水利工程与城市建构的结合运用

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本文作者：郭坚强 单位：塔城地区水利水电勘察设计院

1工程概况

额敏县城市防洪景观工程主要由堤防工程、橡胶坝工程、引水闸、水力自控翻板闸、多孔+小流量+全河段冲沙闸等五部分建筑物组成，为Ⅳ等小(1)型工程;工程任务是在保证河道行洪能力及提高额敏河额敏县城区段沿岸防洪标准的前提下，逐步恢复和改善河道生态环境，美化城区景观，打造具有地域特色的园林景观城市，提高人民的生活水平。项目区位于北温带干旱地区，远离海洋，纬度偏高，属典型温带大陆性气候。由于受大气环流、地理纬度、地形等因素影响，其气候特点是四季分明，夏季短促，春季温度不稳定，冷暖波动大，秋季降温快，冷空气活动频繁，冬季漫长寒冷。根据额敏县气象站资料显示，项目区多年平均气温6．2℃，多年最高气温41．0℃，最低气温－42．6℃，多年最冷月平均气温－13．56℃，该地区年冻融循环次数＜100次。多年平均降水量279mm，多年平均蒸发量为1849mm，平均积雪深为32cm，最大冻土深140cm，无霜期150d左右。项目区洪水期为每年4～5月，该洪水特点是峰高量大，呈多峰型，对水利工程威胁较大，工程设计采用该型洪水作为设计洪水。额敏河城区段的设计洪水标准为30a一遇，其相应洪峰流量为148m3/s，该段河道规划行洪宽度为80～85m。工程建筑物满足景观工程运行洪水标准采用5a一遇，其相应洪峰流量为75m3/s，超高此标准，橡胶坝将塌落运行;水力自控翻板闸可在壅水位超过闸门启动水位后，自动运行加大过闸流量;多孔+小流量+全河段冲沙闸可根据洪水过程人工调节运行情况。该工程于2009年4月开工建设，2009年10月完工，目前工程运行情况良好，满足城市防洪与景观的设计要求。

2工程布置

额敏县城市防洪景观工程将额敏河城区段的防洪工程建设成集防洪、旅游休闲、绿化美化、交通、人文景观的多功能河道。设计本着从长远综合效益出发，兴利除弊共举，争取做到防洪、景观效益双赢;以防洪设计为主，作为景观设计基础平台。主要建筑物包括长度2100m的左、右岸生态防洪堤;在长2100m的河道内相继修建4座壅水建筑物，自上游至下游依次为两道橡胶坝、一座引水闸、一座水力自控翻板闸，一座多孔+小流量+全河段冲沙闸。左、右岸生态防洪堤采用1∶2．5斜坡式防洪堤，在设计洪水位+安全超高以下进行防冲及防渗设计，以保证两岸防洪要求及景观水面，设计采用15cm厚现浇混凝土板，下设置30cm厚砂砾料垫层及两布一膜防渗。在设计洪水位+安全超高以上，采用混凝土网格护坡，在网格内种植景观植物，达到防洪及绿化。在不影响河道安全行洪的基础上，在长度2100m的河道内相继修建了4座壅水建筑物，自上游至下游分别为两道橡胶坝、一座引水闸、一座水力自控翻板闸，一座多孔+小流量+全河段冲沙闸。

两道橡胶坝长度分别为85m、94m，分别位于河道中心线桩号0－156．82和0+293．12处，橡胶坝袋高度2．0m，内外压比为1∶1．4，采用螺栓双线锚固，枕式充水式坝袋，单跨最大跨度48m，上游橡胶坝坝袋采用绿色，下游橡胶坝坝袋采用绿色蓝色，坝袋型号为JBD2．0－100－2;胶布型号为J10050－2;补强胶结构及强度同坝袋布，坝袋上预留排气孔。橡胶坝充水泵房均布置在河道左岸并与景观林带结合，水泵流量为200m3/h，可保证1h内将坝袋内水抽空。一座引水闸，位于河道右岸堤防桩号0+160处，设计引水流量1．5m3/s，采用竖井式闸井，闸井出口采用矩形混凝土暗渠连接至下游。一座水力自控翻板闸，位于河道中心桩号0+800处，总长85m，连续14跨，高度2m、单跨跨度6m。从左岸向右岸，将翻板闸分为二组，一组有7孔闸门，二组有7孔闸门，即一组、二组，其中:一组闸门启动水位为2．15m;二组闸门启动水位为2．10m。一座多孔+小流量+全河段冲沙闸，位于河道中心线桩号0+980，总长85m，分为14段，每段长6m，包括1．80m长闸室段及4．20m长溢流坝，闸孔均匀布置，净尺寸为宽×高=1．0m×0．8m。在每孔冲沙闸上游设置60cm高导沙墙，全河段进行冲沙。

3工程设计创新点

1)利用连续4道壅水建筑物将长度2100m、宽85～95m的河道城市防洪及景观工程有机结合起来，在疆内应属“城市防洪及景观工程有机结合”的典范。工程防洪标准确定为30a一遇，其相应洪峰流量为148m3/s，作为该县百姓的母亲河，额敏河也存在过河道生活垃圾污染、洪水冲刷严重等诸多问题，治理母亲河长期都是额敏人民多年的愿望。如何结合该段河道特性、更好地治理母亲河显得尤为重要，工程设计的关键点就在于“城市防洪与景观工程的有机结合”。就目前运行情况来看，本工程设计既能满足水利行业相应法律法规，实现设计标准洪水安全下泄，同时在各道壅水建筑物上游为人们群众休闲、旅游娱乐提供水面，目前形成的水面得到了良好开发利用，即增加了工作岗位，同时提高了当地群众的物质、精神生活水平。这种设计理念达到同期国内领先水平。

2)多孔、小流量冲沙闸，位于本段河道中心线桩号0+980处，做好防洪与冲沙设计尤为重要。额敏河额敏县城区段春季输沙量占年输沙总量的80%，常规冲沙闸必须在束窄河道后进行冲沙，这样就不能为景观工程提供合适水面。多孔、小流量冲沙闸的冲沙原理为分段、集中流量、提高水头进行冲沙，能够完全适合宽河道、小流量的设计工况。经过1a多运行，多孔、小流量、全河段冲沙闸的冲沙、壅水效果明显。这种设计方案目前在国内尚未见使用，达到同期国内领先水平。

3)两岸采用生态防洪堤。设计洪水位以下采用混凝土防冲护坡，设计洪水位以上采用生态防洪堤，既满足防洪要求同时满足生态景观要求，另外还保障了河道两岸拥有宽阔的视线。该种设计理念对环境友好型社会发展具有有利影响，充分体现当地政府建设人与社会和谐发展所做的不懈努力。

4)充水式橡胶坝在汛期期间坝袋塌落可达到河道安全行洪能力，同时能够保证汛期过后为城市景观提高宽阔、怡人的水面。本工程充水式橡胶坝高度2m、单跨最大跨度46m，总跨度94m。

5)本工程水力自控翻板闸高度2m、单跨跨度6m，连续14跨，利用水力学条件在河道水面线超过水力自控翻板闸顶20cm后自动泄流，不受河道来水和汛期因素的影响。

4设计方法的实用价值及应用前景

本工程将河道城市防洪及景观工程有机结合起来，就目前运行情况来看，本工程既满足汛期河道行洪要求，同时在各道壅水建筑物上游为休闲娱乐提供水面，丰富了人民群众的精神文化生活。本工程部分设计方案在新疆维吾尔自治区内、甚至国内尚属首次应用，因此可在城市防洪及景观建设领域提供可靠参考。其主要特点如下:生态防洪堤既满足防洪要求同时满足生态景观要求，另外还保障了河道两岸的视线要求。该种设计理念对环境友好型社会发展具有有利影响，今后城市防洪工程中利用该种设计理念可在满足防洪能力的同时成为当地特色的城市景观。

多孔、小流量、全河段冲沙闸位于额敏河额敏县城区段河道中心线桩号0+980处，额敏河春季输沙量占年输沙总量的80%，常规冲沙闸必须在束窄河道后进行冲沙，这样就不能为景观工程提供合适水面。多孔、小流量、全河段冲沙闸的冲沙原理为分段、集中流量、提高水头进行冲沙，能够完全适合宽河道、小流量的设计工况。经过1a多运行，多孔、小流量、全河段冲沙闸的冲沙、壅水效果明显。这种设计方案目前在国内尚未见使用，达到同期国内领先水平。

充水式橡胶坝、水力自控翻板闸能够保证汛期过后景观要求河道水面宽度，同时在汛期期间满足河道安全行洪能力。这两种壅水建筑物能够在水利结合城市建设中起到自然衔接、相辅相成的整体效果，本工程将在此领域为我区城市防洪及景观建设提供可靠参考。