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鋼壩在山丘地區城市景觀水利工程中的適用性分析

作者:山西華田洋液壓設備有限公司 瀏覽: 發表時間:2017-10-24 11:01:05

1.水文泥沙特性

山區河流水文泥沙特性復雜,不同地域的河流其特性不盡相同,且差異較大,但其基本特性及表現型式類似,求同存異,歸納總結以下幾個方面的基本特性:

(1)(匯流特性)山區型流域,相對于平原型流域而言,山地溝系發育,地面陡峻、比降大,雨水能迅速向溝壑、水溪匯集,匯流速度快,流域對降雨的調蓄作用弱,匯流時間短,受降雨過程和暴雨空間分布的影響靈敏,洪水流量過程線呈陡漲陡落趨勢,變化劇烈、迅速,且多呈現復峰過程,即使是孤立洪水過程,其洪峰端也常呈現雙峰或多峰型,起漲流量與地面徑流終止時的流量變化不大。

(2)(水沙特點和沖淤特性)山區河流的泥沙輸移特性及泥沙組成等與平原河流不同。

(3)(水流和暴雨特性)山區河流多呈現季節性水流,在旱季或無雨期,河槽中水流細甚至干涸無水;在雨季或汛期的暴雨易形成大洪水及災害性洪水。

2.功能要求

閘(壩)在山丘地區城市河流中的建設,需要在不影響河流自身行洪規模的前提下,攔河蓄水、提升枯水期景觀水位、改善城市水環境,帶動兩岸濱河景觀的建設。受河流水文特性和洪水特性的影響,決定其必須具有的功能特點為:足夠的孔口規模在汛期宣泄洪水;能結合水情預報和管理調度進行靈活的啟閉運行;盡量不雍高汛期上游洪水水位,以免造成上游的防洪壓力;擋水泄水結構使用壽命長、結構可靠、抗沖擊、耐磨蝕。同時,在山丘地區往往河床相對狹窄,特別在城市中兩岸布置空間有限,應盡量減小建筑物體量和少占河道,減少占地和開挖范圍,平面布局緊湊合理,主體泄水建筑物應布置于河流的主流河槽,宜與水流方向正交布置,盡量減少對原河道的改變和過流影響,以免泄流對下游兩岸的沖刷。

3.閘(壩)型選擇

對于山丘地區河流來說,承泄洪水流量大,防洪水位高,為避免閘(壩)上游壅水而引起的水面線抬高,傳統的砌石、混凝土等固定溢流壩型顯然不適合在城市景觀河流中建設。而對于傳統的水閘而言,由于流量大、河道寬,需要設置閘門的跨度很大,常規閘門已很難滿足這樣的條件,無論是直升式、臥倒式、橫拉式平板門或者弧形門,大部分門型單孔寬度都受到限制,閘墩數量設置較多,閘墩的阻水作用會直接造成壩上壅水,推高水面線,給兩岸的防洪造成較大的壓力,且為滿足高位洪水過境,大部分閘上結構高度相對較高。因此,此類閘(壩)型式宜采用開敞式大跨度閘門或者可靈活開啟的活動壩型。目前工程常用的主要以橡膠壩和水力翻板閘(壩)應用最多,技術相對成熟。

4.技術比較分析

針對山丘地區河流的水文泥沙特性、閘(壩)的功能要求及其適用性,從使用壽命、構造組成、運行控制及維護管理等方面,對鋼壩(底軸驅動翻板閘)、橡膠壩和水力翻板閘(壩)三種壩型進行技術比選。

(1)橡膠壩

橡膠壩由土建結構、壩袋及錨固件、充排水(氣)設施及控制系統等組成。壩袋全部充起,蓄水控制,壩頂溢流;壩袋全部坍落,袋面行洪,排除泥沙或漂浮物;壩袋部分充起或坍落,調節上、下游水位。壩袋涂層、錨固件及充排系統需定期養護;壩袋使用壽命較短,需適時更換。優點:橡膠壩體跨度大,汛期不阻水,枯季可攔蓄;可采用彩色壩袋,造型優美,線條流暢;造價低、工期短、維修少、管理方便。缺點:使用壽命短,易老化,強度損失嚴重;運行時充水升壩或放水塌壩時間較長,影響快速泄洪或截流;受水流泥沙沖刷易引起壩體振動,壩袋磨損快、易受漂浮物或機械刺傷;使用可靠性較低。

(2)水力翻板閘(壩)

水力翻板閘(壩)由土建結構、水力翻板閘門等組成。水位自動控制閘門的啟閉;上游水位升高,閘門繞軸開啟泄流;上游水位下降,閘門逐漸回關蓄水。金屬結構閘門的養護維修較頻繁;上下游雜物需及時清理;無需操作機構,閘門自動開啟和關閉。優點:多扇小門排列組成,單孔跨度大,汛期不阻水,枯季可攔蓄;理論上無需專人管理,管理費用相對較低。缺點:容易發生振動拍打現象,長期振動拍打會導致翻板閘門底部和固定件的疲勞破損;初啟動水位較高,而回關水位偏低;易受上游來物撞擊及閘門支鉸卡阻造成破壞;泄流受傾斜的門體結構影響,流量系數偏小;使用可靠性較低。

(3)鋼壩(底軸驅動翻板閘)

鋼壩(底軸驅動翻板閘)由土建結構、帶固定軸的鋼閘門門體、啟閉設備及控制系統等組成。立門蓄水,門頂溢流過水,控制上、下游水位;臥門行洪,宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物;閘門適當開啟調節上、下游水位。管理方式與普通水閘相似,技術成熟、操作方便;通過計算機監控系統實現自動化控制。優點:使用壽命長,結構安全可靠;大跨度底軸驅動、啟閉靈活、方便調度、工程隱蔽、無礙防汛;可以利用閘門門頂過水,形成人工瀑布的景觀效果。缺點:土建結構的精確度要求高;重載驅動軸的支承和連接、制造和安裝工藝要求高;劣質水環境下的軸承材料和軸承結構形式要求高;對大跨度底軸驅動閘門啟閉系統及其控制要求嚴格;底軸及側向止水要求高。通過對鋼壩(底軸驅動翻板閘)、橡膠壩和水力翻板閘(壩)進行綜合技術分析可知,橡膠壩和水力翻板閘(壩)雖然造價相對較低,但對山丘地區河流而言,橡膠壩易受尖銳物刺傷,壩袋維修工作量大且影響正常蓄水、行洪,水力翻板閘(壩)易受水流拍打振動失穩,上游來物易撞擊閘門并造成閘門卡阻,達不到啟閉自如的預期目的,且與同規模閘壩對比泄流量偏小。而鋼壩雖然一次性投資較大,但其使用壽命長、結構安全可靠,長期運行維護費用較低。且其啟閉靈活、方便調度、建筑造型美觀、人工景觀效果好、抗沖刷、耐磨損等特點明顯優于橡膠壩與水力翻板壩,更適合山丘地區河流的水文泥沙和暴雨洪水特性。

5.應用實例

位于新安江上游的黃山市,屬于典型的山丘地區,普遍河道比降較大,且無大型控制性水庫工程,暴雨形成的洪水很快下泄,其洪水具有“四大、兩快、一短”的鮮明特征,即流速大、沖刷力大、含沙量大及破壞力大,洪水過程漲得快、落得快、歷時短。而為實現“現代國際旅游城市”的戰略目標,黃山市依托新安江優越的山水風景和燦爛的歷史文化,先后規劃建設了新安江延伸段綜合開發工程和新安江上游段綜合治理工程,分別建設了湖邊樞紐、橫江壩(閘)、梅林壩(閘)等一系列大型的景觀閘壩工程。其中湖邊水利樞紐,單孔凈寬42.6m,共5孔,設計泄洪流量為5862m3/s;橫江壩(閘)工程,單孔凈寬40m,共3孔,設計泄洪流量為3593.3m3/s;梅林壩(閘)工程,單孔凈寬45m,共4孔,設計泄洪流量為3348.4m3/s。這些景觀閘壩的建設均采用了鋼壩為主體的擋水蓄水結構,從實際運行來看,結構可靠,能很好的適應山丘地區河流的水文泥沙特性,且其景觀效果好。

6.結束語

從技術分析來看,鋼壩(底軸驅動翻板閘)結構作為城市景觀水利中的一個新寵。雖然其工程投資相對于其他活動閘壩較高,但其具有大跨度、啟閉靈活、結構可靠、抗沖刷、耐磨損、建筑造型美觀、人工景觀效果好等一些獨特的優勢,能更好的適應山丘地區的水文泥沙特性,在山丘地區城市景觀水利的建設用地應用效果好。


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