福建省莆田市木蘭溪寧海閘導流工程方案探討

陳瑞椿

（莆田市秋蘆溪水電管理處福建莆田351100）

福建省莆田市木蘭溪寧海閘導流工程方案探討

陳瑞椿

（莆田市秋蘆溪水電管理處福建莆田351100）

木蘭溪寧海閘位于木蘭溪下游感潮段，閘址上游流域面積大，施工導流十分關(guān)鍵，因地制宜選擇合理的導流方案，確保水閘施工安全、兩岸堤防安全以及區(qū)域防洪防潮安全具有十分重要的意義。本文結(jié)合木蘭溪上游附近的江東水閘遷建，從寧海閘工程布置，探討分析選擇合理的導流方案，以確保寧海閘施工安全，同時確保江東水閘原有承擔的排澇擋潮功能，供類似項目參考。

木蘭溪寧海閘；施工導流；水閘遷建；方案探討

1　工程概況

擬建木蘭溪寧海閘為一座集擋潮、蓄淡、景觀為一體綜合效益的攔河閘，工程總投資約10億元。閘址位于寧海古橋下游700m處，總體建設(shè)方案為“河中央3孔平板閘+兩側(cè)平面立軸弧形門”，工程等別為I等，水閘永久建筑物為1級，設(shè)計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為300年一遇，設(shè)計防潮標準為100年一遇［1］；水閘工程含閘室、門庫、弧門支座、消能工、上下游接線護岸、控制房、兩岸堤防（含穿堤建筑物）、生產(chǎn)管理區(qū)、閘區(qū)文化公園等建筑物。閘室總寬度276m，河中央平板閘3孔總凈寬75m，閘底高程-2.5m；兩側(cè)大跨度平面立軸弧形雙開鋼閘門，單側(cè)凈寬90m，閘底高程-0.5m。同時在閘室兩岸各布置大門庫，在距門軌約120m的兩岸設(shè)置C30鋼筋混凝土弧門支座。寧海閘建成后可在木蘭溪河道形成長16km、水域面積300萬m2、有效庫容1500萬m3的淡水湖景觀帶，對木蘭溪下游淡水資源利用、提高灌溉保證率、改善兩岸地表不循環(huán)以及南北洋水環(huán)境，建設(shè)水生態(tài)文明城市具有重要意義。寧海閘工程將建成為莆田市的標志性建筑之一。

現(xiàn)有江東水閘位于寧海古橋下游500m處，是木蘭溪下游右岸防洪堤上的穿堤水閘，承擔南洋部分片區(qū)防洪、排澇任務(wù)，共3孔總凈寬7.5m，排澇標準低。寧海閘工程施工時，江東水閘位于其基坑范圍內(nèi)無法發(fā)揮作用；而且在寧海閘建成后，現(xiàn)有江東水閘位于寧海閘上游，出口受寧海閘閘前水位影響大，排澇調(diào)度需兩閘聯(lián)動才能取得較好效果，為確保寧海閘建成后江江水閘的調(diào)度主動性，確保上游南洋片區(qū)洪澇水能趕潮快速排泄，遷建江東水閘至寧海閘下游十分必要。同時兩閘相距較近關(guān)聯(lián)度大，在選擇寧海閘施工導流方案時充分考慮江東水閘遷建工程的作用尤為重要。兩閘位置詳見圖1。

2　寧海閘導流方案

圖1　寧海閘及江東水閘遷建工程平面示意圖

寧海閘閘址上游流域面積1610km2，工程施工受上游洪水、下游潮水影響大，選擇合理的導流方案，確保水閘施工安全、兩岸堤防安全以及區(qū)域防洪防潮安全十分重要。導流建筑物設(shè)計洪水標準為10年一遇，枯水期11～4月時段的設(shè)計洪峰流量547m3/s，全年設(shè)計洪水洪峰流量2890m3/s［2］；寧海閘閘址處10年一遇全年設(shè)計洪水洪峰流量為2890m3/s，若采取全年木蘭溪河道一次性斷流導流方案，則兩岸需新開挖平均寬度約200m的明渠，明渠兩岸以筑堤型式填高，防洪標準不低于10年一遇。因閘址上下游有寧海古橋、涵黃公路橋、G15沈海高速公路橋等跨河建筑物，且左岸有涵江垃圾處理中心，右岸村莊密集，受地形、地貌條件制約，全年明渠導流的方案難于實施。另外，工程區(qū)地基土層主要為厚度大的淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，明渠需放緩岸坡，或采取工程措施加固，征地范圍大，工程投資量大。故寧海閘工程施工不宜采取河道全年一次性斷流、兩岸新建明渠的導流方案，對施工導流進行以下兩種方案比較。

2.1汛期河道泄洪+枯水期明渠導流方案

為分時段導流方案，即汛期利用現(xiàn)有河道泄洪，枯水期右岸新挖明渠導流。寧海閘閘室工程需經(jīng)歷2個枯水期才能建成，枯水期施工時段為11月～4月，擬對主河床采取一次性斷流，并利用右岸新挖明渠導流。第一個枯水期完成主河床基坑內(nèi)的基礎(chǔ)加固工程施工；臨汛期時，拆除主河床的上下游圍堰，利用現(xiàn)有河道泄洪；第二個枯水期再次對主河床進行截流，完成閘室上部施工。主河床基坑在2個枯水期內(nèi)施工，兩期圍堰導流標準與型式相同。上游圍堰軸線位于閘軸線上游200m，兩端接左右岸灘地，土圍堰全長300m；下游圍堰按防御10年一遇潮水位確定，堰頂高程為6.4m，頂寬3.0m。

根據(jù)施工進度計劃，平面立軸弧形門安排在兩側(cè)門庫內(nèi)制作，門庫工程及弧形閘門制安無法在兩個枯水期內(nèi)完成，為充分利用汛期時段施工，需在左右岸門庫的臨河側(cè)修筑縱向圍堰，以實現(xiàn)門庫工程及弧形閘門制安全年施工?？v向土圍堰擋水標準按照10年一遇全年洪水位和10年一遇設(shè)計潮水位外包線考慮，相應(yīng)設(shè)計高水位為5.5m。單側(cè)圍堰長度420m，堰頂高程6.5m，頂寬4.0 m。右岸新挖明渠承擔枯水期導流任務(wù)，按11月～4月枯水時段10年一遇洪水設(shè)計。明渠規(guī)模結(jié)合江東水閘遷建綜合確定。

2.2分期導流方案

利用現(xiàn)有河道分期導流，一期圍堰先圍封河中2孔平板閘和右側(cè)平面立軸弧形鋼閘門及門庫的基坑；并對左河床預先開挖，由左河床過流。二期圍堰圍封河中1孔平板閘和左側(cè)平面立軸式弧形鋼閘門及門庫的基坑，并通過一期圍堰時己建成的右側(cè)弧形門閘室和河中1孔平板閘過流。圍堰擋水標準按10年一遇全年設(shè)計洪水位和10年一遇高潮水位外包考慮，一、二期土圍堰相應(yīng)設(shè)計水位6.37m，長度分別為800m和780m，堰頂高程為7.7m，頂寬4.0m。

2.3方案選擇

從投資與工期分析，分期導流方案投資略低，但閘室樞紐工程需分成兩個時段施工，施工總工期為36個月，較“汛期河道泄洪+枯水期明渠導流”方案增加12個月。從圍堰布置分析，寧海閘閘址現(xiàn)狀河床底高程約為-l.0m～-3.5m，地基土又分布有深厚的淤泥，采用分期導流方案堰頂高程為7.7m，圍堰高度及底寬較大，縱向圍堰布置受到空間限制，工程布置難度較大。從對上游防洪安全的影響分析，寧海閘上游已建木蘭溪一期、二期、三期防洪工程的設(shè)計洪水標準為50年一遇；三期荔涵段下游至寧海閘閘址河段兩岸堤防頂高程僅為6.5m～7.0m。采取分期導流方案時，閘址處河道10年一遇的設(shè)計洪水位為6.35m，高于天然河道50年一遇設(shè)計洪水位5.92m，且逼近下游現(xiàn)有堤防的堤頂高程，將嚴重威脅上游兩岸的防洪安全。

因此，寧海閘施工導流方案采取“汛期河道泄洪+枯水期明渠導流”的方案較為可行。

3　寧海閘施工導流工程與江東水閘遷建

寧海閘施工導流方案擬采取“汛期河道泄洪+枯水期明渠導流”方案，由于閘址所處木蘭溪河道為感潮河段，導流工程的設(shè)計規(guī)模受潮汐影響大，可結(jié)合江東水閘遷建工程，對寧海閘導流工程作進一步分析。

寧海閘施工導流分汛期和枯水期采取不同的布置方案，枯水期采取河道全斷面截流、岸邊明渠導流。如果導流明渠出口利用遷建后的江東水閘擋潮，施工洪水利用上游木蘭溪河槽庫容調(diào)蓄，可以有效降低寧海閘基坑上游圍堰高度、減小導流明渠的設(shè)計規(guī)模，可節(jié)省投資效益明顯。因此，結(jié)合寧海閘施工導流工程布置，提前遷建江東水閘是合理可行的。遷建后的江東水閘位于原閘址下游500m處，水閘外引港出口布置在寧海閘消能工末端約100m，并與木蘭溪主槽銜接，內(nèi)引港與現(xiàn)有的江東渠連通，與寧海閘的主體工程布置和施工總布置無交叉矛盾。

江東水閘遷建工程位于木蘭溪堤防上，堤防設(shè)計洪水標準為50年一遇，相應(yīng)堤防建筑物級別為2級，水閘等別為III等，主要建筑物級別為3級。按不低于堤防工程的防洪標準確定水閘的主要建筑物級別為2級，水閘的設(shè)計洪水標準為50年一遇。水閘排澇標準按30年一遇的城市治澇標準設(shè)計，水閘閘室共3孔凈寬30m，設(shè)計最大排水流量352m3/s，

3.1單一明渠導流布置方案

枯水期寧海閘施工導流時，不考慮江東水閘遷建工程作用，采取在右岸新挖明渠連通基坑上下游木蘭溪河道。圍堰與導流明渠設(shè)計的洪潮組合工況按（1）上游枯水期10年一遇設(shè)計洪水（洪峰流量547 m3/s）遭遇下游多年平均年最高潮位4.74m，與（2）P=10%設(shè)計潮水位5.15m。導流明渠規(guī)模按枯水期10年一遇的設(shè)計洪水洪峰流量547m3/s計算確定，渠底寬48m，兩岸坡比1：3.0，明渠進口底高程1.0m，出口底高程0.2m，渠底坡降1‰。上下游圍堰及導流明渠兩岸頂高程按10%設(shè)計潮水位5.15m加超高確定。

3.2利用遷建后的江東水閘調(diào)蓄導流方案

江東水閘遷建后，水閘上游內(nèi)引港與現(xiàn)有江東渠連通，外引港接木蘭溪河道。寧海閘枯水期施工時，可通過新挖明渠連接段將江東水閘的內(nèi)引港與基坑上游木蘭溪河道連通，同時利用江東水閘合理調(diào)度來承擔寧海閘枯水期施工任務(wù)。正常時段利用江東水閘閉門擋潮和啟閉排水調(diào)度，使上游木蘭溪河道始終處于低水位狀態(tài)；當上游發(fā)生設(shè)計洪水遭遇下游漲潮時，關(guān)閉江東水閘擋潮，同時利用木蘭溪河槽調(diào)蓄洪水，待退潮后趕潮排水。

設(shè)計洪潮組合工況按（1）上游枯水期10年一遇設(shè)計洪水遭遇下游多年平均年最高潮位4.74m，與（2）上游枯水期多年平均洪水流量遭遇下游P=10%設(shè)計潮水位5.15m，經(jīng)分析寧海閘上游河道庫容曲線并經(jīng)河道調(diào)蓄計算，洪潮遭遇的較不利組合為洪峰與潮峰同時出現(xiàn)。推算工況（1）江江水閘內(nèi)江緊隨高水位4.32m，工況（2）江東水閘內(nèi)江最高水位3.45m，取兩種工況外包作為不利組織，施工期江東水閘的內(nèi)江最高水位為4.32m。木蘭溪河道起調(diào)水位為2.0m，經(jīng)調(diào)蓄計算，確定導流明渠最大排水流量為300m3/s，水閘內(nèi)引港及導流明渠連接段的底寬為36m，兩岸坡比為1：3.0。

3.3枯水期明渠導流方案比選

在寧海閘施工采取“汛期河道泄洪+枯水期明渠導流”方案前提下，單一明渠方案，明渠設(shè)計流量547m3/s，底寬48m，上下游圍堰按P=10%潮位5.15m設(shè)計，堰頂高程6.4m。利用江東水閘遷建工程調(diào)蓄導流方案，明渠設(shè)計流量300m3/s，底寬為36m，上游圍堰按經(jīng)木蘭溪河道調(diào)蓄后的水位4.32m設(shè)計，堰頂高程5.15m，下游圍堰按P=10%潮位5.15m設(shè)計，堰頂高程6.4m?？梢钥闯觯簩幒ｉl枯水期施工時，利用遷建后的江東水閘擋潮、通過木蘭溪河道調(diào)蓄施工期洪水，導流明渠的設(shè)計流量由547m3/s減小為300m3/s，明渠底寬縮至36m；上下游圍堰及導流明渠的設(shè)計水位由5.15m降至4.32m，上游圍堰及明渠兩岸的岸頂高程降低1.0m，大大降低了上游圍堰和導流明渠的設(shè)計規(guī)模，工程效益明顯。

4　結(jié)語

木蘭溪寧海閘施工導流采取“汛期河道泄洪+枯水期明渠導流”的方案較合理，因?qū)幒ｉl工程建設(shè)導致原江東水閘幾近失效，需進行江東水閘遷建。利用遷建后的江東水閘進行寧海閘施工導流，可大大減小寧海閘導流明渠及圍堰工程投資，同時也確保了原江東水閘承擔的南洋片區(qū)排澇擋潮功能。利用遷建后的江東水閘進行寧海閘施工導流布置是必要的，也是合理可行的。陜西水利

［1］福建省水利水電勘測設(shè)計研究院《福建省莆田市寧海閘導流工程結(jié)合江江水閘遷建項目實施方案報告》，2015年8月

［2］福建省水利水電勘測設(shè)計研究院《福建省莆田市寧海閘工程可行性研究報告》，2015年12月

（責任編輯：唐紅云）

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