□李晓光（郑州市水利建筑勘测设计院）

1 工程概况

梅河是贯穿郑州航空港经济综合实验区的重要河道，干流全长37.50 km，流域面积115.20 km2。其中梅河综合治理工程先期实施自省道102至南水北调中线总干渠段，全长7.37 km，是郑州航空港经济综合实验区南部片区河道治理的先行者，具有积极的示范意义。

修建拦蓄水建筑物、拦蓄景观水体是生态河道治理必不可少的工程措施。梅河综合治理工程充分考虑河道长度、比降，水面面积，蓄水深度等多方面因素，并结合两岸景观规划，最终确定沿河布置13座拦蓄水建筑物。本次梅河综合治理工程，综合考虑国内目前运用较为成熟的活动坝坝型及近年来发展起来的新型活动坝坝型，工程拟定以下4种方案进行比选：橡胶坝、水力自控翻板闸、钢坝、液压升降坝。

2 各种坝型的特点

2.1 橡胶坝

优点：紧贴河床不阻水，结构简单、工艺成熟，坝体跨度大、自重轻、抗震性能好。

缺点：安全性、可靠性相对较差，使用寿命较短；坝袋易被漂浮物或尖锐物损坏；洪水期坍坝调度与蓄水难以协调，运行管理难度较大，需要提前了解上游洪水情况来决定坝袋充高与塌落；充水式橡胶坝冬季冰冻容易损坏坝袋，而充气式橡胶坝不能调节坝高，不易控制下泄流量，容易水流集中引起河床局部冲刷，同时需配专人管理，冬天需破冰。

2.2 水力自控翻板坝

优点：能根据上游水位自动调节，造价低、结构简单，施工期短，运行方便。

缺点：阻水相对严重，经受不住特大洪水的冲击；易被漂浮物卡塞或上游淤积不能自动翻板；洪水过后，翻板门再关上时易被异物卡住，造成大量漏水。

2.3 钢坝

钢坝又称底横轴翻转闸门，是一种新型可调控溢流坝，主要应用于城市防洪、河道整治、河流蓄水、泄洪、景观水利工程。

优点：外观简单大方，水体可以长时间大流量的从坝顶溢流，瀑布景观效果较好；结构简单，操作方便，两分钟即可塌坝、立坝，紧急时可以手动操作；任意开启角度都可机械锁定；塌坝以后可平于河底，不影响行洪；可以实现先进的自动化控制和网络控制；抵抗对洪水冲刷破坏性好，使用寿命长，耐久性好；可将人工喷泉、景观夜景灯光、音响等设备集成在钢坝构件中，景观效果更加突出

缺点：造价相对较高。

2.4 液压升降坝

液压升降坝是一种新兴的低水头活动坝，采用一排液压缸直顶以底部为轴的活动坝面的背部，实现升坝拦水、降坝行洪的目的；同时采用一排滑动支撑杆支撑活动坝面的背面，构成稳定的支撑墩坝。

优点：坝面采用钢筋混凝土或金属结构，基础宽度只要求不高，同时液压系统较为简单，因此工程造价不高；力学结构科学，抗洪水冲击的能力强；坝面放倒后，行洪、冲沙、排漂效果良好；可采用浮标开关控制，操作液压系统，以达到无人值守；坝面高度可随意调节。

缺点：对施工安装技术要求较高。

3 坝型综合比选

3.1 防洪与蓄水

梅河汛期与非汛期河道流量相差悬殊，因此为协调防洪与蓄水矛盾，要求拦蓄水建筑物在汛期能够快速塌坝，汛后又能及时恢复挡水状态。翻板闸、钢坝和液压升降坝通过工程设定可以满足该要求，橡胶坝则需要收集上、下游水文资料经分析后再做决策，相应及操作时间相对长。

河道行洪时要求拦蓄水建筑物尽量少占河道断面，相对而言翻板坝占用河道行洪断面较多，因此翻板坝设计时一般对河道宽度有一定要求，而橡胶坝、钢坝闸和液压升降坝在行洪时均紧贴河床，基本不影响河道行洪。

由于河道行洪涉及到城市居民生命财产安全，因此在拦蓄水建筑物不能自行塌坝时，可以强行控制塌坝，橡胶坝、钢坝和液压升降坝均具备此条件。

3.2 淤积影响

4种坝型在洪水过后对淤积泥沙反应有所不同，泥沙淤积小且较为松散时，翻板坝可以正常回落，一旦淤积厚度较大或泥沙板结，通过回门缩小过流断面不能冲开淤积，那么闸门就不能正常回门，将影响正常蓄水。橡胶坝一旦坝面淤积较厚，将对充水设备提出较高要求或者要求人工清理，否则坝袋不能正常升降。钢坝和液压升降坝则可以通过液压装置强行顶开坝面淤沙升坝，由于这两种坝型设计时考虑了过水时升坝工况，因此顶开淤积对液压装置没有特殊要求。

3.3 漂浮物的影响

汛期漂浮物（特别是树枝）可能卡住翻板闸导致起翻或回落困难，又没有强制起落设施，极有可能会对威胁到行洪安全；漂浮物尤其是是尖锐物可能刺穿或损伤橡胶坝坝袋。上述隐患对钢坝和液压升降坝均不存在，而且可以在损失极小水量前提下方便排污。

3.4 运行管理

钢坝和液压升降坝既可采用浮标开关控制，操作液压系统，达到无人管理，根据洪水涨落，实现活动坝面的自动升降，管理方便；也可通过人工操作液压系统，快速有效的控制坝的升降，可靠性高。橡胶坝则需要收集上、下游水文资料经分析后再决策升、塌坝，而且升、塌坝操作时间长，运行成本高。翻板坝根据上游水位自动调节，虽然管理运行方便，但是它易被漂浮物卡塞或上游泥砂淤积，这样造成不能自动翻板而影响防洪安全，可靠性较差。

3.5 维护管理

钢坝主要是机械启闭系统维护保养，其保养费用较低，除管理人员的工资外，一年只需维护费用几千元。而橡胶坝3-5年坝袋需进行全面检查，使用8-10年需涂一层防老化层，最多运行15年则需要更换坝袋，运行管理费用高。液压坝耐久性好，只要坝面结构和液压系统正常维护，工程耐久性比橡胶坝要长，机械启闭系统日常保养和运行管护费用较低，维护费同钢坝相当，门板和启闭装置在正常维护保养情况下长时间无需更换，由于河道含沙量低，因此清淤量也不大。

3.6 工程投资

钢坝方案投资最大，水力自控翻板坝、橡胶坝和液压升降坝工程投资接近，相对较低。4种坝型方案主要工程量及投资（按坝长40m计算）比较见表1。

3.7 使用寿命

表1 4种坝型方案主要工程量及投资比较表

钢坝使用寿命可达50-60年，液压升降坝、翻板闸活动坝面均为钢筋混凝土结构，其使用寿命在30-50年，而橡胶坝使用15-20年后需更换坝袋。

3.8 技术可靠性

近几十年来，在城市景观河道治理中，大量应用充水和充气式橡胶坝，技术成熟，相关配套设备制造安装经验丰富，可靠性较高；钢坝和液压升降坝是近几年发展起的新坝型，对机械装置安装精度要求较高，但结构简单，维护管养方便，可靠性好，尤其适用于城市景观河道；水利自控翻板坝出现较早，对安装精度要求较高，由于非机械控制，因此可靠性一般，且不适宜排洪河道（上游洪水夹带杂物易造成卡塞）。

3.9 美观程度

作为低水头挡水工程，上述4种坝型均具有较好的景观效果，橡胶坝可采用彩色坝袋，调节单调的河道配色；液压升降坝和钢坝坝面可喷色彩、文字、图案，上游水量较大时形成瀑布景观和水帘长廊景观,可供游人观赏。在钢坝基础上进一步拓展，可将人工喷泉、景观夜景灯光、音响等设备集成在钢坝构件里而成，除具有钢坝的优点外，景观效果更加突出，整合成为专业的水景坝。

4 方案的确定

拦蓄水建筑物不仅要满足河道传统的防洪排涝要求，而且要与郑州航空港经济综合实验区总体规划和定位相适应，体现城市特色和景观面貌。景观河道中拦蓄水建筑物的选型必须综合考虑，选用即能保证结构安全可靠又能与周边城市景观有机结合的闸坝型式。

梅河综合治理工程共布置13座拦蓄水建筑物。主力坝型采用造型美观、运行可靠、技术领先、造价适中的液压坝；两处湖泊上游为便于灵活控制水位，以及从营造景观亮点的角度考虑选用景观钢坝；河道最上游段对水位的灵活控制要求不高，亦不作为河道的景观重点，因此选用相对经济的橡胶坝。综上所述，梅河综合治理工程共沿河布置液压升降坝10座、景观钢坝2座、橡胶坝1座。

5 结语

拦蓄水建筑物的方案比选在城市景观河道设计中较为常见，郑州航空港经济综合实验区梅河综合治理工程对橡胶坝、水力自控翻板闸、钢坝、液压升降坝4种坝型进行了综合比选，最终确定采用以液压升降坝为主、钢坝和橡胶坝为辅的3种坝型设计方案。该方案通过了专家审查，也得到了业主方的满意和认可，目前工程已进入实施阶段。