皂河閘除險加固工程施工導(dǎo)流方案研究

張曉松　李小紅　張艷霞（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司揚(yáng)州225127）

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皂河閘除險加固工程施工導(dǎo)流方案研究

張曉松李小紅張艷霞
（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司揚(yáng)州225127）

考慮到皂河閘是非汛期駱馬湖排水的主要出路，施工期間需對非汛期駱馬湖以上地區(qū)來水作出總體安排，擬在適當(dāng)預(yù)降水位預(yù)留一定調(diào)庫容蓄來水的基礎(chǔ)上，利用皂河二站反向發(fā)電、洋河灘閘、六運(yùn)涵洞及調(diào)度閘分泄入駱南中運(yùn)河，利用劉集地涵排澇天窗口門分泄入徐洪河。遭遇非汛期超標(biāo)準(zhǔn)洪水時則在利用上游湖庫攔蓄和劉家道口、大官莊樞紐控制東調(diào)的基礎(chǔ)上，加大劉集地涵泄量和及時啟用總六塘河參與導(dǎo)流，必要時視新沂河嶂沭區(qū)間來水情況相機(jī)開啟嶂山閘利用新沂河排泄。

皂河閘除險加固非汛期駱馬湖洪水導(dǎo)流方案應(yīng)急預(yù)案

1　工程概況

皂河閘位于江蘇省宿遷市皂河鎮(zhèn)北約2.5km處的中運(yùn)河上，東與駱馬湖南堤相連、西與皂河船閘東堤相接，與駱馬湖南堤和洋河灘閘等組成駱馬湖皂河控制線。皂河閘是駱馬湖泄水口門之一，控制著駱馬湖向中運(yùn)河泄水量，工程自投入運(yùn)行以來，在排洪、灌溉、調(diào)節(jié)航運(yùn)水位等方面發(fā)揮了重大作用。皂河閘興建于1952年6月，設(shè)計過閘流量500m3/s，校核流量800m3/s，1972年因駱馬湖蓄水位提高，對其進(jìn)行加固擴(kuò)建，校核流量提高至1000m3/s。該閘主要作用是控制中運(yùn)河泄量，確保堤防安全，兼顧運(yùn)西黃墩湖地區(qū)的排澇；調(diào)節(jié)閘上、下游水位，以保航運(yùn)和駱馬湖一線大堤的安全；引水灌溉下游農(nóng)田；利用駱馬湖棄水發(fā)電。

2　工程加固內(nèi)容及工期安排

皂河閘自建成60多年以來，雖經(jīng)多次加固，但因先天不足和超標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，工程暴露出諸多安全隱患，主要體現(xiàn)在：①閘身自身穩(wěn)定不足，原設(shè)計閘身偏輕，造成抗滑穩(wěn)定不夠，直到閘底板澆筑結(jié)束后才發(fā)現(xiàn)這一問題，后重新鑿開閘底板上游面層鋼筋，補(bǔ)焊拉錨鋼筋，將閘室與上游護(hù)坦拉結(jié)，以增加閘室抗滑穩(wěn)定；②設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，設(shè)計水位和設(shè)計流量都超高原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，雖經(jīng)幾次除險加固，仍未能全部消除隱患；③下游消能防沖設(shè)施不滿足規(guī)范要求，造成沖刷嚴(yán)重，消力池、海漫損壞，護(hù)坡坍塌；④公路橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，不適應(yīng)目前交通要求，桁架拱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，橋面損壞，橋下啟閉機(jī)房漏雨；⑤閘門銹蝕，止水損壞，漏水嚴(yán)重；⑥電氣均為20世紀(jì)50年代的非標(biāo)產(chǎn)品，設(shè)備老化嚴(yán)重，影響工程正常運(yùn)行；⑦部分混凝土碳化，20世紀(jì)50年代初期澆筑的混凝土平均碳化深度8.97mm，最深22mm，1972年加固的C20混凝土，平均碳化深度17.5mm，最深41mm，個別部位超過鋼筋保護(hù)層厚度，且在不斷發(fā)展。鑒于上述工程安全隱患，2009年4月鑒定為Ⅲ類水閘。

為確保駱馬湖皂河控制線的安全，充分發(fā)揮皂河閘的各項(xiàng)功能，擬根據(jù)皂河閘現(xiàn)狀過閘流量規(guī)模和地震基本烈度Ⅷ度設(shè)防的要求對其進(jìn)行除險加固。主要除險加固項(xiàng)目有拆建閘室，新建閘室由現(xiàn)狀7孔調(diào)整為6孔，每孔凈寬10m，總凈寬60m；拆除現(xiàn)狀弧形鋼閘門及啟閉機(jī)，更換為平板鋼閘門，并配QHB-2250KN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)；拆建小水電站；新建閘上公路橋；拆建上、下游翼墻；拆建下游消力池；增加閘室與水電站之間隔水墻等內(nèi)容。

根據(jù)工程實(shí)際情況，計劃工期15個月，具體安排：第一年汛后開工，利用冬春季枯水期，進(jìn)行節(jié)制閘水下部分及公路橋施工；第二年汛前完成節(jié)制閘水下部分、公路橋施工和閘門啟閉機(jī)的安裝，具備擋水、防洪條件；第二年年底前完成全部工程，具備總體驗(yàn)收條件。

表1　非汛期駱馬湖以上實(shí)測最大一、三、七日入湖洪量統(tǒng)計表

表2　非汛期駱馬湖以上不同頻率一、三、七日洪量成果表

表3　非汛期駱馬湖以上典型入湖洪量表

表4　駱馬湖非汛期P=10%設(shè)計洪水過程線表

3　施工導(dǎo)流方案

3.1施工期設(shè)計洪水

3.1.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

皂河閘為2級水工建筑物，其主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004），相應(yīng)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇，但考慮到水下工程部分利用非汛期完成，施工圍堰在汛期予以拆除，因此，施工導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定為10年一遇。

3.1.2施工期駱馬湖設(shè)計洪水

駱馬湖以上匯水面積5.59萬km2，主要由沂沭河、南四湖、邳蒼3個地區(qū)組成，洪水通過沂河、中運(yùn)河注入駱馬湖，中運(yùn)河運(yùn)河鎮(zhèn)以下還有支流房亭河匯入。非汛期入駱馬湖洪水主要通過沂河港上站、中運(yùn)河運(yùn)河鎮(zhèn)站和房亭河土山站實(shí)測日均流量過程進(jìn)行分析，由于3個測站入湖洪水傳播時間較接近，可對日均流量直接疊加作為非汛期駱馬湖實(shí)測最大一、三、七日入湖洪量。非汛期駱馬湖入湖洪量統(tǒng)計見表1，不同頻率一、三、七日洪量成果見表2。

根據(jù)非汛期駱馬湖入湖實(shí)測流量過程，選擇洪水特征接近于設(shè)計值的1985年洪水過程作為典型洪水過程，按照同頻率組成法分析10年一遇洪水過程，見表3、表4。

3.2施工導(dǎo)流

3.2.1導(dǎo)流線路分析

根據(jù)駱馬湖周邊河道及建筑物情況，施工期間可能的導(dǎo)流出路有5條：

出路一：劉集地涵排洪口天窗泄洪孔可調(diào)泄駱馬湖洪水200～400m3/s入徐洪河下泄。

出路二：皂河二站可方向發(fā)電，最大可分泄駱馬湖洪水75m3/s入邳洪河，經(jīng)邳洪河閘泄入駱南中運(yùn)河。

出路三：洋河灘閘設(shè)計流量500m3/s，六塘河閘、六塘河壅水閘設(shè)計流量均為600m3/s，皂河閘施工期間，最大可分泄駱馬湖洪水500m3/s入總六塘河，但考慮到總六塘河沿線水質(zhì)為劣Ⅳ類，通過總六塘河下泄部分來水可能會影響到淮沭河水質(zhì)，從而影響沭陽縣城取水和向連云港供水的水質(zhì)。因此，該線路不宜作為皂河閘除險加固施工期間的導(dǎo)流線路。

出路四：六運(yùn)涵洞和六運(yùn)調(diào)度閘設(shè)計流量均為30m3/s，最大可分泄駱馬湖洪水60m3/s入駱南中運(yùn)河，或通過來龍灌區(qū)二干渠、三分干分泄15～20m3/s入新沂河。

出路五：嶂山閘是駱馬湖泄洪入新沂河的口門，設(shè)計流量8000m3/s，非汛期嶂山閘正常關(guān)閘蓄水，保證駱馬湖北調(diào)送水及周邊地區(qū)200萬畝農(nóng)田的灌溉用水，并保護(hù)新沂河灘地30萬畝三麥免受桃汛威脅。因此，該線路不宜作為皂河閘除險加固施工期間的導(dǎo)流線路。

綜上分析，皂河閘除險工程施工期間擬利用線路一、二、四進(jìn)行導(dǎo)流，確保工程安全實(shí)施。

3.2.2施工期駱馬湖洪水臨時調(diào)度措施

駱馬湖洪水調(diào)度以《沂沭河洪水調(diào)度方案》（國汛〔2012〕8號）為依據(jù)，其排洪出路主要有新沂河、駱南中運(yùn)河以及相機(jī)泄洪的徐洪河。皂河閘施工期間駱馬湖來水臨時調(diào)度措施根據(jù)駱馬湖洪水調(diào)度方案，并結(jié)合施工期間導(dǎo)流線路分析成果，擬定施工期駱馬湖洪水臨時調(diào)度措施如下：皂河閘施工期間，控制駱馬湖正常蓄水位不超過23.0m，最高控制蓄水位不超過23.20m，必要時根據(jù)預(yù)報，適當(dāng)預(yù)降駱馬湖水位，預(yù)留一定庫容調(diào)蓄非汛期來水。

3.2.3施工導(dǎo)流方案

根據(jù)擬定的非汛期駱馬湖來水臨時調(diào)度原則，對駱馬湖進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，在控制駱馬湖非汛期湖水位不超過23.20m的基礎(chǔ)上，若不提前預(yù)降駱馬湖水位，則施工期間駱馬湖需安排的導(dǎo)流流量為450m3/s，若提前預(yù)降駱馬湖水位至22.70m，則施工期間駱馬湖需安排的導(dǎo)流流量為300m3/s。

根據(jù)駱馬湖洪水排水出路分析結(jié)論以及其相應(yīng)的排水規(guī)模，施工期間駱馬湖非汛期10年一遇來水?dāng)M根據(jù)預(yù)報，提前預(yù)降至22.70m，預(yù)留庫容調(diào)蓄入湖洪水，并在此基礎(chǔ)上安排導(dǎo)流300m3/s，導(dǎo)流出路主要依靠駱南中運(yùn)河和徐洪河，具體導(dǎo)流線路安排如下：利用皂河二站反向發(fā)電，分泄75m3/s入邳洪河，經(jīng)邳洪河閘排入駱南中運(yùn)河；利用洋河灘閘、六運(yùn)涵洞和調(diào)度閘分泄60m3/s入駱南中運(yùn)河；利用洋河灘閘、來龍灌區(qū)二干渠—三分干分泄15m3/s入新沂河；利用劉集地涵排澇天窗口門分泄150m3/s入徐洪河。

4　超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急預(yù)案

皂河閘除險加固工程施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為非汛期10年一遇，為確保施工期間安全，需對超標(biāo)準(zhǔn)洪水作出應(yīng)急預(yù)案，擬以非汛期20年一遇來水為基礎(chǔ)，提出超標(biāo)準(zhǔn)洪水的施工導(dǎo)流預(yù)案。根據(jù)分析計算，駱馬湖以上非汛期20年一遇最大入湖流量為1068m3/s，經(jīng)駱馬湖調(diào)節(jié)計算，要滿足施工期間駱馬湖最高水位不超過23.20m的要求，則非汛期駱馬湖需安排的導(dǎo)流流量為550m3/s，在利用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水導(dǎo)流線路及規(guī)模的基礎(chǔ)上，采取如下應(yīng)急措施：

（1）施工期間，駱馬湖以上南四湖片盡量利用上游湖庫的攔蓄功能，特別是利用南四湖上、下級湖的調(diào)蓄功能，控制韓莊閘的下泄量；沂沭河片盡量利用沂河劉家道口樞紐和沭河大官莊樞紐，控制上游來水盡量東調(diào)，以減少非汛期駱馬湖的入湖水量。

（2）施工期間，加強(qiáng)與上、中游雨量站聯(lián)系，及時掌握雨情變化，加強(qiáng)洪水預(yù)報，及時有效地控制駱馬湖水位，以保工程安全。

（3）在上游湖庫調(diào)蓄以及控制調(diào)度的基礎(chǔ)上，多余流量擬通過加大劉集地涵泄量和啟用總六塘河參與排水，必要時視新沂河嶂沭區(qū)間來水情況，相機(jī)開啟嶂山閘利用新沂河下泄。

5　建議

（1）為保證皂河閘除險加固工程順利實(shí)施，施工期間駱馬湖以上來水通過其他出路安排下泄，增加了有關(guān)工程的運(yùn)行費(fèi)用，建議實(shí)施階段由建設(shè)單位根據(jù)有關(guān)工程運(yùn)行情況酌情予以補(bǔ)償。

（2）皂河閘除險加固工程實(shí)施期間，建設(shè)單位需與沂沭泗管理局等有關(guān)部門進(jìn)一步協(xié)商，制定具體的上游湖庫攔蓄和控制調(diào)度方案■