重力壩改造為液壓翻板閘門在會(huì)同河河道綜合治理工程中的應(yīng)用

周　超　余　琴

（懷化市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　懷化市　418000）

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重力壩改造為液壓翻板閘門在會(huì)同河河道綜合治理工程中的應(yīng)用

周超余琴

（懷化市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院懷化市418000）

【摘要】通過(guò)對(duì)會(huì)同河二期綜合治理防洪工程治理方案的比較，選取將江洲寨溢洪道改造成液壓翻板門閘壩方案；該方案增強(qiáng)了江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位，節(jié)約了工程投資；重力壩改造成液壓翻板門壩在現(xiàn)階段的城區(qū)河道治理以及中小流域治理中具有重要的推廣價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】重力壩改造液壓翻板門壩降低水位經(jīng)濟(jì)效益

1　工程概況

懷化市會(huì)同縣會(huì)同河二期綜合治理防洪工程主要對(duì)會(huì)同河灑石橋上游200m至江洲寨大壩區(qū)間段進(jìn)行防護(hù)、治理。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部分地勢(shì)較低，防洪能力不足2～5年一遇。由于沿河沒(méi)有防洪設(shè)施，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)近幾年已連續(xù)遭受洪災(zāi)，災(zāi)害損失慘重，兩岸沖刷垮塌嚴(yán)重，洪澇災(zāi)害頻繁，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，城鎮(zhèn)建設(shè)速度緩慢，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展。

江洲寨水庫(kù)位于湖南省渠水一級(jí)支流會(huì)同河下游，地處懷化市會(huì)同縣林成鎮(zhèn)藕塘村，距渠水3km，距下游會(huì)同縣城1km，距下游枝柳鐵路0.3km，距209國(guó)道1km。壩址控制流域面積267km2，是一座以發(fā)電為主，兼顧灌溉、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。工程設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅳ等4級(jí)，正常蓄水位275.90m，相應(yīng)庫(kù)容103萬(wàn)m3，總庫(kù)容548萬(wàn)m3。

江洲寨水庫(kù)于1957年動(dòng)工，1958年3月建成投入運(yùn)行。樞紐主要包括大壩、溢洪道、輸水臥管、放水底涵等建筑物。其中：大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高18.4m，壩頂高程281.4m，壩軸線長(zhǎng)92m；江洲寨溢洪道為重力式溢流壩，位于大壩左側(cè)，與大壩夾角約90°，為開(kāi)敞式，長(zhǎng)72m。

2001年6月18～19日，會(huì)同河流域普降暴雨，縣城降雨151.2mm，暴雨中心降雨230mm。江洲寨大壩出現(xiàn)險(xiǎn)情后，引起了水利部、省、市、縣各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，水利部、湖南省領(lǐng)導(dǎo)多次親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作。據(jù)有關(guān)資料記載，會(huì)同縣城多年受到洪水侵襲，洪水進(jìn)城頻率極高，自1992年以來(lái)，會(huì)同縣城連續(xù)發(fā)生大小洪水11次，特別嚴(yán)重的是1996年7月17日，有74個(gè)單位包括縣三中、二完小及城鎮(zhèn)部分居民區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)到煙草局一帶全部被洪水淹沒(méi)，最大淹沒(méi)深度為11.7m，受淹面積3.2km2，受災(zāi)人口1.2萬(wàn)人，直接經(jīng)濟(jì)損失1.3億元。該縣遭受嚴(yán)重水災(zāi)后，國(guó)家防總及省人大代表對(duì)會(huì)同河沿岸38km進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘考察，針對(duì)災(zāi)情成因進(jìn)行了分析，并提出對(duì)渠水支流會(huì)同河流域要進(jìn)行全面治理。

2　治理方案選擇與比較

二期防洪工程均屬于江洲寨庫(kù)區(qū)。江洲寨大壩為粘土心墻壩，溢洪道為滾水壩，堰頂高程為275.90m。施工期庫(kù)區(qū)水位高，施工難度大，對(duì)河道綜合治理擬定以下兩個(gè)方案進(jìn)行比較：

方案一：維持江洲寨溢洪道原狀（漿砌石滾水壩），施工期利用涵管放水，堤防施工利用圍堰，圍堰最大高度為5.5m。

方案二：對(duì)江洲寨溢洪道進(jìn)行改造，由原先的實(shí)用堰滾水壩改造成液壓翻板門閘門形式，增強(qiáng)江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位。堤防施工時(shí)遇到洪水時(shí)利用大壩拆除后的河床泄流，圍堰最大高度為3.5m。

在原壩線位置新建液壓翻板門閘門，經(jīng)水力計(jì)算，同頻率（20年一遇）洪峰流量，壩前洪水位相比方案一下降較明顯，能有效改善上游洪水淹沒(méi)影響。兩方案比較如表1。

表1　方案比較表

經(jīng)比較，方案二較方案一更經(jīng)濟(jì)，技術(shù)及施工更簡(jiǎn)單，方案二可節(jié)約投資692.2萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。主要是因?yàn)橐绾榈栏臑橐簤悍彘l門后，大大降低了施工期洪水位，同時(shí)也減小了設(shè)計(jì)洪水位的高度，降低了護(hù)坡高度。因?yàn)闀?huì)同河上游存在漿砌石重力式溢流壩，溢洪道改為液壓翻板閘門后，也豐富了會(huì)同河上的大壩結(jié)構(gòu)型式。

3　翻板門壩改造設(shè)計(jì)

3.1翻板門壩特點(diǎn)

（1）翻板門閘隨閘前來(lái)流量的增加（或減少）而準(zhǔn)確、及時(shí)地自動(dòng)加大（或減少）閘門開(kāi)度，使下泄流量與閘前來(lái)流量維持動(dòng)態(tài)平衡。

（2）在洪水過(guò)程結(jié)束時(shí)，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地自動(dòng)攔截洪水尾水，保住水資源不被流失，水位維持在正常蓄水位。

（3）同一樞紐上的所有翻板閘門能夠在水力作用下同步開(kāi)啟，單寬流量分布均勻，不會(huì)發(fā)生單寬流量集中甚至發(fā)生折沖水流的現(xiàn)象，有利于下游河床的穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

（4）液壓翻板閘門能夠避免漂浮物卡塞或上游泥砂淤積，造成不能翻板而影響防洪安全。

（5）施工期短。液壓翻板閘的面板、支腿、支墩等都是鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，可先在工廠預(yù)制，然后在現(xiàn)場(chǎng)安裝，因此施工速度快。

（6）通過(guò)門頂、門底的水流相撞，可消耗一部分余能，對(duì)消能防沖有利。

（7）閘門啟動(dòng)后，形成門頂、門底同時(shí)過(guò)流，門頂溢流能使漂浮物順利過(guò)閘，門底射流流速高，便于推移質(zhì)過(guò)閘。

（8）相鄰自動(dòng)翻板門閘之間一般不需設(shè)置閘墩，即使設(shè)置閘墩，其間距也很大，因此，閘門全開(kāi)后對(duì)水流的阻力小。

（9）基本不改變天然河流斷面上的單寬流量分布，不改變天然河流的河勢(shì)與泥沙輸送，有利于環(huán)境保護(hù)。

液壓翻板閘壩壩址布置在原江洲寨溢洪道壩址處，正常蓄水位維持原正常蓄水位不變，即275.90m。液壓翻板閘壩布置于江洲寨溢流壩中間，共7扇門，每扇7m，翻板閘壩泄流寬度為49m。每扇門尺寸為7.0m×3.0m（寬×高）。新修溢流壩全長(zhǎng)55.6m。溢流堰面采用折線型實(shí)用堰，壩體采用C20混凝土；溢流面采用C30混凝土面板防沖刷，面板厚0.5m。液壓翻板閘壩堰頂高程273.01m，擋水高度2.888m，底板高程270.01m，壩底寬9.186m，左右側(cè)與原溢流壩連接，溢流堰面上游垂直，下游與老壩體平順連接。

電站工程大壩下游消能的主要目的是盡量減少壩下游水流能量，穩(wěn)定下游水流流態(tài)，使下游水流盡快恢復(fù)到天然狀態(tài)，以確保壩基和兩岸不被沖刷破壞。翻板壩設(shè)計(jì)詳見(jiàn)附圖。

3.2改造設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)翻板閘泄流特點(diǎn)，當(dāng)閘門閉門擋水、門頂泄流時(shí)，其泄流能力根據(jù)薄壁堰流或者實(shí)用堰流計(jì)算。根據(jù)工程所選用的閘門型號(hào)特點(diǎn)，當(dāng)閘門頂水深超過(guò)15 cm時(shí)，閘門將開(kāi)啟一定角度，當(dāng)閘門水深超過(guò)45 cm時(shí)，閘門將處于全開(kāi)狀態(tài)，閘門在開(kāi)啟過(guò)程中，水流變化復(fù)雜，最終實(shí)際過(guò)流能力應(yīng)由模型試驗(yàn)給出。閘門安裝時(shí)應(yīng)預(yù)傾15°。

附圖　翻板壩閘門剖面設(shè)計(jì)圖

泄流計(jì)算公式為：

式中σs—翻板門段淹沒(méi)系數(shù)；

m—翻板門段流量系數(shù)；

σc—側(cè)收縮系數(shù)；

B—翻板門段泄流總凈寬（m）；

HO—包括行近流速水頭的堰前水頭（m）。

工程前考慮江洲寨水庫(kù)的調(diào)蓄作用，工程后新修了翻板壩。根據(jù)翻板門的工作原理：當(dāng)洪水前鋒到來(lái)時(shí)，液壓翻板閘門能夠隨上游水位的稍許升高而準(zhǔn)確、及時(shí)地自動(dòng)逐漸開(kāi)啟泄流并隨即開(kāi)始沖淤；當(dāng)來(lái)流量增大，上游水位升高時(shí)，閘門會(huì)準(zhǔn)確、及時(shí)地自動(dòng)加大開(kāi)度，使過(guò)閘流量與閘前來(lái)流量相等。為了安全起見(jiàn)，工程后不考慮江洲寨水庫(kù)的調(diào)蓄作用。經(jīng)過(guò)水力計(jì)算，改造前后見(jiàn)表2。

表2　江洲寨溢洪道改造前后水位表

從表2可以看出，江洲寨實(shí)用堰滾水壩改造為液壓翻板閘壩后，20年一遇情況下壩前水位下降1.18m。

4　結(jié)論及建議

本工程設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)綜合比選，選取重力壩改造為翻板門壩方案，經(jīng)濟(jì)效果顯著。目前會(huì)同二期防洪工程主體工程已完工，江洲寨溢洪道拆除后，施工期水位大大降低（10月～次年3月5年一遇洪水在溢洪道處降低水位2.0m），減少了施工期的圍堰工程投資，降低了施工難度，增加了過(guò)流能力。

液壓翻板門壩具有改善河道景觀、沉淀污物，凈化水質(zhì)、汛期方便沖淤、礙洪斷面小、對(duì)壩址地質(zhì)條件要求低、工期短、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)，對(duì)已有重力壩進(jìn)行大壩改造，降低壩前洪水位，不僅可以擴(kuò)大行洪斷面，降低壩前洪水位，而且可以節(jié)約投資。重力壩改造成液壓翻板門壩在現(xiàn)階段的城區(qū)河道治理以及中小流域治理中具有重要的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］李宗健，等.水力自動(dòng)閘門［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［2］王世夏.水工設(shè)計(jì)的理論和方法［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介：周超（1985-），男，大學(xué)本科，工程師，目前從事水利工程設(shè)計(jì)工作，手機(jī)：13487556914，E-mai1：zhouchao423@163.com。

收稿日期：（2016-01-11）