城市河道橡胶坝建设及其对河道水流特性影响分析

文经纬

(阜新市水利勘测设计研究院 辽宁 阜新 123000）

1 工程概况

细河新邱区Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程位于细河流域上游，细河是流经阜新市区的主要河流，在阜新境内河长98km，城市段长27.2km，流域面积2290km2。新邱区Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程兴建缘由为治理河段堤防不达标，存在防洪隐患、河床淤积严重、防洪标准偏低，阻碍了当地社会经济的发展。为维护新邱城市安全，保障城区人民生命财产，改善城市水环境建设，加快社会经济发展，新邱区委区政府决定建设细河新邱区Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程。

2 城市河道橡胶坝建设

橡胶坝工程主要建设内容有：清基和河底清淤、垃圾清运、桥下砌体拆除及堤防改建。新建2座橡胶坝，结构为两段式，橡胶坝垂直河道方向布置，总长117m，高2.3m。

2.1 坝址位置确定

细河河床漂卵石、砂卵石层为强透水层，下面无相对隔水层，河道枯水期流量减小时多形成干枯河道，致使河流生态环境变差、观赏性极差。根据河道两岸的地形情况，需布置两处橡胶挡水坝，一是河道蓄水的需要，二则是景观观赏性的需要。受河水冲涮的影响，坝址处河床现状高低不平，根据土方挖填平衡计算及基本维持河道自然比降综合考虑，确定两座橡胶挡水坝的坝址位置。本次整治河段为细河新邱区段（桩号23+500～25+150），本着河道治理与城市建设相结合的理念，将2座橡胶坝位置选在桩号23+550和桩号24+350处，形成长1650m的梯级带状连续水面。Ⅰ号橡胶坝的中心桩号为23+550，Ⅱ号橡胶坝的中心桩号为24+350。以两岸建筑为依托，以河堤两侧绿化为纽带，形成点、线、面相结合的景观体系。

2.2 橡胶坝坝型选择

工程橡胶坝建设的首要任务是蓄水，通过修建橡胶坝以形成连续河道水面，达到美化城市环境目的；橡胶坝修建不影响该河段的汛期防洪功能，即修建的橡胶坝须满足正常运行时挡水，在河槽内蓄水形成一定高度的水面，汛期时则恢复原河道行洪断面以满足河道行洪的要求。根据工程的这一运行特点对翻板闸和橡胶坝两种坝型方案进行比较。调查细河水流特点可知，细河属于多泥砂河流，洪水中常夹带着许多飘浮物，对翻板闸的使用产生一定的影响，导致闸板不能正常开启，汛期直接阻水影响洪水畅泄，闸板失灵后关闭不严，漏水现象亦较严重。橡胶坝是用高强力合成纤维制成的帆布，内外涂敷合成橡胶，橡胶坝袋内充水(或气)后，坝袋鼓起形成坝体可挡水，袋内水(或气)排出后，坝袋下塌，恢复原河道过水断面便可泄水，该坝型适用于低水头，大跨度的拦河工程，汛期根据水文站汛情予报可快速放空，保证洪水畅泄。

表1 橡胶坝工程设计高程参数表 单位：m

根据上述，因细河城市中心段防洪的重要性，考虑工程运行的可靠性，坝型选择橡胶坝，根据工作条件和运用要求，坝袋充填介质选用充水式，设计坝高2.3m。

图1 相同流量水深对比图

图2 相同流量流速对比图

2.3 坝型结构设计

此段修建的两座橡胶坝为Ⅰ号橡胶坝和Ⅱ号橡胶坝，由于两座橡胶坝结构形式相同，以Ⅱ号橡胶坝为标准设计。细河新邱区Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程堤防形式选均质土堤，堤防采用复式梯形断面。两座橡胶坝结构分为两跨，橡胶坝垂直河道方向布置，根据《橡胶坝技术规范》SL227—98要求，坝袋下基础底板顶面高程高出河床0.2m，设计坝高2.5m，Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程设计高程见表1。

橡胶坝结构沿河流方向依次为上游防冲槽段、铺盖段、坝底板段、消力池段、海漫段和下游防冲槽段，橡胶坝中间设钢筋混凝土中墩，两侧设钢筋混凝土边墩；铺盖、底板、导墙、消力池均为钢筋混凝土结构；钢筋混凝土构件设置伸缩缝，缝宽2cm，缝内填充聚乙烯泡沫板，外涂厚3cm的聚硫密封胶，分缝处设橡胶止水带。海漫为石笼结构（铅丝笼抛石采用粒径≥300的块石），厚度为0.5m，长度为10m，从上游向下游按2.9%坡度铺设，并且为保证消力池和海漫功能的实现，设计在消力池和海漫底部分别铺设规定层数的200g/m2的土工布和厚0.2m、粒径50mm～80mm的的碎石垫层。防冲槽采用抛块石结构，上、下游防冲槽断面形式均为梯形。

3 河道挡水橡胶坝修建对河道水流特性影响

城市河道治理应该以环境生态建设为中心，在保证防洪排涝能力的同时，恢复河道环境的生命活力和自净能力。橡胶坝是城市河道治理中一种应用较多的挡水建筑物，但挡水坝建设后会影响到上、中、下游的水位和水流速度，进而会对河道周围的生态环境造成影响。文章建立对应的河工实验模型，采用LGY—II型智能流速仪、电磁流量计等实验设备，模拟分析了所建设河道在正常流量条件下，两种工况对沿河道断面水深和流速的水流变化：工况一，原始河道无挡水坝情况；工况二，工程建设后两座挡水坝情况。

3.1 两种工况下河道沿程水深对比分析

两种工况下河道沿程水深分布如图1所示。

分析模拟结果可以得到，距原点500cm的空白处为橡胶坝位置，工况一条件下河道端面的水深基本处于统一水深值，橡胶坝建设之后坝体上下游水深有明显变化，坝体上游水深基本相同，并在靠近坝体顶部时逐渐增大；两座橡胶坝体之间处于同一水位，靠近坝体顶部的水位都出现上扬，这是因为坝体的阻水作用导致的。

3.2 两种工况下河道沿断面流速对比分析

两种工况下河道沿断面水流速度分布如下图所示：

分析图2可知，工况一条件下沿河道同一断面的流速分布较为不均匀，随河道坡度的变化而变化。工况二条件下的水流流速分布比较均匀，橡胶坝上游同一断面速度值波动范围很小，流经橡胶坝之后速度略有增加，其后逐渐趋于平稳，并且下游坝体后的水流流速远大于坝前的水流速度。综上分析可知，河道水流流速在相同流量与相同坡度的条件下，坝体前方的水流速度要小于未建橡胶坝之前的水流流速，下游坝体的流速值与无坝时的流速基本持平。从生态和美观角度分析，建两座橡胶坝能够达到工程建设的目的，并且对城市河道两岸的生态最为有利。

4 结语

细河新邱区Ⅰ、Ⅱ号橡胶坝工程任务首先是蓄水，同时修建2座橡胶坝以形成良好的河道水面，达到美化城市环境的目的；其次，修建的橡胶坝还应保证该河段的汛期防洪功能，但也必须尽量保持河流的生态系统。细河新邱区河段河道整治中挡水坝的建设对河道生态的影响比较突出，模拟结果证明两座橡胶挡水坝对河道生态最有利，且两座橡胶坝的修建将城市河段的景观水面很完整的呈现出来，使得整个河道形成很好的景观生态性河道。陕西水利

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