长度84m。河底高程107.68m，设计跌水顶高程(常水位)109.68m，上游古砬子橡胶坝底板高程109.58m，回水与古砬子橡胶坝底板衔接。常水位水面面积24832m2(37亩)，河道面积9209 m2(14亩)，占地面积15623 m2(23亩)。

2)下坝线方案：位于30号断面附近，初拟跌水高1.6m，主河道跌水长20m，两岸跌水长20m，跌水总长40m。河底高程106m，设计跌水顶高程107.6m，上坝线河底高程107.68m，回水至13号断面，与上游跌水底板衔接。常水位水面面积31141m2(47亩)，河道面积14060 m2(21亩)，占地面积17081 m2(26亩)。各方案主要指标比较见表1。

表1 各方案主要指标比较

经比较，上游坝线地势较高，远离村屯；而下游坝线地势较低，靠近村屯，运行管理、施工方便，与区域总体规划相协调，所以选择位于四家子社区附近的下坝线作为推荐坝线。

4.2.2 跌水高度的确定

在选定的下坝线位置选择高度分别为1.2m、1.6m和3.6m三个跌水方案进行比较。

1)下坝线1.2m方案: 位于30号断面(四家子社区)附近，跌水高1.2m，主河道跌水长20m，两岸跌水长18m，跌水总长38m。河底高程106m，设计跌水顶高程(常水位)107.2m，常水位回水至16号断面，常水位水面面积25942m2，河道面积13498 m2，占地面积17081 m2。

2)下坝线1.6m方案：位于30号断面附近，跌水高1.6m，主河道跌水长20m，两岸跌水长20m，跌水总长40m。河底高程106m，设计跌水顶高程107.6m，上坝线河底高程107.68m，回水至13号断面，与上游跌水底板衔接。常水位水面面积31141m2，河道面积14060 m2，占地面积17081 m2。

3)下坝线3.6m方案：位于30号断面附近，跌水高3.6m，主河道跌水长20m，两岸跌水长184m，跌水总长204m。河底高程106m，设计跌水顶高程109.6m，上游古砬子橡胶坝底板高程109.58m，回水与古砬子橡胶坝底板衔接。常水位水面面积217899m2，河道面积26633 m2，占地面积23269 m2。各方案主要指标比较见表2。

随着跌水高度的增加，常水位水面面积增加，同时占地面积随之增大。考虑到现状主河槽深度接近1.2m，为了减少新征土地面积，同时具有一定的水面面积和景观效果，经综合比较初步确定跌水高度1.2m方案作为推荐方案。

表2 各方案主要指标比较

4.2.3 跌水型式的选择

常用的跌水型式有实体堰和闸门跌水型式。

实体堰跌水常常用于主河槽较深河段或用于河道截浅引水工程。其优点是运行管理方便，造价节省；其缺点在于不可避免的泥沙淤积，严重影响河道行洪。如下图是抚顺莲岛河实体堰跌水，泥沙淤积几近平堰顶。鉴于四家子河段主槽窄浅，如采用实体堰跌水，泥沙将很快淤积，恶化河道行洪能力，并可能在大洪水时改变主槽位置，故本河段不适于修建实体堰跌水型式。

1)传统平板闸门，优点为：①泄流能力大；②运行控制更加灵活，通过开闸调度方式调节流量更加方便。缺点为①该项目建成后，专门人员需要执行的操作，检查和维护；②上部结构较高，影响美观；③水从闸门下部流出，水面上的漂浮物往往排不出去；④项目投资相对较高[1]。

2)水力自控翻板闸，在任何一个开度均能保持力矩平衡，实现随水位变化而闸门渐开、渐闭。

优点为：①水力翻板闸门使用时，它既不使河床变窄，又兼有闸口上下同时过水的特点；可保证过水能力大，大大减少路堤工程量；②节省开闭设备和机架桥，具有操作管理方便、成本低、节省维护费用等一系列优点；③施工较为方便，工期较短。其缺点为①闸板操作的稳定性很差；②翻板闸在泄洪时有一定的水平夹角，且支墩较多，拦水段比较大，大洪水截留的漂浮物较多。

3)普通橡胶坝，主要用于灌溉，防洪和改善环境。优点为：①阻水较小，过水能力较大，对下游的冲刷力较小，同时整体止水效果好；②施工简单方便，无需大量浇筑桥墩和上层建筑； 造价合理，节省三种材料，工期短；③抗震性能好，缺点为①需要增加泵房，以及机电设备等；②坝袋具有耐久性差，容易老化；③需要专门的加水(气)设备和管理人员，运行成本较高；④坝体升降时间长，调度应用不灵活；⑤抗冲击、耐磨性较差。

4)气动盾形闸门，采用充气橡胶坝袋作为支撑，利用带肋钢板挡水和溢流。可任意调节坝高和流量。避免冰冻和漂浮物对橡胶坝袋的损伤，耐久性好。彻底克服了传统橡胶坝各种弊端。外形美观。可以自动地控制河道的水位，及时排出水面上的漂浮物。与环境更协调。橡胶气袋及空压机电气控制部分需要进口，造价最高。

5)集成液压式底轴翻转钢坝闸，液压一体式提升机，底部轴倒置反钢闸门。优点为：①泄流量大，闸门顶部溢流，水位自动控制，启闭机体积小；②手电两用操作方便，外形美观。缺点为①专利产品生产厂家较少，工期不易保证，且造价较高；②工程竣工后，操作、检查和维护需要专人负责。

6)液压升降坝，混凝土板，由大坝后面的液压杆支撑，自动控制水位，及时排出水上漂浮物。美观的外观和适中的价格。由于研制时间短，使用实例少，技术上有待于进一步成熟。

7)液压倒伏式闸门

采用液压启闭机，倒伏式钢闸门。在闸门顶部溢流，能够实时控制河道水位，并能及时排出水面上的漂浮物。该启闭机体积小，使用手电筒操作方便，外形美观，成本适中。从跌水工程各种型式的方案比较可以看出：

从泄洪消能角度来看，橡胶坝、液压升降坝、液压倒伏式闸、底轴翻板钢坝闸、气动盾形闸等较好，均不影响河道行洪，传统平板闸门次之，翻板闸在泄洪时有一定的水平夹角，且支墩较多，阻水断面相对较大，对河道行洪较不利[2]。

从景观效果来看，液压升降坝、液压倒伏式闸门、底轴翻转钢坝闸、气动盾形闸门等等为最佳，坝型比较美观，能形成瀑布景观，橡胶坝、水力自控翻板闸次之，启闭式水闸上部结构较高，影响景观效果。

从运行管理角度来看，水力自控翻板闸方案最优，不需要专门管理，操作较为方便，其他闸门

工程竣工后，操作、检查和维护需要专人负责。

从施工难易程度角度来看，水力自控翻板闸最优方案,其他闸门次之；传统平板闸门施工较为繁琐且工期较长。

从项目投资来看，在闸门长和门高相同的条件下，由小到大的投资依次为：①水力自控翻板闸门；②液压升降坝；③液压倒伏式闸门；④橡胶坝；⑤底轴翻转钢坝闸；⑥传统平板闸门；⑦气动盾形闸门。水力自控翻板闸投资最低，气动盾形闸门投资最高。

根据以上方案比较结果并结合工程现场的实际情况，如地形、地质、水文等，从技术成熟、安全可靠、经济节省、施工方便、保证工期、管理方便、外形美观等方面进行综合比较，推荐采用液压倒伏式闸门跌水型式。

5 结 语

四家子跌水工程建成后，为了保证蓄水建筑物能够正常运用，保证堤防及护岸工程安全，应及时发现并有效解决项目运行中存在的问题,同时充分发挥工程效益最大。