高大鵬

橡膠壩庫區(qū)水面不連續(xù)問題解決方案設(shè)計優(yōu)化

高大鵬

（阜新市水利勘測設(shè)計研究院 遼寧阜新 123099）

優(yōu)化設(shè)計就是在滿足設(shè)計要求的眾多設(shè)計方案中選出最佳設(shè)計方案的設(shè)計方法。結(jié)合細(xì)河城市中心段4、5號橡膠壩庫區(qū)水面不連續(xù)問題解決方案的設(shè)計優(yōu)化實例，介紹工程設(shè)計的優(yōu)化，供類似工程參考。

細(xì)河 清淤 橡膠壩 自潰壩 設(shè)計優(yōu)化

1 序言

細(xì)河城市中心段河道治理工程是阜新市城市建設(shè)和城市防洪重點工程，2003年～2005年共建成橡膠壩5座，自橡膠壩蓄水運行后，形成連續(xù)水面長度5.4km，平均水面寬度153m，總水面面積86.86ha，總蓄水量108.57萬m3，初步形成了以三一八公園、月亮灣廣場為節(jié)點的細(xì)河景觀帶，對美化城區(qū)、改善城市環(huán)境起到了很大作用。細(xì)河城市中心段的建設(shè)獲2005年建設(shè)部頒發(fā)的“人居環(huán)境獎”，細(xì)河景區(qū)現(xiàn)已成為了阜新市民休閑、健身的重要場所。

2 工程現(xiàn)狀

隨著工程的多年運行，目前5座橡膠壩一般都存在著壩袋老化的問題，部分無法充至設(shè)計蓄水高程，且由于細(xì)河為多泥沙河流，橡膠壩蓄水后，攔截地表徑流，河道徑流流速變緩，河道存在淤積現(xiàn)象，城市段河道沖淤不平衡。目前，以5號橡膠壩（上游）～4號橡膠壩（下游）庫區(qū)段淤積最為嚴(yán)重，近八年來已經(jīng)抬高河床0.4m～0.6m，造成細(xì)河城市中心段帶狀水面不連續(xù)，有0.65km無法形成水面，嚴(yán)重影響了細(xì)河中心段景觀，同時淤積問題也對河道行洪安全產(chǎn)生了一定影響。

3 方案設(shè)計19

針對工程現(xiàn)狀，為保證細(xì)河景區(qū)水面連續(xù)，需采取工程措施處理。主要有兩種工程措施，一為清淤清障，降低河底高程以滿足水面連續(xù)要求；二是修建蓄水建筑物，通過抬高蓄水水位實現(xiàn)水面連續(xù)要求。蓄水建筑物又可分為修建永久蓄水建筑物和修建臨時蓄水建筑物。

（1）清淤清障：細(xì)河城市段河道淤積較嚴(yán)重，可通過開挖河底的方式，適當(dāng)降低河底高程。

（2）修建永久蓄水建筑物：城市河道常用的蓄水建筑物主要有水力自控翻板閘、橡膠壩和鋼壩閘等形式。由于阜新城區(qū)位于細(xì)河中上游，發(fā)生洪水時，上游的樹枝、塊石隨洪水宣泄而下，阻卡翻板閘閘門啟閉，適應(yīng)性較差；橡膠壩在洪水期可塌壩運行，恢復(fù)河道原斷面，適應(yīng)性較好；細(xì)河河道河寬150m至180m，如采用鋼壩閘則需要較多中墩，加重動力設(shè)備負(fù)擔(dān)，運行管理不方便；通過以上分析，選擇修建橡膠壩作為永久蓄水建筑物。

（3）臨時蓄水建筑物： 為滿足水面連續(xù)的要求，也可修建臨時蓄水建筑物，建筑物形式可采用自潰壩和人字閘。人字閘具有施工簡單的特點，可縮短工工期，但壅水嚴(yán)重，不適于城市河道；自潰壩在枯水期可抬高水位，洪水期壩體潰決以滿足行洪要求。故選擇自潰壩作為臨時蓄水建筑物。

針對初選的三個方案，結(jié)合工程現(xiàn)狀，提出初步設(shè)計方案。根據(jù)設(shè)計方案，本著經(jīng)濟可行、施工簡易、維護方便的原則，擇優(yōu)選取解決方案。

3.1清淤方案

清淤范圍為5號橡膠壩以下，長度750m，為滿足防滲要求，在清淤范圍內(nèi)鋪設(shè)500g/m2的土工膜水平防滲，土工膜覆土高度1m，河道開挖深度1.6m～2.35m，回填高度1m。其中土方開挖20.3萬m3，土方回填10.5萬m3，棄土9.8萬m3，鋪土工膜11.1萬m2。

由于降低了河底高程，為避免對上游5號橡膠壩的運行產(chǎn)生影響，需按原結(jié)構(gòu)改建5號橡膠壩的海漫和防沖槽，

本方案估算工程投資432萬元，其中清淤工程200萬元，防滲工程220萬元，5號橡膠壩消能防沖重建工程12萬元。

3.2新建橡膠壩方案

在現(xiàn)4號橡膠壩回水末端，距5號橡膠壩700m處新建充水式橡膠壩1座，設(shè)計壩高1.5m，壩長145m，橡膠壩分為兩跨，單跨72m，建設(shè)管理充水泵房1處。

本方案估算工程投資525萬元，其中新建橡膠壩475萬元，管理泵房50萬元。

3.3修建自潰壩方案

自潰壩位置與橡膠壩位置相同，設(shè)計自潰洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。采用土工膜心墻土石壩，設(shè)計壩高1.5m，壩長142m，壩頂寬3m，迎水面與背水面邊坡均為1:2。自潰壩兩端設(shè)排水閘門。閘門尺寸為1.5m×1.5m，設(shè)手電兩用啟閉機。

本方案估算工程投資120萬元。其中自潰壩100萬元，排水閘20萬元。

4 方案優(yōu)化

從技術(shù)、經(jīng)濟、施工、運行管理等多方面對3個方案比較、利弊分析，詳見表1。

表1 方案對比表

以上三個方案中，方案二工程投資最多，而且橡膠壩管理運行成本較大，不予采用；方案三雖然工程投資最少，由于細(xì)河為多泥沙河流，自潰壩潰壩后的土石方會加重河道淤積，由于自潰壩的垮壩時間與下游的橡膠壩塌壩時間不一致，洪水時會造成防洪隱患，且自潰壩景觀效果不好，不適于應(yīng)用到城市河道景觀工程中，不建議采用；方案一工程投資適當(dāng)，通過河道清淤滿足水面連續(xù)的要求，并增大了河道的過流能力，不增加河道的攔河建筑物數(shù)量，回水長度擴大，形成了極大的視覺效果。經(jīng)綜合考慮，建議優(yōu)選此方案。

工程實施后，使細(xì)河城市中心段5.4km的帶狀水面得以連續(xù)，調(diào)節(jié)城市小氣候，滿足人們親水、近水的愿望，打造宜居的生活環(huán)境。

由于細(xì)河為多泥沙河流，淤積問題不可避免，本工程通過清淤，人為的改變了河道比降，但影響不大。工程運行時要加強管護，注意河道淤積問題，定期清淤，以保證河道形成帶狀連續(xù)水面。

5 結(jié)語

在設(shè)計領(lǐng)域，一種較為普遍的場景是：設(shè)計師在局促的設(shè)計費和緊迫的時間壓力下，將設(shè)計規(guī)范轉(zhuǎn)換成圖紙，只要能按時提交設(shè)計，甲方通過，不延誤工期即為完成任務(wù)，缺失了設(shè)計本身的整體規(guī)劃感和創(chuàng)作感，拿到圖紙的建設(shè)單位亦沒有時間比選，開始馬不停蹄地建造，投入了大量的成本，卻難以成就高品質(zhì)項目。

清華城市規(guī)劃設(shè)計研究院副院長袁昕如是說：“優(yōu)化在基礎(chǔ)層面拋棄一些不合理的因素，找到更好的解決方案?！?優(yōu)化設(shè)計就是在滿足設(shè)計要求的眾多設(shè)計方案中選出最佳設(shè)計方案的設(shè)計方法，優(yōu)化設(shè)計并不是一道算術(shù)題，也沒有唯一正確的答案。優(yōu)化是在追求設(shè)計水平進一步合理化和進一步提升。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.019

TV213.4

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1672-2469（2014）05-0061-02

19作者簡介：高大鵬（1979年—），男，工程師。