水利工程與城市建構(gòu)的結(jié)合運(yùn)用

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本文作者：郭堅強(qiáng) 單位：塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計院

1工程概況

額敏縣城市防洪景觀工程主要由堤防工程、橡膠壩工程、引水閘、水力自控翻板閘、多孔+小流量+全河段沖沙閘等五部分建筑物組成，為Ⅳ等小(1)型工程;工程任務(wù)是在保證河道行洪能力及提高額敏河額敏縣城區(qū)段沿岸防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，逐步恢復(fù)和改善河道生態(tài)環(huán)境，美化城區(qū)景觀，打造具有地域特色的園林景觀城市，提高人民的生活水平。項目區(qū)位于北溫帶干旱地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，緯度偏高，屬典型溫帶大陸性氣候。由于受大氣環(huán)流、地理緯度、地形等因素影響，其氣候特點是四季分明，夏季短促，春季溫度不穩(wěn)定，冷暖波動大，秋季降溫快，冷空氣活動頻繁，冬季漫長寒冷。根據(jù)額敏縣氣象站資料顯示，項目區(qū)多年平均氣溫6．2℃，多年最高氣溫41．0℃，最低氣溫－42．6℃，多年最冷月平均氣溫－13．56℃，該地區(qū)年凍融循環(huán)次數(shù)＜100次。多年平均降水量279mm，多年平均蒸發(fā)量為1849mm，平均積雪深為32cm，最大凍土深140cm，無霜期150d左右。項目區(qū)洪水期為每年4～5月，該洪水特點是峰高量大，呈多峰型，對水利工程威脅較大，工程設(shè)計采用該型洪水作為設(shè)計洪水。額敏河城區(qū)段的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30a一遇，其相應(yīng)洪峰流量為148m3/s，該段河道規(guī)劃行洪寬度為80～85m。工程建筑物滿足景觀工程運(yùn)行洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5a一遇，其相應(yīng)洪峰流量為75m3/s，超高此標(biāo)準(zhǔn)，橡膠壩將塌落運(yùn)行;水力自控翻板閘可在壅水位超過閘門啟動水位后，自動運(yùn)行加大過閘流量;多孔+小流量+全河段沖沙閘可根據(jù)洪水過程人工調(diào)節(jié)運(yùn)行情況。該工程于2009年4月開工建設(shè)，2009年10月完工，目前工程運(yùn)行情況良好，滿足城市防洪與景觀的設(shè)計要求。

2工程布置

額敏縣城市防洪景觀工程將額敏河城區(qū)段的防洪工程建設(shè)成集防洪、旅游休閑、綠化美化、交通、人文景觀的多功能河道。設(shè)計本著從長遠(yuǎn)綜合效益出發(fā)，興利除弊共舉，爭取做到防洪、景觀效益雙贏;以防洪設(shè)計為主，作為景觀設(shè)計基礎(chǔ)平臺。主要建筑物包括長度2100m的左、右岸生態(tài)防洪堤;在長2100m的河道內(nèi)相繼修建4座壅水建筑物，自上游至下游依次為兩道橡膠壩、一座引水閘、一座水力自控翻板閘，一座多孔+小流量+全河段沖沙閘。左、右岸生態(tài)防洪堤采用1∶2．5斜坡式防洪堤，在設(shè)計洪水位+安全超高以下進(jìn)行防沖及防滲設(shè)計，以保證兩岸防洪要求及景觀水面，設(shè)計采用15cm厚現(xiàn)澆混凝土板，下設(shè)置30cm厚砂礫料墊層及兩布一膜防滲。在設(shè)計洪水位+安全超高以上，采用混凝土網(wǎng)格護(hù)坡，在網(wǎng)格內(nèi)種植景觀植物，達(dá)到防洪及綠化。在不影響河道安全行洪的基礎(chǔ)上，在長度2100m的河道內(nèi)相繼修建了4座壅水建筑物，自上游至下游分別為兩道橡膠壩、一座引水閘、一座水力自控翻板閘，一座多孔+小流量+全河段沖沙閘。

兩道橡膠壩長度分別為85m、94m，分別位于河道中心線樁號0－156．82和0+293．12處，橡膠壩袋高度2．0m，內(nèi)外壓比為1∶1．4，采用螺栓雙線錨固，枕式充水式壩袋，單跨最大跨度48m，上游橡膠壩壩袋采用綠色，下游橡膠壩壩袋采用綠色藍(lán)色，壩袋型號為JBD2．0－100－2;膠布型號為J10050－2;補(bǔ)強(qiáng)膠結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度同壩袋布，壩袋上預(yù)留排氣孔。橡膠壩充水泵房均布置在河道左岸并與景觀林帶結(jié)合，水泵流量為200m3/h，可保證1h內(nèi)將壩袋內(nèi)水抽空。一座引水閘，位于河道右岸堤防樁號0+160處，設(shè)計引水流量1．5m3/s，采用豎井式閘井，閘井出口采用矩形混凝土暗渠連接至下游。一座水力自控翻板閘，位于河道中心樁號0+800處，總長85m，連續(xù)14跨，高度2m、單跨跨度6m。從左岸向右岸，將翻板閘分為二組，一組有7孔閘門，二組有7孔閘門，即一組、二組，其中:一組閘門啟動水位為2．15m;二組閘門啟動水位為2．10m。一座多孔+小流量+全河段沖沙閘，位于河道中心線樁號0+980，總長85m，分為14段，每段長6m，包括1．80m長閘室段及4．20m長溢流壩，閘孔均勻布置，凈尺寸為寬×高=1．0m×0．8m。在每孔沖沙閘上游設(shè)置60cm高導(dǎo)沙墻，全河段進(jìn)行沖沙。

3工程設(shè)計創(chuàng)新點

1)利用連續(xù)4道壅水建筑物將長度2100m、寬85～95m的河道城市防洪及景觀工程有機(jī)結(jié)合起來，在疆內(nèi)應(yīng)屬“城市防洪及景觀工程有機(jī)結(jié)合”的典范。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)確定為30a一遇，其相應(yīng)洪峰流量為148m3/s，作為該縣百姓的母親河，額敏河也存在過河道生活垃圾污染、洪水沖刷嚴(yán)重等諸多問題，治理母親河長期都是額敏人民多年的愿望。如何結(jié)合該段河道特性、更好地治理母親河顯得尤為重要，工程設(shè)計的關(guān)鍵點就在于“城市防洪與景觀工程的有機(jī)結(jié)合”。就目前運(yùn)行情況來看，本工程設(shè)計既能滿足水利行業(yè)相應(yīng)法律法規(guī)，實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水安全下泄，同時在各道壅水建筑物上游為人們?nèi)罕娦蓍e、旅游娛樂提供水面，目前形成的水面得到了良好開發(fā)利用，即增加了工作崗位，同時提高了當(dāng)?shù)厝罕姷奈镔|(zhì)、精神生活水平。這種設(shè)計理念達(dá)到同期國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2)多孔、小流量沖沙閘，位于本段河道中心線樁號0+980處，做好防洪與沖沙設(shè)計尤為重要。額敏河額敏縣城區(qū)段春季輸沙量占年輸沙總量的80%，常規(guī)沖沙閘必須在束窄河道后進(jìn)行沖沙，這樣就不能為景觀工程提供合適水面。多孔、小流量沖沙閘的沖沙原理為分段、集中流量、提高水頭進(jìn)行沖沙，能夠完全適合寬河道、小流量的設(shè)計工況。經(jīng)過1a多運(yùn)行，多孔、小流量、全河段沖沙閘的沖沙、壅水效果明顯。這種設(shè)計方案目前在國內(nèi)尚未見使用，達(dá)到同期國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3)兩岸采用生態(tài)防洪堤。設(shè)計洪水位以下采用混凝土防沖護(hù)坡，設(shè)計洪水位以上采用生態(tài)防洪堤，既滿足防洪要求同時滿足生態(tài)景觀要求，另外還保障了河道兩岸擁有寬闊的視線。該種設(shè)計理念對環(huán)境友好型社會發(fā)展具有有利影響，充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)卣ㄔO(shè)人與社會和諧發(fā)展所做的不懈努力。

4)充水式橡膠壩在汛期期間壩袋塌落可達(dá)到河道安全行洪能力，同時能夠保證汛期過后為城市景觀提高寬闊、怡人的水面。本工程充水式橡膠壩高度2m、單跨最大跨度46m，總跨度94m。

5)本工程水力自控翻板閘高度2m、單跨跨度6m，連續(xù)14跨，利用水力學(xué)條件在河道水面線超過水力自控翻板閘頂20cm后自動泄流，不受河道來水和汛期因素的影響。

4設(shè)計方法的實用價值及應(yīng)用前景

本工程將河道城市防洪及景觀工程有機(jī)結(jié)合起來，就目前運(yùn)行情況來看，本工程既滿足汛期河道行洪要求，同時在各道壅水建筑物上游為休閑娛樂提供水面，豐富了人民群眾的精神文化生活。本工程部分設(shè)計方案在新疆維吾爾自治區(qū)內(nèi)、甚至國內(nèi)尚屬首次應(yīng)用，因此可在城市防洪及景觀建設(shè)領(lǐng)域提供可靠參考。其主要特點如下:生態(tài)防洪堤既滿足防洪要求同時滿足生態(tài)景觀要求，另外還保障了河道兩岸的視線要求。該種設(shè)計理念對環(huán)境友好型社會發(fā)展具有有利影響，今后城市防洪工程中利用該種設(shè)計理念可在滿足防洪能力的同時成為當(dāng)?shù)靥厣某鞘芯坝^。

多孔、小流量、全河段沖沙閘位于額敏河額敏縣城區(qū)段河道中心線樁號0+980處，額敏河春季輸沙量占年輸沙總量的80%，常規(guī)沖沙閘必須在束窄河道后進(jìn)行沖沙，這樣就不能為景觀工程提供合適水面。多孔、小流量、全河段沖沙閘的沖沙原理為分段、集中流量、提高水頭進(jìn)行沖沙，能夠完全適合寬河道、小流量的設(shè)計工況。經(jīng)過1a多運(yùn)行，多孔、小流量、全河段沖沙閘的沖沙、壅水效果明顯。這種設(shè)計方案目前在國內(nèi)尚未見使用，達(dá)到同期國內(nèi)領(lǐng)先水平。

充水式橡膠壩、水力自控翻板閘能夠保證汛期過后景觀要求河道水面寬度，同時在汛期期間滿足河道安全行洪能力。這兩種壅水建筑物能夠在水利結(jié)合城市建設(shè)中起到自然銜接、相輔相成的整體效果，本工程將在此領(lǐng)域為我區(qū)城市防洪及景觀建設(shè)提供可靠參考。