閘站結(jié)合在某防洪閘工程中的應(yīng)用

喬 剛

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110002）

1 工程概況

某防洪閘（泵站）工程位于丹東市某河入某江口處，某河是丹東市 6條主要內(nèi)河之一， 某河防洪閘（泵站）工程修建后，將使該城區(qū)段堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100年一遇，堤防后側(cè)企業(yè)、居民等可免受洪水災(zāi)害威脅。當(dāng)下游未發(fā)生洪水時(shí)，上游來水可通過防洪閘自由過流；而當(dāng)下游發(fā)生較大洪水時(shí)，關(guān)閉防洪閘閘門擋水，上游來水須通過泵站強(qiáng)排至防洪堤外側(cè)。該防洪閘（泵站）工程是一項(xiàng)以防洪和排澇為主要任務(wù)，兼顧擋潮和交通要求的綜合性工程。該工程等別為Ⅱ等，主要建筑物等級為2級，次要建筑物等級為3級。工程防外洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，設(shè)計(jì)流量為41100m3/s；防內(nèi)洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)流量為83.7m3/s。

2 泵站設(shè)計(jì)排澇流量的確定

由于泵站設(shè)計(jì)流量將直接影響泵站的規(guī)模，而泵站的規(guī)模是閘站結(jié)合設(shè)計(jì)中特別關(guān)鍵的制約因素，所以在確定泵站設(shè)計(jì)流量時(shí)要尤為慎重。

由于該工程位于城鎮(zhèn)區(qū)，根據(jù)某河流域的水文測站情況、產(chǎn)匯流形式以及下墊面條件等，在對遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算法、面積比法和丹東市市政經(jīng)驗(yàn)公式法3種方法進(jìn)行了對比和分析之后，認(rèn)為該工程適宜采用丹東市市政經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算泵站設(shè)計(jì)排澇流量更為貼近實(shí)際。

某河排澇泵站主要為當(dāng)某江發(fā)生大洪水，防洪閘閘門關(guān)閉時(shí)排除內(nèi)水。根據(jù)錯峰分析的結(jié)論，某河洪水較某江洪水先過。工程位置城區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)為2年，當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，考慮某河洪峰已過，錯峰60h，為某河退水段。閘門關(guān)閉至開啟時(shí)間段內(nèi)，其相應(yīng)的排澇標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于 0.33年。由于某河河道調(diào)蓄作用小，因此不考慮河道的調(diào)蓄作用。

按丹東市市政經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算某河排澇流量：

式中：q——暴雨強(qiáng)度，m3/s·hm2；

P——重現(xiàn)期（年）；

T——設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)（min）。流量按下式計(jì)算：

式中：Q——雨水量（m3/s）；

ψ——徑流系數(shù)；

F——匯水面積（hm2）。

設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)包括地面匯流時(shí)間和渠道匯流時(shí)間。根據(jù)《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》提供的公式，推求地面匯流時(shí)間為 1.17h，即 70min；渠道匯流時(shí)間按1km河道計(jì)算，流速1.0m/s，渠道匯流時(shí)間為17min。根據(jù)某河流域的下墊面條件，徑流系數(shù)采用0.45。經(jīng)計(jì)算，泵站設(shè)計(jì)排澇流量為8.65m3/s。

3 布置方案的選擇

防洪閘（泵站）為新建工程，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和水力計(jì)算成果，擬定兩種布置方案，方案1為防洪閘與泵站分建；方案2為防洪閘與泵站合建。

3.1 方案1：防洪閘與泵站分建

在某河修建防洪閘，防洪閘左側(cè)新修68m混凝土防洪墻，右側(cè)新修74m混凝土防洪墻及6m寬交通門一處，與現(xiàn)有防洪墻相連，實(shí)現(xiàn)該區(qū)段防洪體系封閉。當(dāng)某江發(fā)生洪水時(shí)，關(guān)閉防洪閘閘門擋水，某河上游來水通過連通涵引至泵站強(qiáng)排至防洪墻外側(cè)。

防洪閘設(shè)計(jì)為1孔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，孔口凈寬12m，高5m，閘孔以上設(shè)置板梁式鋼筋混凝土胸墻，閘墩順?biāo)鞣较蜷L 12m，厚 1.5m，墩頂高程9.02m，閘底高程與現(xiàn)有河底高程相同，為 0.5m；防洪閘基礎(chǔ)高程-1.5m，座于砂卵石層上。起閉臺頂高程16.42m，上設(shè)起閉機(jī)房。防洪閘下游修建消力池，長20m，寬12m，深1m。

泵站建于某河右岸支溝上，防洪墻的后側(cè)，泵房寬9.50m，長32.60m，內(nèi)設(shè)水泵工作間、檢修間、變、配電室和值班室等，泵站內(nèi)設(shè)計(jì)安裝 3臺1000ZLB-7型軸流式水泵，泵站與防洪閘之間設(shè)壓力水箱，壓力水箱穿防洪墻后接出水暗涵，總長80m，暗涵出口位于防洪閘下游海漫段右側(cè)。

3.2 方案2：防洪閘與泵站合建

在某河修建防洪閘，在防洪閘閘室上部布置泵站，防洪閘左側(cè)新修64m混凝土防洪墻，右側(cè)新修53m混凝土防洪墻及6m寬交通門一處，與現(xiàn)有防洪墻相連。

防洪閘采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘槽、啟閉機(jī)室位于泵站下游側(cè)的閘室段末端，距泵房6m，防洪閘設(shè)計(jì)為3孔，每孔凈高3.2m，凈寬6m，中、邊墩厚1.2m，閘底高程為 0.00m，起閉臺頂高程 12.20m。排水泵站位于防洪閘上游閘墩的上部，左右邊墻與兩側(cè)新建防洪墻連接，泵房寬 9.5m，長 28.1m，內(nèi)設(shè)水泵工作間，檢修間。泵站內(nèi)設(shè)計(jì)安裝 3臺1000ZLB-7型軸流式水泵，吸水管位伸入閘室，出水管接閘室末端上部設(shè)置的壓力箱涵，水泵揚(yáng)程6.5m。

對以上兩個(gè)方案進(jìn)行比選，結(jié)果如表1。

表1 方案比選表

可見，方案2比方案1節(jié)約投資363.08萬元。經(jīng)多方比較分析，權(quán)衡利弊，由于方案2經(jīng)濟(jì)性突出，該工程最終選定了方案2為實(shí)施方案。

4 實(shí)際運(yùn)行效果

丹東市某防洪閘（泵站）工程于 2009開工建設(shè)，2010建成并投入使用，至今已運(yùn)行近4年，建成當(dāng)年，某江就發(fā)生了 20年一遇洪水，實(shí)測流量約25000m3/s，洪水致使4人失蹤，12.7萬人緊急轉(zhuǎn)移，44個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)嚴(yán)重，多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)電力、通訊中斷。該工程順利通過了該次洪水的考驗(yàn)，起到了應(yīng)有的工程作用，護(hù)衛(wèi)了保護(hù)區(qū)內(nèi)的人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。從這幾年的實(shí)際運(yùn)行情況來看，該工程整體情況良好，各建筑物及機(jī)電、金結(jié)設(shè)備均運(yùn)行穩(wěn)定，使用正常。

5 閘站結(jié)合的利弊分析

（1）閘站結(jié)合最大的優(yōu)點(diǎn)是因泵站與水閘合建，泵站位于閘墩上部，結(jié)構(gòu)緊湊，省去了泵站的進(jìn)水、出水等相關(guān)建筑物，以更小的平面尺寸減少了征占地面積，因此節(jié)省了工程投資，某防洪閘（泵站）工程的閘站結(jié)合布置方案比分體布置方案節(jié)省投資近40%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

（2）閘站結(jié)合布置時(shí)一般需要將閘室加長，這種影響對防滲較為有利；閘站結(jié)合后增大了閘室的豎向作用力，對建筑物的抗滑、抗傾覆穩(wěn)定都有利，而對地基承載力的要求變高；水泵吸水管等會影響水閘的過流能力，這就需要增大水閘的寬度，但這對下游消能通常是有利的。

（3）水閘一般都有過流要求，所以不管采用何種固定式的水泵，閘站結(jié)合后水泵的吸水管或葉輪等一般都會長期處在水中浸泡，這樣不可避免的會加大吸水管、葉輪等水下部件的腐蝕，而且還可能會攔擋水流中的大量雜物，冬季可能被冰凍等等，增加了日常管理和維護(hù)的難度。

（4）由于水閘的泄水要求，閘站結(jié)合后不易在閘室內(nèi)設(shè)置常規(guī)的構(gòu)筑物以控制水泵在工作時(shí)可能產(chǎn)生的旋流。

（5）閘站一體布置比分體布置的設(shè)計(jì)和施工難度要大，導(dǎo)流的周期和難度也可能增大。

（6）閘站結(jié)合后的維護(hù)費(fèi)用一般比分體布置要高。

6 結(jié) 語

從今后的發(fā)展方向來看，水閘與泵站配套實(shí)施的工程項(xiàng)目勢必越來越多，而閘站結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，以其緊湊的外形和明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，必將得到更多的應(yīng)用，尤其是在土地缺乏、布置受限的城鎮(zhèn)區(qū)，其發(fā)展?jié)摿Ω?。但閘站結(jié)合也有一些缺點(diǎn)或不足，需要設(shè)計(jì)者、決策者、施工者、運(yùn)行管理者統(tǒng)籌兼顧，因地制宜，克服難題，方能造就適應(yīng)本地區(qū)實(shí)際情況的優(yōu)質(zhì)工程。

[1] 李煒.水力計(jì)算手冊(第二版).中國水利水電出版社,2006-6-1.

[2] 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001.中國水利水電出版社,2004-6.

[3] 泵站設(shè)計(jì)規(guī)范GB50265-2010.中國計(jì)劃出版社,2011-1-1.

[4] 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(第 5冊)城鎮(zhèn)排水(第二版).中國建筑工業(yè)出版社,2004-2-1.

[5] 中國市政工程東北設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(第 7冊)城鎮(zhèn)防洪(第二版).中國建筑工業(yè)出版社,2000-6-1.