北方多泥沙河流治理工程之分水閘方案比選

陳麗剛 馬 俊 戴翠琴

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003)

北方多泥沙河流治理工程之分水閘方案比選

陳麗剛 馬 俊 戴翠琴

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003)

在分析湟水河泥沙特點(diǎn)、分水閘運(yùn)行方式及泄洪排沙調(diào)度方案的基礎(chǔ)上，比較了不同閘型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種液壓升降壩與平板閘組合的復(fù)合壩，解決了湟水河景觀生態(tài)河道分水的問題，為北方多泥沙河流城區(qū)段綜合治理分水工程提供了設(shè)計(jì)思路。

湟水河，分水閘，液壓升降壩，多泥沙河流

1 工程概況及項(xiàng)目背景

湟水河是黃河上游的一級支流。經(jīng)海晏縣由西向東從托落圖流入湟源縣、湟中縣、市區(qū)，從小峽口流出西寧市，西寧市境內(nèi)流程95.9 km，境內(nèi)流域面積7 665 km2。2000年—2004年間市政府對城區(qū)段河道分三期進(jìn)行治理，工程經(jīng)過多年運(yùn)行，原分水閘設(shè)計(jì)“清濁分流”的功能未能發(fā)揮；各級橡膠壩蓄水建筑物已廢棄，主河槽無法形成梯級水面，河道水面低、水體渾濁、水質(zhì)差；河道兩岸直立護(hù)岸，生態(tài)性不足；河道整體景觀形象與《城市總體規(guī)劃》不協(xié)調(diào)。湟水河城區(qū)段作為西寧市“三川一水”水系的重要節(jié)點(diǎn)，是水生態(tài)文明城市建設(shè)的重要組成部分，是西寧市城區(qū)生態(tài)景觀的核心。2015年9月，市委市政府啟動(dòng)湟水河城區(qū)段綜合治理工程，西寧市湟水河城區(qū)段綜合治理工程范圍：從海湖橋以西，分水口上游665 m至共和路橋，河道總長約7.6 km。工程建設(shè)主要內(nèi)容：分水工程、主河槽建設(shè)工程、泄洪排沙槽續(xù)建工程、主河槽補(bǔ)水工程及南川河導(dǎo)流工程。

2 水文泥沙特點(diǎn)

西寧市所處湟水流域洪水主要由暴雨形成，洪水特點(diǎn)是暴漲暴落，峰形尖瘦，峰高量小，歷時(shí)短，最短洪水過程不足1 h，暴雨和洪水在時(shí)間上具有很好的一致性。湟水流域泥沙主要來源是6月～9月伏汛期間洪水夾帶的泥沙，西寧站1967—2013泥沙實(shí)測資料，多年平均來沙量261.06萬 t，多年平均含沙量2.26 kg/m3，年內(nèi)含沙量3月、4月含沙量開始增大，7月含沙量達(dá)到最大值為5.32 kg/m3，至9月開始降低。西寧站懸移質(zhì)泥沙以細(xì)顆粒為主，小于0.05 mm的泥沙顆粒占總泥沙量的71.2%，小于0.025 mm的泥沙顆粒占總泥沙量的45.96%。

3 分水閘閘型比選

3.1 分水閘位置及作用

分水閘在原址重建，位置在海湖橋上游約100 m處，上游與湟水河主河道銜接，下游分別連接主河槽和泄洪排沙槽。整個(gè)分水閘分為主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘兩部分，主河槽分水閘平時(shí)主要控制向主河槽水系分配一定的流量，而泄洪排沙槽分水閘則是在保證主河槽分水閘所需流量的同時(shí)將多余的水量分流，同時(shí)，汛期主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘均承擔(dān)上游來洪水時(shí)泄洪的作用。

分水閘百年一遇設(shè)計(jì)流量為642 m3/s，其中主河槽分水閘設(shè)計(jì)流量為550.6 m3/s，泄洪排沙槽分水閘設(shè)計(jì)流量為91.4 m3/s。

3.2 分水閘運(yùn)行方式

根據(jù)工程總體布置，依據(jù)泄洪排沙槽的泄流能力，分水閘主要有以下三種運(yùn)行方式：正常運(yùn)行方式：當(dāng)上游來水量小于 91.4 m3/s時(shí)，河道“清濁分流”，主河槽分水閘擋水，形成連續(xù)續(xù)集的景觀水面，泄洪排沙槽分水閘開啟排水、排沙；特殊運(yùn)行方式一：當(dāng)上游來水量大于91.4 m3/s且小于550.6 m3/s時(shí)，利用河道流量主河槽沖淤排沙；關(guān)閉泄洪排沙槽分水閘閘門，全部或局部開啟主河槽分水閘泄流排沙;特殊運(yùn)行方式二：當(dāng)上游來水量大于550.6 m3/s時(shí)，泄洪排沙分水閘和主河槽分水閘全部打開泄洪排沙。

3.3 分水閘泄洪排沙調(diào)度方案

根據(jù)工程規(guī)劃，湟水河城區(qū)段利用自流流量沖沙，解決分水閘閘前泥沙淤積，主河槽最小沖沙流量為25 m3/s。根據(jù)河道上游來水量及泄洪排沙槽泄流能力，當(dāng)上游來水量小于91.4 m3/s，分水閘按正常運(yùn)行方式，當(dāng)上游來水量小于25 m3/s時(shí)，主河槽分水閘關(guān)閉，泄洪排沙槽分水閘開啟排水、排沙；當(dāng)上游來水量大于25 m3/s時(shí)，根據(jù)分水閘閘前淤積情況，通過分水閘的調(diào)度，可局部開啟主河槽分水閘集中流量局部沖沙河道。當(dāng)上游來水量大于91.4 m3/s，工程按特殊運(yùn)行方式一或特殊運(yùn)行方式二運(yùn)行，當(dāng)上游來水量大于91.4 m3/s而小于550.60 m3/s，關(guān)閉泄洪排沙分水閘，主河槽分水閘視上游來水量大小局部或全部開啟沖沙；當(dāng)上游來水量大于550.60 m3/s，主河槽分水閘與泄洪排沙槽分水閘全部開啟泄洪排沙。

3.4 分水閘閘型比選

根據(jù)工程對分水閘的作用、運(yùn)行方式及泄洪排沙調(diào)度要求，考慮工程投資、景觀效果、運(yùn)行管理等因素，對液控雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘、橡膠壩、液壓升降壩與平板閘結(jié)合三種方案進(jìn)行了比選，具體方案如下：

方案一：液控雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘：新一代的液控雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板門，增加了液壓啟閉系統(tǒng)，保留了原水力自控能力，并具備輔助的液壓啟閉動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了“雙保險(xiǎn)”。優(yōu)點(diǎn)：可利用水力作用自動(dòng)啟閉；缺點(diǎn)：支墩較多，門開啟后與支墩仍然占據(jù)一定面積，對防洪略有影響；容易被大的漂浮物等卡住，流量大時(shí)自動(dòng)啟閉頻繁。

方案二：橡膠壩方案：技術(shù)成熟且造價(jià)較低，可設(shè)計(jì)跨度較大，全河道修建橡膠壩，設(shè)計(jì)為1跨，寬69 m，景觀效果較好。優(yōu)點(diǎn)：可設(shè)計(jì)為較大跨度，外形較美觀，河道上對視線無阻擋，造價(jià)較低。缺點(diǎn)是：易老化，充排水時(shí)間長，操作不便，多泥沙河道上容易磨蝕。

方案三：液壓升降壩與平板閘結(jié)合：主河槽分水閘采用液壓升降壩，泄洪排沙槽分水閘采用平板閘。液壓升降壩壩體跨度大，結(jié)構(gòu)簡單，支撐可靠易于建造；液壓系統(tǒng)操作靈活，可采用浮標(biāo)開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；可基本保持原河床，暢泄洪水及上游堆積泥沙、卵石及漂浮物而不阻水，水力條件優(yōu)越；施工簡單，工期短；運(yùn)行管理方便，耐久性好；適用范圍廣泛，對于梯級開發(fā)的城市河流，可形成寬闊的水面，壩頂溢流形成瀑布景觀，改善生態(tài)人文環(huán)境，增加城市風(fēng)光帶。泄洪排沙槽分水閘利用傳統(tǒng)平板閘的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)水中快速啟閉，同時(shí)，較好的控制分流流量，保證主河槽所需的分配流量。

結(jié)合各閘型的優(yōu)缺點(diǎn)及分水閘規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，對三個(gè)方案進(jìn)一步比較(見表1)。

表1 分水閘閘型式比選

從表1比較可以看出，液控雙驅(qū)動(dòng)水力自動(dòng)翻板閘由于本工程平時(shí)流量較大，閘門會(huì)頻繁自動(dòng)啟閉，運(yùn)行、控制不便；若全河道寬度修建液壓升降壩則不能控制泄洪排沙槽的泄水流量；修建

橡膠壩時(shí)除汛期外景觀效果較好，但過壩泥沙對橡膠壩的磨蝕不容忽視，汛期需要提前放空才能規(guī)避防洪風(fēng)險(xiǎn)；液壓升降壩與平板閘結(jié)合的方案投資較低，一般情況下不需要人為操作，運(yùn)行管理方便。綜合考慮分水閘的作用及運(yùn)行調(diào)度要求，分水閘選用液壓升降壩與平板閘結(jié)合的方案。

4 分水閘設(shè)計(jì)

分水閘采用液壓升降壩與平板閘相結(jié)合，開敞式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)總寬度69 m，包括主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘。主河槽分水閘門型采用液壓升降壩，擋水高度2.5 m，凈寬54 m；泄洪排沙槽分水閘采用平板閘門，凈寬12 m， 3孔，每孔凈寬4 m。分水閘閘底板高程均為2 241.90 m，閘上游設(shè)長10 m、厚0.5 m混凝土鋪蓋及深2.0 m、頂寬2.0 m格賓防沖；下游設(shè)置鋼筋混凝土消力池池長18.50 m，池深1.0 m，并設(shè)深2.0 m、頂寬5 m格賓海曼防沖。

分水閘溢流時(shí)效果圖見圖1。

5 結(jié)語

北方地區(qū)河流多屬于季節(jié)性河流，多泥沙，洪水陡漲陡落，水質(zhì)差，城區(qū)段景觀生態(tài)河道的設(shè)計(jì)應(yīng)充分研究河流具體特點(diǎn)，解決好洪水、泥沙、水質(zhì)等首要問題。湟水河城區(qū)段綜合治理工程首端分水閘的布置方案，較好地解決了洪水、泥沙、渾水與景觀蓄水的矛盾，工程于2016年8月建成試運(yùn)行，汛期與非汛期分水作用明顯，達(dá)到了工程設(shè)計(jì)要求。本文介紹的液壓升降壩與平板閘結(jié)合的復(fù)合壩，為我國北方多泥沙河流城區(qū)段綜合治理分水工程提供了設(shè)計(jì)新思路。

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On comparison of diversion gate schemes for sediment laden rivers in north China

Chen Ligang Ma Jun Dai Cuiqin

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd(YREC),Zhengzhou450003,China)

Based on the analysis of Huangshui River’s sediment characteristics, operation mode of diversion gate and flood releasing & sediment flushing schedule, comparing the advantages and disadvantages of different types of water gate, this article puts forwards a kind of compound dam which combines hydraulic lifting dam and flat gate, solving the water diversion problem of Huangshui River’s landscape reach, as well as providing a new design idea for diversion work of sediment-laden river in urban zone that locates in North China.

Huangshui River, diversion gate, hydraulic lifting dam, sediment-laden river

1009-6825(2017)05-0220-02

2016-11-27

陳麗剛(1984- )，男,工程師

TV663

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