城市景观水利工程适用性分析

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1．水文泥沙特性

山区河流水文泥沙特性复杂，不同地域的河流其特性不尽相同，且差异较大，但其基本特性及表现型式类似，求同存异，归纳总结以下几个方面的基本特性:

(1)(汇流特性)山区型流域，相对于平原型流域而言，山地沟系发育，地面陡峻、比降大，雨水能迅速向沟壑、水溪汇集，汇流速度快，流域对降雨的调蓄作用弱，汇流时间短，受降雨过程和暴雨空间分布的影响灵敏，洪水流量过程线呈陡涨陡落趋势，变化剧烈、迅速，且多呈现复峰过程，即使是孤立洪水过程，其洪峰端也常呈现双峰或多峰型，起涨流量与地面径流终止时的流量变化不大。

(2)(水沙特点和冲淤特性)山区河流的泥沙输移特性及泥沙组成等与平原河流不同。

(3)(水流和暴雨特性)山区河流多呈现季节性水流，在旱季或无雨期，河槽中水流细甚至干涸无水;在雨季或汛期的暴雨易形成大洪水及灾害性洪水。

2．功能要求

闸(坝)在山丘地区城市河流中的建设，需要在不影响河流自身行洪规模的前提下，拦河蓄水、提升枯水期景观水位、改善城市水环境，带动两岸滨河景观的建设。受河流水文特性和洪水特性的影响，决定其必须具有的功能特点为:足够的孔口规模在汛期宣泄洪水;能结合水情预报和管理调度进行灵活的启闭运行;尽量不雍高汛期上游洪水水位，以免造成上游的防洪压力;挡水泄水结构使用寿命长、结构可靠、抗冲击、耐磨蚀。同时，在山丘地区往往河床相对狭窄，特别在城市中两岸布置空间有限，应尽量减小建筑物体量和少占河道，减少占地和开挖范围，平面布局紧凑合理，主体泄水建筑物应布置于河流的主流河槽，宜与水流方向正交布置，尽量减少对原河道的改变和过流影响，以免泄流对下游两岸的冲刷。

3．闸(坝)型选择

对于山丘地区河流来说，承泄洪水流量大，防洪水位高，为避免闸(坝)上游壅水而引起的水面线抬高，传统的砌石、混凝土等固定溢流坝型显然不适合在城市景观河流中建设。而对于传统的水闸而言，由于流量大、河道宽，需要设置闸门的跨度很大，常规闸门已很难满足这样的条件，无论是直升式、卧倒式、横拉式平板门或者弧形门，大部分门型单孔宽度都受到限制，闸墩数量设置较多，闸墩的阻水作用会直接造成坝上壅水，推高水面线，给两岸的防洪造成较大的压力，且为满足高位洪水过境，大部分闸上结构高度相对较高。因此，此类闸(坝)型式宜采用开敞式大跨度闸门或者可灵活开启的活动坝型。目前工程常用的主要以橡胶坝和水力翻板闸(坝)应用最多，技术相对成熟。

4．技术比较分析

针对山丘地区河流的水文泥沙特性、闸(坝)的功能要求及其适用性，从使用寿命、构造组成、运行控制及维护管理等方面，对钢坝(底轴驱动翻板闸)、橡胶坝和水力翻板闸(坝)三种坝型进行技术比选。

(1)橡胶坝

橡胶坝由土建结构、坝袋及锚固件、充排水(气)设施及控制系统等组成。坝袋全部充起，蓄水控制，坝顶溢流;坝袋全部坍落，袋面行洪，排除泥沙或漂浮物;坝袋部分充起或坍落，调节上、下游水位。坝袋涂层、锚固件及充排系统需定期养护;坝袋使用寿命较短，需适时更换。优点:橡胶坝体跨度大，汛期不阻水，枯季可拦蓄;可采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅;造价低、工期短、维修少、管理方便。缺点:使用寿命短，易老化，强度损失严重;运行时充水升坝或放水塌坝时间较长，影响快速泄洪或截流;受水流泥沙冲刷易引起坝体振动，坝袋磨损快、易受漂浮物或机械刺伤;使用可靠性较低。

(2)水力翻板闸(坝)

水力翻板闸(坝)由土建结构、水力翻板闸门等组成。水位自动控制闸门的启闭;上游水位升高，闸门绕轴开启泄流;上游水位下降，闸门逐渐回关蓄水。金属结构闸门的养护维修较频繁;上下游杂物需及时清理;无需操作机构，闸门自动开启和关闭。优点:多扇小门排列组成，单孔跨度大，汛期不阻水，枯季可拦蓄;理论上无需专人管理，管理费用相对较低。缺点:容易发生振动拍打现象，长期振动拍打会导致翻板闸门底部和固定件的疲劳破损;初启动水位较高，而回关水位偏低;易受上游来物撞击及闸门支铰卡阻造成破坏;泄流受倾斜的门体结构影响，流量系数偏小;使用可靠性较低。

(3)钢坝(底轴驱动翻板闸)

钢坝(底轴驱动翻板闸)由土建结构、带固定轴的钢闸门门体、启闭设备及控制系统等组成。立门蓄水，门顶溢流过水，控制上、下游水位;卧门行洪，宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物;闸门适当开启调节上、下游水位。管理方式与普通水闸相似，技术成熟、操作方便;通过计算机监控系统实现自动化控制。优点:使用寿命长，结构安全可靠;大跨度底轴驱动、启闭灵活、方便调度、工程隐蔽、无碍防汛;可以利用闸门门顶过水，形成人工瀑布的景观效果。缺点:土建结构的精确度要求高;重载驱动轴的支承和连接、制造和安装工艺要求高;劣质水环境下的轴承材料和轴承结构形式要求高;对大跨度底轴驱动闸门启闭系统及其控制要求严格;底轴及侧向止水要求高。通过对钢坝(底轴驱动翻板闸)、橡胶坝和水力翻板闸(坝)进行综合技术分析可知，橡胶坝和水力翻板闸(坝)虽然造价相对较低，但对山丘地区河流而言，橡胶坝易受尖锐物刺伤，坝袋维修工作量大且影响正常蓄水、行洪，水力翻板闸(坝)易受水流拍打振动失稳，上游来物易撞击闸门并造成闸门卡阻，达不到启闭自如的预期目的，且与同规模闸坝对比泄流量偏小。而钢坝虽然一次性投资较大，但其使用寿命长、结构安全可靠，长期运行维护费用较低。且其启闭灵活、方便调度、建筑造型美观、人工景观效果好、抗冲刷、耐磨损等特点明显优于橡胶坝与水力翻板坝，更适合山丘地区河流的水文泥沙和暴雨洪水特性。

5．应用实例

位于新安江上游的黄山市，属于典型的山丘地区，普遍河道比降较大，且无大型控制性水库工程，暴雨形成的洪水很快下泄，其洪水具有“四大、两快、一短”的鲜明特征，即流速大、冲刷力大、含沙量大及破坏力大，洪水过程涨得快、落得快、历时短。而为实现“现代国际旅游城市”的战略目标，黄山市依托新安江优越的山水风景和灿烂的历史文化，先后规划建设了新安江延伸段综合开发工程和新安江上游段综合治理工程，分别建设了湖边枢纽、横江坝(闸)、梅林坝(闸)等一系列大型的景观闸坝工程。其中湖边水利枢纽，单孔净宽42．6m，共5孔，设计泄洪流量为5862m3/s;横江坝(闸)工程，单孔净宽40m，共3孔，设计泄洪流量为3593．3m3/s;梅林坝(闸)工程，单孔净宽45m，共4孔，设计泄洪流量为3348．4m3/s。这些景观闸坝的建设均采用了钢坝为主体的挡水蓄水结构，从实际运行来看，结构可靠，能很好的适应山丘地区河流的水文泥沙特性，且其景观效果好。

6．结束语

从技术分析来看，钢坝(底轴驱动翻板闸)结构作为城市景观水利中的一个新宠。虽然其工程投资相对于其他活动闸坝较高，但其具有大跨度、启闭灵活、结构可靠、抗冲刷、耐磨损、建筑造型美观、人工景观效果好等一些独特的优势，能更好的适应山丘地区的水文泥沙特性，在山丘地区城市景观水利的建设用地应用效果好。

作者：和宝锋 单位：上海勘测设计研究院有限公司