淺談樹亭湖擋水工程設(shè)計(jì)

楊 杰 王 剛

1.婁底市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南婁底 417000；2.婁底市防洪工程建設(shè)管理處，湖南婁底 417000

1 工程概況

樹亭湖擋水工程是《漣源市城西生態(tài)文明示范區(qū)河湖水系連通項(xiàng)目》中樹亭湖工程的一項(xiàng)配套工程。壩址所在河流為漣水河支流新漣河，壩址位于漣源市六畝塘鎮(zhèn)樹亭村，壩址以上流域面積為158km2。壩軸線距離下游新建婁底大道跨新漣河公路橋120m，距上游對(duì)山壩670m，距下游環(huán)北壩800m，樹亭湖壩下游1.0km處為漣源市第一水廠取水泵房（已停用）。

新漣河枯水季節(jié)流量有限，自凈能力不強(qiáng)，上游工礦企業(yè)較多導(dǎo)致水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)難以滿足供水的要求，不利于運(yùn)行和管理。新漣河長(zhǎng)期沒(méi)有進(jìn)行過(guò)治理，低擋水?dāng)r河壩過(guò)多，阻礙行洪，造成河道淤積嚴(yán)重、壅水過(guò)低、蓄水不足，枯水期河床景觀效果非常差。

樹亭湖擋水工程的修建及樹亭湖的開發(fā)，將扭轉(zhuǎn)水生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，改善水生態(tài)環(huán)境和人文景觀條件，提高飲水用水安全程度，提高防洪保安能力。改善市民居住、休閑、健身的人居環(huán)境，提升城市品味，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

2 正常蓄水位的確定

樹亭湖壩壩址下游800m處有環(huán)北壩，壩址下游1.77km處建有酒廠壩，上游670m處建有對(duì)山壩，壩址上游2.93km處建有煤機(jī)廠壩，四座攔河壩均為漿砌石固定壩。環(huán)北壩壩頂高程146.38m，壩上游常水位144.38m；光明山壩壩頂高程144.21m，壩上游常水位為142.80m。對(duì)山壩壩頂高程148.80m，壩上游水位148.60m。煤機(jī)廠壩壩頂高程152.53m。

根據(jù)2016年編制的《湖南省漣源市城西生態(tài)文明示范區(qū)河湖水系連通項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中的設(shè)計(jì)方案，樹亭湖壩下游酒廠壩進(jìn)行改造，拆除現(xiàn)有攔河壩，在原址新建閘壩，正常蓄水位提高至146.80m，拆除環(huán)北壩。

正常蓄水位的確定應(yīng)減少人工湖的土方開挖量，減少上游的淹沒(méi)面積，尾水回水不影響上游煤機(jī)廠壩的正常運(yùn)行工況。根據(jù)實(shí)地調(diào)查及測(cè)量成果，擬定樹亭湖壩正常水位為151.00m，樹亭湖湖底開挖高程為150.00m，尾水回水雍高至上游煤機(jī)廠壩下游，拆除上游對(duì)山壩。樹亭湖建成后，樹亭湖壩至煤機(jī)廠壩3.0km河道將形成一個(gè)355畝水面的湖面，蓄水庫(kù)容達(dá)到80.4萬(wàn)m3，增加庫(kù)容59.3萬(wàn)m3。

3 壩型的選擇

根據(jù)本工程項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合考慮各類壩型在已建工程中的運(yùn)行管理可靠性、城市景觀效應(yīng)、工程造價(jià)、以及運(yùn)行管理、日后維修等因數(shù)，本工程主要對(duì)液壓輔助控制翻板閘壩和新型鋼壩進(jìn)行對(duì)比分析。

（1）新型鋼壩下游沒(méi)有支墩結(jié)構(gòu)，能形成瀑布效應(yīng)，景觀效果比翻板閘要好。

（2）新型鋼壩由底軸啟動(dòng)，倒門全臥倒，水流從閘門頂部過(guò)流，不受樹枝、泥沙等影響；翻板閘由支墩支撐，翻板時(shí)水流從閘門上部和下部過(guò)流，關(guān)門時(shí)容易受樹枝等雜物及基座底部泥沙影響導(dǎo)致不能全關(guān)閉。

（3）鋼壩全臥倒本身不阻水，翻板閘倒門后本身占有行洪斷面，鋼壩行洪能力更強(qiáng)。

（4）液壓輔助控制翻板閘壩當(dāng)門前水位超過(guò)門頂20～30cm時(shí)能自動(dòng)倒門，運(yùn)行管理方便、成本低；新型鋼壩本身不能自動(dòng)倒門，增加了運(yùn)行調(diào)度的難度。

（5）3.5m×27m的鋼壩工程造價(jià)約207.9萬(wàn)元；液壓輔助控制翻板閘含機(jī)電設(shè)備工程造價(jià)約78.4萬(wàn)元。其他土建部分的投資相差不大。

（6）閘門運(yùn)行可靠性鋼壩高于液壓控制翻板閘壩。

綜上分析，考慮到樹亭湖擋水工程作為一項(xiàng)集景觀、休閑、旅游、觀光等功能的綜合治理工程。在閘門安全可靠的前提下，工程造價(jià)成本可控，則優(yōu)先考慮景觀效果，因此樹亭湖壩型選用新型景觀鋼壩閘門，工程平面布置圖與大壩橫斷面圖如圖1與圖2所示。

圖1 工程平面布置圖

圖2 大壩橫斷面圖

4 工程布置及設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)基本資料

樹亭湖擋水工程為漣源市河湖水系連通工程中樹亭湖項(xiàng)目的配套工程。根據(jù)中華人民共和國(guó)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017）的有關(guān)規(guī)定，工程等別為Ⅴ等。樹亭湖壩屬于《漣源市城西生態(tài)文明示范區(qū)河湖水系連通項(xiàng)目》工程的子項(xiàng)目，河湖連通項(xiàng)目工程等別為Ⅳ等。工程位于漣源市城區(qū)規(guī)劃范圍，參照漣源市城市堤防工程等已建水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，樹亭湖壩工程等別定為Ⅳ等，主要建筑物工程級(jí)別為4級(jí)，其他次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

樹亭湖壩最大壩高為8.0m，低于15m，上下游最大水位差6.0m，少于10m。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201—2014）[1]可知，其洪水標(biāo)準(zhǔn)可按平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定，因此，樹亭湖壩按Ⅳ等工程考慮的洪水標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為20年，校核洪水的重現(xiàn)期采用50年，消能防沖標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì)。施工期臨時(shí)度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇。

4.2 工程布置

樹亭湖壩樞紐由混凝土重力壩、非溢流壩、閘門、邊墩、護(hù)坦、護(hù)岸等工程組成。壩軸線長(zhǎng)111.70m，過(guò)流斷面寬27m，共設(shè)置1扇3.5m×27m（高×寬）鋼壩閘門。上游護(hù)岸長(zhǎng)20m，下游護(hù)岸長(zhǎng)99m。兩岸設(shè)置非溢流壩段。

4.3 工程設(shè)計(jì)計(jì)算

本項(xiàng)目重力壩級(jí)別為4級(jí)，安全系數(shù)K如表1所示。

表1 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

壩體抗滑穩(wěn)定及壩基面垂直正應(yīng)力按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]規(guī)定的公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 壩體抗滑穩(wěn)定及壩基面垂直正應(yīng)力計(jì)算成果表

由表1及表2可知：壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，壩基基底應(yīng)力為122.42～310.53kPa，地基允許承載力為500kPa，基底應(yīng)力能滿足地基土允許承載力要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）樹亭湖擋水工程建設(shè)符合“十三五”水利規(guī)劃及國(guó)家政策要求，是打造五大水利網(wǎng)中的河湖健康生態(tài)網(wǎng)建設(shè)的重要舉措，符合婁底市的打造“四水”生態(tài)廊道的指導(dǎo)精神。

（2）新建樹亭湖擋水工程意在婁底大道上游至洞庭橋2.04km河道中打造一個(gè)300畝水面的人工湖，改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境，增加了城市親水性與活力；擴(kuò)大水域面積，改善水體水質(zhì)；增加蓄水庫(kù)容，提高抗旱應(yīng)急保障能力；改善沿岸景觀條件，提高居民幸福指數(shù)，提升城市品位，加速當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。在閘門安全可靠的前提下，工程造價(jià)成本可控，則優(yōu)先考慮景觀、休閑等功能與效果。

[1] GB 50201—2014，防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] SL 265—2016，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].