銅鼓河整治工程攔河建筑物方案比選

梁超武

(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東,廣州 510635)

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銅鼓河整治工程攔河建筑物方案比選

梁超武

(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東,廣州 510635)

為了合理確定銅鼓河整治工程中攔河建筑物結(jié)構(gòu)形式,擬定了常規(guī)水閘、橡膠板、水力自控翻板閘3個(gè)方案,從功能要求、運(yùn)行管理、施工、景觀及投資等方面進(jìn)行對(duì)比分析,最終推薦采用水力自控翻板閘方案。

攔河建筑物；方案比選；水力自控翻板閘；橡膠壩；水閘

1 工程概況

銅鼓河位于廣州市郊區(qū)某鎮(zhèn),沿途兩岸主要為農(nóng)田、村莊,主要承擔(dān)當(dāng)?shù)胤篮榕艥臣肮喔裙δ?干流全長(zhǎng)為23.44 km,總集雨面積為49.8 km2。銅鼓河未進(jìn)行過(guò)整治,河道淤積嚴(yán)重,現(xiàn)狀寬度約15～25 m,河內(nèi)雜草叢生,沿途建有多座攔河建筑物及跨河橋梁,大部分存在阻水現(xiàn)象,過(guò)流能力嚴(yán)重不足,每逢大雨,沿岸的農(nóng)田、魚(yú)塘、村莊和鎮(zhèn)區(qū)經(jīng)常受淹。根據(jù)水文分析,銅鼓河現(xiàn)狀排洪能力約為2年一遇,不滿(mǎn)足規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)要求(20年一遇)。因此,為了提高防洪、排澇能力,確保區(qū)域水安全,改善灌溉條件、水環(huán)境和水景觀,當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)啟動(dòng)實(shí)施銅鼓河整治工程,按20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)整治銅鼓河下游約13 km長(zhǎng)的河道。

本工程整治段共有11座攔河建筑物,主要功能是壅高水位,引水灌溉,包括8座水陂(溢流壩)、3座翻板閘,基本建于20世紀(jì)七八十年代,其中4座于2000年進(jìn)行過(guò)改造,其余由于年久失修,損毀嚴(yán)重。本次整治擬對(duì)上述改造過(guò)的攔河建筑物進(jìn)行加固,其余7座拆除重建。對(duì)于擬重建的攔河建筑物,需進(jìn)行結(jié)構(gòu)型式比選,選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行管理方便的結(jié)構(gòu)型式。河道整治中,常用的攔河建筑物主要有常規(guī)開(kāi)敞式水閘、翻板閘、橡膠壩、溢流壩等。由于溢流壩過(guò)水?dāng)嗝婀潭?洪水期對(duì)行洪影響較大,結(jié)合當(dāng)?shù)毓芾聿块T(mén)要求,本次設(shè)計(jì)不再考慮采用溢流壩方案。根據(jù)本工程實(shí)際情況,結(jié)合當(dāng)?shù)仡?lèi)似工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn),本次設(shè)計(jì)以上游第一級(jí)攔河建筑物為例,擬定常規(guī)開(kāi)敞式水閘、橡膠壩、水力自控翻板閘3個(gè)方案進(jìn)行比選。

2 設(shè)計(jì)方案

開(kāi)敞式水閘是指具有開(kāi)敞式閘室的水閘,一般由閘底板、閘墩、啟閉機(jī)臺(tái)、交通橋等結(jié)構(gòu)物所組成。其泄流特點(diǎn)是：過(guò)閘流量決定于閘門(mén)開(kāi)度,閘門(mén)全開(kāi)時(shí)過(guò)閘水流具有自由水面[1]。閘門(mén)形式主要有提升式平板鋼閘門(mén)、弧形閘門(mén)、頂升式閘門(mén)。

本方案水閘采用開(kāi)敞式寬頂堰結(jié)構(gòu)(如圖1),堰頂高程為6.0 m,閘頂高程為10.0 m,共設(shè)5孔,單孔凈寬5.5 m,中墩厚1.2 m,邊墩厚1.0 m,閘室總寬為34.3 m。閘室底板厚0.8 m,順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為10 m。閘門(mén)采用平板鋼閘門(mén),孔口尺寸為5.5 m×2.5 m,位于底板下游側(cè),閘頂上設(shè)啟閉機(jī)室,寬4.5 m。水閘上游段依次設(shè)有：漿砌石護(hù)底長(zhǎng)8.0 m、砼防滲鋪蓋長(zhǎng)10 m；下游段依次設(shè)有消力池長(zhǎng)15 m、漿砌石護(hù)底長(zhǎng)10 m、干砌石護(hù)底長(zhǎng)10 m。

圖1 方案一斷面示意

圖2 方案二斷面示意

2.2方案二：橡膠壩方案

橡膠壩是用高強(qiáng)力合成纖維織物按設(shè)計(jì)要求的尺寸加工成壩袋膠布,錨固于混凝土底板上成封閉袋形[2],用水(氣)將其充脹形成袋式擋水壩。橡膠壩可升可降,既可充壩擋水,又可坍壩過(guò)流；壩高可根據(jù)需要調(diào)節(jié),溢流水深可控。

本方案橡膠壩壩頂高程為8.0 m(如圖2),底板高程6.0 m,底板厚0.8 m,順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)8.0 m,垂直水流向壩長(zhǎng)30 m。橡膠壩充排水設(shè)施控制室位于右岸。上、下游連接段與常規(guī)水閘方案相同。

2.3方案三：水力自控翻板閘方案

水力自控翻板閘根據(jù)水力和閘門(mén)重量平衡的原理,利用閘前水位變化實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的自動(dòng)開(kāi)合。當(dāng)門(mén)前水位高于門(mén)頂一定高度時(shí)(通常為0.1 m-0.3 m),門(mén)板自動(dòng)逐漸開(kāi)啟泄流,直到閘門(mén)完全翻倒；隨著洪水位下降,翻板閘門(mén)的傾角逐漸恢復(fù)豎直狀態(tài),最后復(fù)位擋水。因此,水力自控翻板閘具有不需啟閉機(jī)械及相應(yīng)設(shè)施、不需人為操作,完全由水流及時(shí)自動(dòng)控制的特點(diǎn)。

我知道停尸房里每天有幾具死于手術(shù)中的尸體，在忙碌的手術(shù)室里我習(xí)慣性地記住他們的名字，通過(guò)尸身腳上懸掛的名牌把尸身從緊閉的不銹鋼冰箱門(mén)推出，移至解剖臺(tái)上。今天骨骼大軍即將迎來(lái)他們的第207個(gè)士兵，一個(gè)全膝關(guān)節(jié)。我會(huì)為死者替換他的膝蓋，完成全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)。追悼?jī)x式后，死者與他的關(guān)節(jié)假體在他親人的嚎哭中被大火淹沒(méi)，而他真正的膝關(guān)節(jié)將永存于世。

本方案由5扇水力自控翻板閘組成,單扇門(mén)寬6.0 m,高2.0 m,設(shè)計(jì)閘底高程6.0 m(如圖3),閘底板厚0.8 m,順?biāo)鞣较虻装彘L(zhǎng)8.0 m,閘后砼支墩上設(shè)工作橋,寬1.2 m。上、下游連接段與常規(guī)水閘方案相同。

3 方案比選

3.1功能對(duì)比

各個(gè)方案均能滿(mǎn)足日常攔河蓄水,維持正常水位進(jìn)行引水灌溉,洪水期宣泄洪水的功能要求。但由于方案二壩袋充、放水需要一定的時(shí)間(約為1～2 h),對(duì)于山溪性河流,洪水暴漲暴落,如排水不及時(shí)可能存在漫頂?shù)陌踩[患,因此不適于排洪要求較高的河道。

圖3 方案三斷面示意

3.2運(yùn)行管理對(duì)比

運(yùn)行方式：方案一根據(jù)上游來(lái)水流量調(diào)節(jié)閘門(mén)開(kāi)度,以滿(mǎn)足閘上正常蓄水位要求,操作方式較復(fù)雜,需人工控制；方案二壩袋充滿(mǎn)水后保持一定壩高以維持正常蓄水位,當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)放空壩袋泄洪,運(yùn)行方式較簡(jiǎn)單,但需人工控制,同時(shí)壩袋充、放水需要較長(zhǎng)時(shí)間；方案三根據(jù)洪水水位自動(dòng)控制閘門(mén)開(kāi)度,無(wú)需人工控制,運(yùn)行方式最為簡(jiǎn)單。

配套設(shè)施：方案一閘門(mén)上方需設(shè)置啟閉機(jī)房,安裝啟閉設(shè)備、配置動(dòng)力設(shè)施及備用啟動(dòng)設(shè)施；方案二壩端需建泵房和管理用房,安裝水泵和灌排水管道,并配置備用動(dòng)力設(shè)施；方案三運(yùn)行時(shí)閘門(mén)的開(kāi)合自動(dòng)完成,不需啟閉設(shè)備,僅需配備少量(不少于2個(gè))手動(dòng)葫蘆用于維修。

管理維護(hù)：方案一需配專(zhuān)人管理,閘門(mén)啟閉需消耗電能,對(duì)啟閉設(shè)備及動(dòng)力設(shè)施進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù),并根據(jù)需要對(duì)閘門(mén)進(jìn)行防銹防腐處理,管理費(fèi)用高；方案二也需配專(zhuān)人管理,壩袋充、放水需消耗電能,需經(jīng)常性地對(duì)動(dòng)力設(shè)施及排灌水管道進(jìn)行維護(hù),維護(hù)費(fèi)用較高；方案三無(wú)需專(zhuān)人管理及經(jīng)常性維護(hù),只有當(dāng)閘門(mén)由于異物卡塞需進(jìn)行清理,管理費(fèi)用較低。

使用壽命：方案一閘門(mén)采用金屬結(jié)構(gòu),使用壽命較長(zhǎng),可達(dá)50 a；方案二由于壩袋材料易老化,其耐久性和堅(jiān)固性受到限制,且壩袋容易遭受河中漂浮物割傷或較大的推移質(zhì)磨損,一般壽命較短,約為10～20 a；方案三閘門(mén)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在垃圾雜物較少的河道,使用壽命可達(dá)40 a。

3.3施工對(duì)比

方案一結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,鋼閘門(mén)制作、安裝工期較長(zhǎng)；方案二壩袋制作、安裝較簡(jiǎn)單,工期較短；方案三結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,翻板閘制作、安裝工期短。

3.4景觀對(duì)比

方案一需修建高聳的啟閉機(jī)室排架,影響河道景觀,正常蓄水情況下,水流從閘底呈孔口出流,景觀效果較差；方案二水流從壩面溢流,可形成一定的瀑布景觀,結(jié)合采用彩色壩袋,可提升河道景觀效果；方案三正常蓄水時(shí)水流從閘頂泄流,具有一定的瀑布景觀效果。

3.5投資對(duì)比

各方案閘室段主要工程量及投資對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 各方案工程量及投資對(duì)比表 (閘室段)

從表1可見(jiàn),方案一投資最高,方案三投資最低,方案二居中。

3.6比選結(jié)果

綜合考慮,方案三運(yùn)行方式簡(jiǎn)單,配套設(shè)施少,管理維護(hù)費(fèi)用低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工工期較短,在達(dá)到整治工程目的前提下工程投資最省,結(jié)合農(nóng)村河道管理薄弱、專(zhuān)業(yè)人才缺乏、建設(shè)投資及管理費(fèi)用投入不足等實(shí)際情況,因此推薦采用方案三——水力自控翻板閘。

4 結(jié)語(yǔ)

在農(nóng)村河道整治工程建設(shè)中,常常需要修建攔河建筑物以壅高水位引水灌溉,由于攔河建筑物型式多樣,在結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)河道類(lèi)型、地理環(huán)境、功能要求、運(yùn)行管理特點(diǎn)、施工條件、工程投資等方面進(jìn)行綜合比選,使我們的設(shè)計(jì)更加合理。

[1] 陳寶華,張世儒.取水輸水建筑物叢書(shū) 水閘[M].北京： 中國(guó)水利水電出版社，2003．

[2] 陸吾華,侯作啟.橡膠壩設(shè)計(jì)與管理[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005．

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Selection and Comparison of River Sluice Scheme in the Tonggu River Regulation Engineering

LIANG Chaowu

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635,China)

In order to reasonably determine the structure types of Tonggu river regulation engineering of sluice, three schemes have been drawn up on conventional sluice, rubber dam, and hydraulic automatic flap gate. From the aspects of functional requirements, operation management, construction, landscape and investment, contrast analysis has been carried on, finally, the hydraulic automatic flap gate scheme is recommended.

river sluice construction； scheme selection and comparison； hydraulic automatic flap gate； rubber dam；sluice

2016-05-16;

2016-06-19

梁超武(1983),男,本科,工程師,主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)及咨詢(xún)工作。

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