设计河道蓄水建筑物型式的选择

【摘 要】为了更好的做好河道蓄水面积、上游及周边水环境以及河道治理工作，河道蓄水建筑物的选择起到至关重要，这就要求我们工作人员要注重蓄水建筑物的设计质量。本文主要是结合笔者在工作中的经验，对蓄水建筑物的形式和不同蓄水建筑物的应用案例以及适用条件进行了探析，以供参考。 
【关键词】河道；蓄水建筑物；建筑形式 
　　近年来，随着我国水利工程施工建设的发展，河道蓄水建筑物的建设也备受关注。在进行河道蓄水建筑物建设时，不仅要考虑到建筑物的整体功能，同时还要考虑到建筑物与周围环境的融合性，从而选择合适的建筑物形式，在实现社会效益的同时，实现生态效益。 
　　1 河道蓄水建筑物建设的原则 
　　河道蓄水建筑物的建设主要根据河道的比降、蓄水深度、施工造价、施工工艺等方面确定，并且要与景观要求相符合。 
　　2 各种河道蓄水建筑物形式比较 
　　目前来说，在河道蓄水建筑物中主要有四种形式：景观石坝、水闸、橡胶坝、气盾闸以及钢坝闸。 
　　2.1 景观石坝 
　　景观石坝是由大型石块砌筑的蓄水建筑物，其依靠大型石块的稳定性来抵挡上游来水，起到蓄水作用。其与水闸不同，没有任何设备进行控制调水，所以常修建于无行洪要求的蓄水河道上，相对投资也较低，管理、施工也较为方便。如果要修建在有行洪要求的河道上，那么就只能起到临时蓄水的作用，在遭遇洪水时要及时进行拆除，保证行洪安全。另外，设置景观石坝高度也较低，通常维持在0.8～1.2m左右，设计横断面为梯形断面，这样既能保证一定的稳定性，又能保持其美观性。另外，由于景观石坝高度较低，所以通常会对石坝的表面进行必要的装饰，从而使得石坝与周围的景色相协调，达到生态目的。 
　　2.2 橡胶坝 
　　橡胶坝是利用水或者气体作为充坝的介质，从而形成挡水坝。所以，可以将橡胶坝分为充水坝和充气坝，两种坝型相比，充水坝的应用时间更长，造价相对也较低。橡胶坝的建成主要由土建部分、坝体主体及锚固件和充水（气）设备组成。橡胶坝在非汛期或者不需要挡水期可以进行水或气体的排放，恢复河道的正常运行，所以其可以建在蓄水河道上，也可以建在泄洪河道上。其高度相对景观石坝来说较高，通常在1.5～2.0m，当然，对于大型工程来说，也可以进行适当加高。但是橡胶坝有很大的一个缺点，即其在使用期间很容易出现破损现象，所以在进行坝体管理时要防止尖锐物体接触坝体，防止造成漏水、漏气现象。与传统水闸相比，其具有以下特点：①造价较低，施工简单，施工期较短；②工程主体为柔性结构，抗震性，抗冲刷性较强；③其工程建设灵活方便，形态可以根据周围环境进行改变，适应性较强。 
　　2.3 水闸 
　　水闸是在河道蓄水建筑物中常见的形式，其通常会有中控控制，具备拦洪、拦潮、蓄水、泄洪、冲沙等综合功用。水闸可以按照其功能分为：分洪闸、排水闸、进水闸、节制闸。而按照闸室的结构形式可以分为开敞时、涵洞式、胸墙式。目前，建设水闸的目的多是蓄水和泄洪的作用。非汛期关闭闸口，抬高水位，从而改善区域内水环境，同时还可以利用非汛期进行养殖业的发展。而到了汛期打开闸口，则可以进行必要的泄洪。与景观石坝相比，由于水闸的主要作用是进行泄洪，所以多修建于防洪河道上。水闸与橡胶坝相比，有如下特点：①水闸的闸门启闭方式为机械式，其更加精确、快速，能够有效进行水位的调节，自动化程度高；②开闸后水由闸底流出，在泄洪的同时能将部分淤泥带走，从而减少河道淤积；③与同规模的橡胶坝相比，其建设成本较小、实用范围较广，应用价值更高。 
　　2.4 钢坝闸和气盾闸 
　　钢坝闸是近年来随着施工技术的改进和施工材料的研究而开始实施建设的水闸。钢坝闸是通过闸门底部的液压驱动轴来带动闸门进行启闭，并配合有锁定装置进行闸门开启角度的控制的一种新型水闸。气盾闸则是有钢板、气囊和自控系统组成的，其可以利用空气压缩的原理，通过对气囊进行充气和放气来实现闸门的开合，从而对流域内水位进行调节。两种水闸相比起传统水闸来说结构简单、科技含量高，控制更加准确，在工程应用中也取得了良好应用效果。 
　　3 施工案例 
　　3.1 工程概况 
　　本河道位于我国浙江省地区，属于泄洪河道，河道总长1.87km，左岸堤防1.84km，右岸堤防1.69km，河道宽35m。因河道较窄，蓄水高度较低。本工程建设目的一是调节地区内水环境，二是保证河道具有一定泄洪能力。 
　　3.2 蓄水建筑物比较 
　　鉴于本工程需要，有两种建设方案可供参考，分别为橡胶坝和钢坝闸。 
　　（1）工程使用年限。一般来说，橡胶坝每15年更换一次，而钢坝闸由于其材料为金属材料，所以使用年限一般可达50年以上。 
　　（2）安全性。橡胶坝要进行充气或者充水，其所需要的设备和线路较为复杂，且很容易发生漏气、漏水等现象。而钢坝闸无需油管等附属设施，且配备了手动装置，可以有效的保证堤坝安全。 
　　（3）工程运行。在进行泄洪或者蓄水时，只需要将钢坝闸的闸门进行启闭即可，不需要多余的工序，整个工程运行时间快速、简单，能满足突发情况的需要。此流域有明显汛期，而橡胶坝修建在行洪河道上，充气和充水要花费大量时间，而且当发生突发情况时也不能及时进行排水（气），应急能力差。另外，相关设计规范中规定，橡胶坝的溢流不能超过50cm，而钢坝闸则没有此限制。 
　　（4）工程维修。由于该河道水流量大，水流冲击力大，很容易导致橡胶坝受冲击，但钢坝闸本身坚实耐用，不会遭到破坏。另外，橡胶坝也容易因为尖锐物体而发生损坏，大型橡胶坝的维护工作极其困难。 
　　（5）抗突发能力。首先，由于钢坝闸本身由金属材料制成，其受温度影响较小；另外，由于钢坝闸有一定倾斜度，所以能很容易使汛期的洪水在坝顶流散，而不需要开闸放水。而橡胶坝在汛期来临时要及时进行放气（水），会增大工作量，且也不能有效缓解汛期。 
　　（6）抗淤能力。由于下游淤泥较多，所以要考虑到蓄水建筑物的抗御能力。钢坝闸没有底门槽和侧门槽，上游的水压在圆轴上，当闸门打开后，由于大冲击力，淤泥可以随水流带到下游，从而防止淤积在河道淤积。而橡胶坝为由于溢流有一定限制，且其运行速度慢，所以泄淤能力相对较差。 
　　（7）耗能情况。50m的橡胶坝其每小时耗电量在50Kw，而每次升坝都耗时2～3h。相比之下，钢坝闸更加节约电量。 
　　（8）泄洪能力。橡胶坝设计规范要求中要求坝底坎高要大于20cm，因此在泄洪过程中，坝内的水不能完全放尽，影响泄洪能力。而钢坝闸则可以在全打开的程度上及时进行排水。 
　　3.3 方案确定 
　　根据以上方案选择，本河道建设2座钢坝闸，每座钢坝闸净宽30m，坝高2.5m。 
　　4 结语 
　　河道蓄水建筑物的建设关系到河道的抗洪能力和河道景观建设。在进行蓄水建筑物选择时，要根据周围的环境和坝闸的建设需要来选择合适的坝型结构，从而保证坝身建设的合理性，并且要充分考虑到经济因素、环境因素、施工因素等各个方面，从而合理控制造价，做到资源的有效利用。 
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