铜鼓河整治工程拦河建筑物方案比选

梁超武

(广东省水利水电科学研究院,广东,广州 510635)



铜鼓河整治工程拦河建筑物方案比选

梁超武

(广东省水利水电科学研究院,广东,广州 510635)

为了合理确定铜鼓河整治工程中拦河建筑物结构形式,拟定了常规水闸、橡胶板、水力自控翻板闸3个方案,从功能要求、运行管理、施工、景观及投资等方面进行对比分析,最终推荐采用水力自控翻板闸方案。

拦河建筑物；方案比选；水力自控翻板闸；橡胶坝；水闸

1 工程概况

铜鼓河位于广州市郊区某镇,沿途两岸主要为农田、村庄,主要承担当地防洪排涝及灌溉功能,干流全长为23.44 km,总集雨面积为49.8 km2。铜鼓河未进行过整治,河道淤积严重,现状宽度约15～25 m,河内杂草丛生,沿途建有多座拦河建筑物及跨河桥梁,大部分存在阻水现象,过流能力严重不足,每逢大雨,沿岸的农田、鱼塘、村庄和镇区经常受淹。根据水文分析,铜鼓河现状排洪能力约为2年一遇,不满足规划防洪标准要求(20年一遇)。因此,为了提高防洪、排涝能力,确保区域水安全,改善灌溉条件、水环境和水景观,当地主管部门启动实施铜鼓河整治工程,按20年一遇的防洪标准整治铜鼓河下游约13 km长的河道。

本工程整治段共有11座拦河建筑物,主要功能是壅高水位,引水灌溉,包括8座水陂(溢流坝)、3座翻板闸,基本建于20世纪七八十年代,其中4座于2000年进行过改造,其余由于年久失修,损毁严重。本次整治拟对上述改造过的拦河建筑物进行加固,其余7座拆除重建。对于拟重建的拦河建筑物,需进行结构型式比选,选择技术可行、经济合理、运行管理方便的结构型式。河道整治中,常用的拦河建筑物主要有常规开敞式水闸、翻板闸、橡胶坝、溢流坝等。由于溢流坝过水断面固定,洪水期对行洪影响较大,结合当地管理部门要求,本次设计不再考虑采用溢流坝方案。根据本工程实际情况,结合当地类似工程建设经验,本次设计以上游第一级拦河建筑物为例,拟定常规开敞式水闸、橡胶坝、水力自控翻板闸3个方案进行比选。

2 设计方案

开敞式水闸是指具有开敞式闸室的水闸,一般由闸底板、闸墩、启闭机台、交通桥等结构物所组成。其泄流特点是：过闸流量决定于闸门开度,闸门全开时过闸水流具有自由水面[1]。闸门形式主要有提升式平板钢闸门、弧形闸门、顶升式闸门。

本方案水闸采用开敞式宽顶堰结构(如图1),堰顶高程为6.0 m,闸顶高程为10.0 m,共设5孔,单孔净宽5.5 m,中墩厚1.2 m,边墩厚1.0 m,闸室总宽为34.3 m。闸室底板厚0.8 m,顺水流方向长度为10 m。闸门采用平板钢闸门,孔口尺寸为5.5 m×2.5 m,位于底板下游侧,闸顶上设启闭机室,宽4.5 m。水闸上游段依次设有：浆砌石护底长8.0 m、砼防渗铺盖长10 m；下游段依次设有消力池长15 m、浆砌石护底长10 m、干砌石护底长10 m。

图1 方案一断面示意

图2 方案二断面示意

2.2方案二：橡胶坝方案

橡胶坝是用高强力合成纤维织物按设计要求的尺寸加工成坝袋胶布,锚固于混凝土底板上成封闭袋形[2],用水(气)将其充胀形成袋式挡水坝。橡胶坝可升可降,既可充坝挡水,又可坍坝过流；坝高可根据需要调节,溢流水深可控。

本方案橡胶坝坝顶高程为8.0 m(如图2),底板高程6.0 m,底板厚0.8 m,顺水流方向长8.0 m,垂直水流向坝长30 m。橡胶坝充排水设施控制室位于右岸。上、下游连接段与常规水闸方案相同。

2.3方案三：水力自控翻板闸方案

水力自控翻板闸根据水力和闸门重量平衡的原理,利用闸前水位变化实现闸门的自动开合。当门前水位高于门顶一定高度时(通常为0.1 m-0.3 m),门板自动逐渐开启泄流,直到闸门完全翻倒；随着洪水位下降,翻板闸门的倾角逐渐恢复竖直状态,最后复位挡水。因此,水力自控翻板闸具有不需启闭机械及相应设施、不需人为操作,完全由水流及时自动控制的特点。

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本方案由5扇水力自控翻板闸组成,单扇门宽6.0 m,高2.0 m,设计闸底高程6.0 m(如图3),闸底板厚0.8 m,顺水流方向底板长8.0 m,闸后砼支墩上设工作桥,宽1.2 m。上、下游连接段与常规水闸方案相同。

3 方案比选

3.1功能对比

各个方案均能满足日常拦河蓄水,维持正常水位进行引水灌溉,洪水期宣泄洪水的功能要求。但由于方案二坝袋充、放水需要一定的时间(约为1～2 h),对于山溪性河流,洪水暴涨暴落,如排水不及时可能存在漫顶的安全隐患,因此不适于排洪要求较高的河道。

图3 方案三断面示意

3.2运行管理对比

运行方式：方案一根据上游来水流量调节闸门开度,以满足闸上正常蓄水位要求,操作方式较复杂,需人工控制；方案二坝袋充满水后保持一定坝高以维持正常蓄水位,当洪水来临时放空坝袋泄洪,运行方式较简单,但需人工控制,同时坝袋充、放水需要较长时间；方案三根据洪水水位自动控制闸门开度,无需人工控制,运行方式最为简单。

配套设施：方案一闸门上方需设置启闭机房,安装启闭设备、配置动力设施及备用启动设施；方案二坝端需建泵房和管理用房,安装水泵和灌排水管道,并配置备用动力设施；方案三运行时闸门的开合自动完成,不需启闭设备,仅需配备少量(不少于2个)手动葫芦用于维修。

管理维护：方案一需配专人管理,闸门启闭需消耗电能,对启闭设备及动力设施进行经常性维护,并根据需要对闸门进行防锈防腐处理,管理费用高；方案二也需配专人管理,坝袋充、放水需消耗电能,需经常性地对动力设施及排灌水管道进行维护,维护费用较高；方案三无需专人管理及经常性维护,只有当闸门由于异物卡塞需进行清理,管理费用较低。

使用寿命：方案一闸门采用金属结构,使用寿命较长,可达50 a；方案二由于坝袋材料易老化,其耐久性和坚固性受到限制,且坝袋容易遭受河中漂浮物割伤或较大的推移质磨损,一般寿命较短,约为10～20 a；方案三闸门采用钢筋混凝土结构,在垃圾杂物较少的河道,使用寿命可达40 a。

3.3施工对比

方案一结构较复杂,钢闸门制作、安装工期较长；方案二坝袋制作、安装较简单,工期较短；方案三结构简单,翻板闸制作、安装工期短。

3.4景观对比

方案一需修建高耸的启闭机室排架,影响河道景观,正常蓄水情况下,水流从闸底呈孔口出流,景观效果较差；方案二水流从坝面溢流,可形成一定的瀑布景观,结合采用彩色坝袋,可提升河道景观效果；方案三正常蓄水时水流从闸顶泄流,具有一定的瀑布景观效果。

3.5投资对比

各方案闸室段主要工程量及投资对比见表1。

表1 各方案工程量及投资对比表 (闸室段)

从表1可见,方案一投资最高,方案三投资最低,方案二居中。

3.6比选结果

综合考虑,方案三运行方式简单,配套设施少,管理维护费用低,结构简单、施工工期较短,在达到整治工程目的前提下工程投资最省,结合农村河道管理薄弱、专业人才缺乏、建设投资及管理费用投入不足等实际情况,因此推荐采用方案三——水力自控翻板闸。

4 结语

在农村河道整治工程建设中,常常需要修建拦河建筑物以壅高水位引水灌溉,由于拦河建筑物型式多样,在结构方案选择时应根据河道类型、地理环境、功能要求、运行管理特点、施工条件、工程投资等方面进行综合比选,使我们的设计更加合理。

[1] 陈宝华,张世儒.取水输水建筑物丛书 水闸[M].北京： 中国水利水电出版社，2003．

[2] 陆吾华,侯作启.橡胶坝设计与管理[M].北京：中国水利水电出版社，2005．

(本文责任编辑 马克俊)

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,工程师,主要从事水利水电工程设计及咨询工作。

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