韩城市澽水河下游水面景观工程船闸设计

2017-04-13，，

地下水 2017年5期

关键词：引航道游船闸室

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(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018)

韩城市澽水河下游水面景观工程船闸设计

刘彬侠，王小永，杨艳

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018)

韩城市下游水面景观工程位于澽河毓秀桥至入黄口段，河道长约13.8 km，共有5座橡胶坝和2座跌水。为改善和美化环境，增强完善蓄水工程在娱乐、休闲、景观等方面的综合功能，需在河道右岸修建船闸，实现游船在整个水面工程范围不间断航行。针对澽水河下游水面景观航线设计、游船选择、船闸建筑物设计、输水系统设计等方面合理性进行论述，提出能满足多级水面景观工程通航的船闸设计方案，解决了多级水面景观工程通航问题，使澽河上下游水上交通衔接成为一个整体，为同类型工程提供技术支撑。

水面景观；船闸设计；景观工程；澽水河

韩城市下游水面景观工程范围为澽河毓秀桥至入黄口段，河道长约13.8 km；共有5座橡胶坝和2座跌水。为改善和美化环境，使澽河上下游的水上交通衔接成为一个整体，并增强和完善蓄水工程在娱乐、休闲、景观等方面的综合功能，全面体现以人为本、人水和谐的理念，在右岸修建船闸，实现游船在整个水面工程范围不间断航行。

1 航线规划设计

共规划3条航线。

(1)航线一：从司马湖芝川古渡码头至澽河二环路桥上游古城码头，此航线总长9.5 km，其中河道内7.8 km，河道外(司马湖)内1.7 km；航线经过穿堤防洪闸1座、船闸1座。

(2)航线二：此航线为环线，总长7.3 km，共分三段，第一段：从司马湖芝川古渡码头至澽河入黄口4号橡胶坝坝前，此段航线长2.8 km，其中河道外(司马湖)内2.1 km，澽河河道内0.7 km；第二段：从澽河入黄口4号橡胶坝坝前码头至东少码头，此段航线总长2.5 km，航道全部在河道内；第三段，从东少码头回到司马湖芝川古渡码头，此段航线总长2.0 km，其中河道内0.3 km，河道外(司马湖)内1.7 km。

(3)航线三：远期规划从澽河、司马湖向黄河通行游船，规划在澽河四号橡胶坝左侧设置通航船闸或设置码头进行中转。

2 游船选择

根据景区规划，规划以40人游船作为通航船只的控制性游船。经对西安曲江公园、咸阳湖、汉城湖等多处水面景观所用游船考察，及联系多个船只厂家对比分析，具体船体设计如下：

(1)船体宽度：每排4个座椅，船体宽5.0 m。船体长度：沿长度方向共安排10排座椅，船体长度为18.0 m。

(2)船型及船体高度：共考虑两种船型。对于一层船只，设计为画舫样式，船舱内净高2.6 m，设计水密舱高0.6 m，船底板厚0.1 m，船顶画舫造型1.2 m，总计船体高度4.5 m。对于二层为观景台的船只，设计船舱净高按照2.0 m考虑，船体顶部造型高1.2 m，设计船体总高3.9 m。

(3)船体通行净高要求：对于一层画舫船只，船体通行时应保证船体顶部以上预留0.5 m净高，则船体通行的最低净高要求为5.0 m。对于二层船只，船体净高为3.9 m，其中包含船体以上观景甲板护栏等高1.20 m，按照游人平均身高为1.8 m考虑，船体实际需要净高为4.5 m，再加船只上空预留0.5 m高净高，船体通行的最低净高要求亦为5.0 m。

(4)航道净宽要求：考虑到船体通行时受风力影响，一般会发生横向倾斜，建议航道宽度不小于船体宽度的2倍，即为：10.0 m。

(5)航道净深要求：经咨询造船公司，本次设计船体的吃水深度一般为0.70 m，但为了保证船下螺旋桨在运行时不至于带起河底淤泥，搅浑水质，建议航道的最小深度不小于1.2 m。

(6)通航时间要求：经和多家船只生产厂家咨询，国内游船目前有两种动力方式，其一：电瓶动力游船，主要是采用电瓶充电带动游船；其二：机械动力游船，主要采用机械原理作为游船动力带动游船。其中机械动力船可根据顾客要求船只航速进行设计，常用动力的设计航速一般为12 km/h，最高可达20 km/h以上，但船体造价随时速增加而增加。电动游船受电瓶大小的限制，目前常用航速为6～8 km/h，电瓶储电可支持船只通行一天；设计亦可采用20 km/h以上航速型式，但需要多准备电瓶，随时给船只充电。对于本次设计航线，考虑到芝川古渡至古城码头上下线航程较长，建议船只采用20 km/h的设计航速机械动力船通行，黄河湿地区航线较短，可采用设计流速为6～8 km/h的电瓶船通行。

3 船闸设计

由于本工程船闸仅限于为游船服务，所以本船闸基本尺寸按只考虑通过最大游船设计。本次船闸设计主要由闸首、闸室、输水系统、引航道、闸阀门、启闭机械、电气控制和运行管理等组成。

3.1 通航条件

(1)通航水位：上游最高通航水位：365.10 m，上游最低通航水位：364.70 m，下游通航水位361.20 m，最高防洪水位P=5%：365.16 m。

(2)运行条件：本次运行风级为6级，大于6级停航。通航水流条件：引航道口门区纵向流速≤1.5 m/s，横向流速≤0.25 m/s，回流流速≤0.4 m/s。引航道导航段和调顺段宜为静水区，停泊段的最大纵向流速≤0.5 m/s，横向流速≤0.15 m/s。

3.2 船闸基本尺寸

(1)闸室有效长度：设计长度25.0 m。

(2)船闸闸门宽度：闸首及闸室有效宽度为6.0 m。

(3)上下游引航道长度：100.0 m。

(4)上下游引航道宽度：17.5 m。

3.3 通航建筑物设计

3.3.1 过闸程序

船闸由上下游闸首、中间闸室组成，船闸运行方式为：上闸首和下闸首均布置有检修闸门和工作闸门，左右两侧闸墩在上闸首处设有旁通管和充水装置、下闸首处设有旁通管和放水装置。当上行船队要通过船闸时，首先由下游旁通管将闸室的水位泄放到与下游水位齐平，然后开启下闸首闸门，船队驶入闸室，随即关闭下闸首闸门，由上游旁通管向闸室充水，待水面与上游水位平齐后，开启上闸首闸门，船队驶离闸室。此时，若在上游有船队等待过闸，则待上行船队驶出闸室后，即可驶入闸室，然后关闭上闸首闸门，由下游旁通管向下游泄水，待闸室水位与下游水位平齐后，开启下闸首闸门，船队即可驶出闸室进入下游引航道。

3.3.2 船闸闸门和输水方式

船闸工作门均采用人字闸门，检修门采用平板闸门，输水系统工作和检修均采用阀门操作，人字门和输水系统工作阀门采用专用液压启闭机操作，检修平板门利用闸顶启闭机操作。

3.3.3 船闸主体结构设计

船闸主体段由上、下闸首和闸室组成，总长49.0 m，其中上闸首长12.0 m，闸室长25.0 m，下闸首长12.0 m，总宽13.0 m，航槽宽度6.0 m，边墩宽度3.5 m。船闸闸首、闸室均采用整体式“U”型结构。

(1)闸墩顶高程：上下闸首闸顶高程分别为371.50 m和367.50 m，为便于布置和美观，上闸首工作闸门之后船闸闸顶高程和下闸首闸顶高程同高。

(2)上闸首：上闸首闸底板高程为360.00 m，输水管道进、出口段管中心高程为360.80 m，闸房部分闸顶高程371.50 m，其余部分闸顶高程367.50 m，建筑物总高度33.05 m。闸首边墩墙后采用开挖土料回填至366.36 m高程。上闸首上游段布置检修门，门槽宽1.5 m、深0.4 m，船闸检修时，利用检修闸门挡水。检修门后布置有上闸首人字工作门，由设在左右边墩顶部机房内的启闭机操作。上闸首左、右边墩内对称布置有φ800充水管道及其工作阀门井，管道水平布置；工作阀门井布置在人字门拉杆下游，断面尺寸2.5 m×2.0 m。上闸首闸顶启闭机房上部布置船闸变配电室和集控室，下部布置有液压机泵，平面尺寸均为6 m×13 m×14.4 m(长×宽×高)。

(3)闸室：闸室闸底板高程为360.00 m，闸顶高程367.50 m，闸室边墩墙后采用开挖土料回填至366.36 m高程。闸室两侧边墙内侧对称布置有护轮坎，以供过闸船舶系缆使用，闸室两侧边墙内侧对称布置有钢爬梯，供船闸检修和紧急救生时交通使用。

(4)下闸首：下闸首闸底板高程为360.00 m，输水管道进、出口段管中心高程为360.40 m，闸顶高程367.50 m，建筑物总高度22.50 m。闸首边墩墙后采用开挖土料回填至366.36 m高程。下闸首上游段布置人字工作门，由设在左右边墩顶部机房内的启闭机操作，其后布置检修门，门槽宽1.5 m、深0.4 m，船闸检修时，利用检修闸门挡水。下闸首左、右边墩内对称布置有船闸φ800泄水管道及其阀门井，管道水平布置，阀门井布置在人字门拉杆上游，断面尺寸均为2.5 m×2.0 m。下闸首闸顶启闭机房内部布置有液压机泵，平面尺寸均为4.5 m×13 m×7.5 m(长×宽×高)m。

3.3.4 上、下游引航道结构设计

(1)上、下游引航道导航建筑物:上、下游引航道采用不对称型布置，过闸方式为直线进闸、直线出闸。上、下游引航道闸前直线段长度均为50 m，底板顶高程360.00 m，上下游导航建筑物设计相同。(1)航道左侧导墙为钢筋混凝土体墩柱结构，底高程为359.00 m，顶高程均为366.36 m，高7.36 m，长22 m，在闸室末端上下游均以1.40°偏角呈“外八字”分别向上下游延伸，引航道有效宽度6 m，引航道口门宽度6.5 m。(2)位于右侧的直线导航墙长50 m，为钢筋混凝土扶壁式挡土墙结构，墙顶高程366.36 m，墙高7.16 m，肋间距3 m。(3)在右侧的直线导航墙填土侧间隔16 m直线排列有2个靠船墩，均为钢筋混凝土重力式挡土墙结构，靠船墩顶高程366.36 m，建基面高程360.00 m。

(2)引航道口门区附近防护范围及防护型式:为防止主流冲刷引航道口门区，引起主流向航道口门区偏移，增大口门区的纵向流速和横向流速，影响船舶运行安全，需对引航道口门区及上下游段的河岸进行防护。上游河底高程为362.00 m，高于引航道底板顶高程360.00 m，需在引航道左侧摆放铅丝笼石台使其平顺衔接。引航道末端与河道右岸利用61.4 m长的护坡衔接段平顺过渡，365 m高程以上采用草皮护坡，以下采用干砌石护坡；下游河底高程为360.00 m，与引航道底板顶高程相同，不存在高程衔接问题，但因引航道位于橡胶坝末端，为避免橡胶坝下泄水流淘刷引航道底板基础，需在引航道左侧摆放铅丝笼石。引航道末端与河道右岸利用160m长的护坡衔接段平顺过渡，包括120 m的挡墙防护和40 m的铅丝笼石防护。

4 输水系统设计

4.1 输水系统运转安全指标

(1)载重量小于100 t船队在闸室与引航道内停泊船舶的允许纵向系缆力为8 kN，横向系缆力为4 kN。

(2)上游引航道中最大纵向流速应不大于0.5～0.8 m/s；下游引航道中应不大于0.8～1.0 m/s，但在上游引航道码头处应不大于0.5 m/s。

(3)船闸正常运转时，输水系统各部位不宜出现负压，在特殊情况下，其局部压力不宜产生超过3 mH2O的负压。

4.2 输水系统选型及布置

可采用集中输水系统。充水管道进水口设在上闸首上游人字门门龛前，出水口布置在上闸首下游侧闸室底板，采用格栅式帷墙消能室。上闸首输水管道中心线高程360.80 m，每侧廊道进水口断面尺寸为1.2 m×0.8 m(宽×高，下同)，管道及阀门均为φ800 mm，阀门后管道出口处断面扩大为1.2 m×0.8 m的孔口，每侧管道各设一个φ800 mm工作阀和检修阀。管道进出口顺水流向直线长度13.0 m。闸室采用格栅式消能室消能，消能室设顶部出水孔。顶部出水孔为1列4孔。出水孔采用等间距、孔宽布置，孔口尺寸1.2 m×0.5 m，消能盖板尺寸1.2 m×0.8 m。

泄水管道进水口设在下闸首上游侧闸室边墙，出水口布置在下闸首下游引航道内。下闸首输水管道中心线高程360.40 m，下闸首输水管道与充水管道布置相同，每侧廊道进口断面尺寸仍为1.2 m×0.8 m，管道及阀门均为φ800 mm，阀门后管道出口处断面扩大为1.2 m×0.8 m的孔口。每侧管道各设一个φ800 mm工作阀和检修阀。管道进出口顺水流向直线长度18.9 m。