浅谈兼具生态景观、通航及过鱼等功能的水利枢纽布置

姚晓萍

摘 要： 城市往往沿江河两岸修建，随着社会发展，为改善城市环境和水景观，常常需新建壅水建筑物将河道水位抬高，而有些河道具有通航、过鱼等要求，这就涉及到兼具生态景观、通航及过鱼等功能的水利枢纽布置问题，本文以华南地区某工程为例对该问题进行了探讨，为类似工程设计提供参考。

关键词： 生态景观;通航;过鱼;水利枢纽布置

1  工程概况

某县城下游生态景观壅水闸工程是以景观用水为主，结合提高河段通航能力等综合利用的水利枢纽工程，主要建筑物包括壅水闸、船闸及鱼道等。工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。主要建筑物壅水闸、船闸上闸首、与水闸结合的鱼道挡水部位按3级建筑物设计，船闸和鱼道其余部位、导墙、消力池等次要建筑物按4级建筑物设计，临时建筑物按5级设计。该河段为Ⅴ级航道，通航按300t级船舶设计。

2  工程选址及建筑物选型

2.1 选址原则

（1）尽可能选择河床开阔段，建闸后不影响行洪，利于枢纽及施工导流布置。

（2）尽可能选择河道顺直、稳定[1]，水流条件好，干扰少的河段，利于船闸及引航道布置。

（3）尽可能避开村庄民房，少占农田，以减少拆迁、施工干扰和耕地赔偿。

（4）施工、维护方便，运行安全可靠。

2.2 闸址选择

根据本工程任务要求，既要实现县城的景观需求，同时兼顾河道通航要求，且该景观工程不影响县城防洪排涝。根据县城河段的地形、壅水闸型式的特点、闸坝可选范围不大。由于从运行调度安全和便利角度考虑，生态水闸高度不宜高于6m，若闸址离城区距离太远，则无法满足抬高城区河段水位的要求;若闸址位于县城主城区河道内，则由于河道弯曲及受到河道宽度、跨河建筑物和两岸城区的限制，不利于船闸布置，因此，可选做闸址的河段不多，通过对城区及上、下游附近河段的分析比较，认为闸址宜选在县政府下游与那板屯之间的明江河段，推荐壅水闸闸址往上游至湿地公园约4.8km，至县人民政府约1.5km，该处河道顺直，河床宽约220m，左、右两岸地形平缓，无居民房屋，十分利于枢纽布置，且河床中部有一砂洲，施工期间可以作为纵向围堰使用，便于施工导流。

2.3 建筑物选型

根据工程运行要求，当上游来水量不大于777m3/s时，壅水闸按控泄运行，水库维持在正常蓄水位111.50m运行，当上游来水大于777m3/s时，壅水闸闸门全部卧倒敞泄洪水，恢复天然状态。因此水闸型式主要在常规平板钢闸门、橡胶坝、翻板闸、钢坝、气盾坝和液压启闭坝等几种闸坝型式中进行比选。各种闸坝型式的特点如下：

①常规平板钢闸门

运行调度可靠，但由于有闸墩的影响，泄洪能力不如其他几种坝型，上部需设置启闭设备和启闭机房，金属结构及土建工程量较大，投资较高，施工复杂，工期长，同时影响环境美观。

②橡胶坝

具有紧贴河床不阻水，结构简单，单跨长度可达50m，自重轻，抗震性能好等优点;但同时缺点也比较明显：安全性、可靠性较差，使用寿命短;坝袋易被漂浮物或尖锐物损坏，运行管理困难，塌坝时间长，洪水暴涨来不及塌坝，易被洪水冲毁;塌坝放水后，容易出现泥砂淤积覆盖坝袋，坝袋无法冲水，导致需人工清理泥砂。

③翻板闸门

能根据上游水位自动调节，造价低，结构简单，施工期短，管理运行方便，但也存在很多问题，主要有：一是阻水，经不住特大洪水的冲击，易被冲毁;二是易被漂浮物卡塞或由于上游泥砂淤积，造成不能自动翻板而影响防洪安全;三是洪水过后，翻板门再关上时容易被异物卡住，造成大量漏水，无法正常蓄水工作。

④钢坝

是一种大跨度、底轴驱动的翻板闸门，能够实现双向挡水、灵活启闭、调度方便，闸门开度可无级调控，单跨长度可达50m。钢坝的缺点是投资高，可达橡胶坝的6 倍以上;仅利用底轴转矩控制坝面运行，大跨度闸门单跨同步升降控制难度大，易至底轴折弯移位;对地基沉降非常敏感;钢坝闸底轴易漏水。

⑤气盾坝

是综合橡胶坝、钢板坝二者之长的新型水工建筑物，坝中间不需要设置闸墩，结构简单，安装简易，施工快速，清污排淤能力强，生态景观效果好，塌坝时紧贴河床不阻水。但也存在如下问题：成本高，充气起坝，可靠性较差，橡胶气囊易磨损，或因底部有尖锐硬物受压不均而暴袋，维护管理费高。

⑥液压启闭坝

作为新型翻板坝，面板间无须设置闸墩，适用于各种宽度的河道;面板以最底部为铰连轴，启闭不受泥砂淤积和漂浮物影响;卧倒后紧贴河床，可彻底恢复原河床的泄洪和通航;分区式控制，可通过下放单块面板，使上游漂浮物及淤积物快速集中冲至下游，冲沙冲淤效果极佳，生态景观效果好;卧坝迅速，不影响防洪安全;装配式设计，施工快速。液压启闭坝优点与气盾坝相似，区别在于采用了双三角形超静定结构，力学结构科学，同时由于液压系统是一种普遍适用的可靠技术，因此液压启闭坝安全、可靠性要比气盾坝高，且总投资比气盾坝少，一般仅为同等气盾坝的一半左右。

经综合比较，选择安全、经济、可靠、适用型较强的液压启闭坝作为推荐闸型。

3  工程总布置

本工程主要建筑物包括壅水闸、船闸及鱼道等。根据闸址区的河势特点及水流形态、地形地质条件等，如果船闸布置于右岸，则船闸下引航道口门区将正对下游右岸城东支沟与明江汇合口，航道运行时，易受到支沟侧冲水流的影响，对船闸下引航道口门区的水流稳定性影响很大，如果将船闸布置于左岸Ⅰ级阶地上，其上、下游口门区均能与上、下游主航道衔接，且闸址左岸上、下游区段均无支沟汇入，保證了船闸及引航道与枢纽上、下游航道的平顺连接，引航道能够具有足够的直线段长度和双向通航宽度，因此，本阶段考虑将船闸布置在左岸。为避免下泄水流不稳定、船舶过往噪音、震动及油污等对鱼类产生的影响，将鱼道布置在右岸。

根据选定的工程总体布置，壅水闸布置在河床中部，受河心砂洲影响，壅水闸分为两段，分别为1#壅水闸段及2#壅水闸段，船闸布置在左岸，鱼道布置在右岸。枢纽建筑物沿闸轴线由左至右分别为船闸、1#壅水闸、刺墙段、2#壅水闸及鱼道，同时在左岸设置上、下游交通桥将船闸上、下闸首与左岸拟建防洪堤堤顶路相接。船闸段长30m，1#壅水闸段长107m、刺墙段长28m、2#壅水闸段长67m，鱼道长5m，总长237m。

工程总体布置详见图1。

4  结语

本文以某生态景观壅水闸工程为例，结合对闸址及主要建筑物型式的选择，分析选定了枢纽总体布置，探讨了枢纽布置的方法和思路，为类似工程设计提供借鉴。

参考文献

[1] 李怡芬，杨双超，党勇.贵州省航电枢纽工程设计中几个关键技术问题的认识与总结[J].珠江水运，2018（8）：109.

[2] SL265-2016，水闸设计规范[S].

[3] JTJ305-2001，船闸总体设计规范[S].