重力壩改造為液壓翻板閘門在會同河河道綜合治理工程中的應用

周　超　余　琴

（懷化市水利電力勘測設計研究院　懷化市　418000）

?

重力壩改造為液壓翻板閘門在會同河河道綜合治理工程中的應用

周超余琴

（懷化市水利電力勘測設計研究院懷化市418000）

【摘要】通過對會同河二期綜合治理防洪工程治理方案的比較，選取將江洲寨溢洪道改造成液壓翻板門閘壩方案；該方案增強了江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位，節約了工程投資；重力壩改造成液壓翻板門壩在現階段的城區河道治理以及中小流域治理中具有重要的推廣價值。

【關鍵詞】重力壩改造液壓翻板門壩降低水位經濟效益

1　工程概況

懷化市會同縣會同河二期綜合治理防洪工程主要對會同河灑石橋上游200m至江洲寨大壩區間段進行防護、治理。項目區內部分地勢較低，防洪能力不足2～5年一遇。由于沿河沒有防洪設施，項目區內近幾年已連續遭受洪災，災害損失慘重，兩岸沖刷垮塌嚴重，洪澇災害頻繁，導致當地經濟發展滯后，城鎮建設速度緩慢，嚴重制約了當地的經濟建設與發展。

江洲寨水庫位于湖南省渠水一級支流會同河下游，地處懷化市會同縣林成鎮藕塘村，距渠水3km，距下游會同縣城1km，距下游枝柳鐵路0.3km，距209國道1km。壩址控制流域面積267km2，是一座以發電為主，兼顧灌溉、防洪、養殖等綜合利用的水利工程。工程設計等級為Ⅳ等4級，正常蓄水位275.90m，相應庫容103萬m3，總庫容548萬m3。

江洲寨水庫于1957年動工，1958年3月建成投入運行。樞紐主要包括大壩、溢洪道、輸水臥管、放水底涵等建筑物。其中：大壩為均質土壩，最大壩高18.4m，壩頂高程281.4m，壩軸線長92m；江洲寨溢洪道為重力式溢流壩，位于大壩左側，與大壩夾角約90°，為開敞式，長72m。

2001年6月18～19日，會同河流域普降暴雨，縣城降雨151.2mm，暴雨中心降雨230mm。江洲寨大壩出現險情后，引起了水利部、省、市、縣各級領導的高度重視，水利部、湖南省領導多次親臨現場指導工作。據有關資料記載，會同縣城多年受到洪水侵襲，洪水進城頻率極高，自1992年以來，會同縣城連續發生大小洪水11次，特別嚴重的是1996年7月17日，有74個單位包括縣三中、二完小及城鎮部分居民區、農貿市場到煙草局一帶全部被洪水淹沒，最大淹沒深度為11.7m，受淹面積3.2km2，受災人口1.2萬人，直接經濟損失1.3億元。該縣遭受嚴重水災后，國家防總及省人大代表對會同河沿岸38km進行了現場踏勘考察，針對災情成因進行了分析，并提出對渠水支流會同河流域要進行全面治理。

2　治理方案選擇與比較

二期防洪工程均屬于江洲寨庫區。江洲寨大壩為粘土心墻壩，溢洪道為滾水壩，堰頂高程為275.90m。施工期庫區水位高，施工難度大，對河道綜合治理擬定以下兩個方案進行比較：

方案一：維持江洲寨溢洪道原狀（漿砌石滾水壩），施工期利用涵管放水，堤防施工利用圍堰，圍堰最大高度為5.5m。

方案二：對江洲寨溢洪道進行改造，由原先的實用堰滾水壩改造成液壓翻板門閘門形式，增強江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位。堤防施工時遇到洪水時利用大壩拆除后的河床泄流，圍堰最大高度為3.5m。

在原壩線位置新建液壓翻板門閘門，經水力計算，同頻率（20年一遇）洪峰流量，壩前洪水位相比方案一下降較明顯，能有效改善上游洪水淹沒影響。兩方案比較如表1。

表1　方案比較表

經比較，方案二較方案一更經濟，技術及施工更簡單，方案二可節約投資692.2萬元，經濟效益顯著。主要是因為溢洪道改為液壓翻板閘門后，大大降低了施工期洪水位，同時也減小了設計洪水位的高度，降低了護坡高度。因為會同河上游存在漿砌石重力式溢流壩，溢洪道改為液壓翻板閘門后，也豐富了會同河上的大壩結構型式。

3　翻板門壩改造設計

3.1翻板門壩特點

（1）翻板門閘隨閘前來流量的增加（或減少）而準確、及時地自動加大（或減少）閘門開度，使下泄流量與閘前來流量維持動態平衡。

（2）在洪水過程結束時，能夠準確、及時地自動攔截洪水尾水，保住水資源不被流失，水位維持在正常蓄水位。

（3）同一樞紐上的所有翻板閘門能夠在水力作用下同步開啟，單寬流量分布均勻，不會發生單寬流量集中甚至發生折沖水流的現象，有利于下游河床的穩定和生態環境保護。

（4）液壓翻板閘門能夠避免漂浮物卡塞或上游泥砂淤積，造成不能翻板而影響防洪安全。

（5）施工期短。液壓翻板閘的面板、支腿、支墩等都是鋼筋混凝土預制構件，可先在工廠預制，然后在現場安裝，因此施工速度快。

（6）通過門頂、門底的水流相撞，可消耗一部分余能，對消能防沖有利。

（7）閘門啟動后，形成門頂、門底同時過流，門頂溢流能使漂浮物順利過閘，門底射流流速高，便于推移質過閘。

（8）相鄰自動翻板門閘之間一般不需設置閘墩，即使設置閘墩，其間距也很大，因此，閘門全開后對水流的阻力小。

（9）基本不改變天然河流斷面上的單寬流量分布，不改變天然河流的河勢與泥沙輸送，有利于環境保護。

液壓翻板閘壩壩址布置在原江洲寨溢洪道壩址處，正常蓄水位維持原正常蓄水位不變，即275.90m。液壓翻板閘壩布置于江洲寨溢流壩中間，共7扇門，每扇7m，翻板閘壩泄流寬度為49m。每扇門尺寸為7.0m×3.0m（寬×高）。新修溢流壩全長55.6m。溢流堰面采用折線型實用堰，壩體采用C20混凝土；溢流面采用C30混凝土面板防沖刷，面板厚0.5m。液壓翻板閘壩堰頂高程273.01m，擋水高度2.888m，底板高程270.01m，壩底寬9.186m，左右側與原溢流壩連接，溢流堰面上游垂直，下游與老壩體平順連接。

電站工程大壩下游消能的主要目的是盡量減少壩下游水流能量，穩定下游水流流態，使下游水流盡快恢復到天然狀態，以確保壩基和兩岸不被沖刷破壞。翻板壩設計詳見附圖。

3.2改造設計計算

根據翻板閘泄流特點，當閘門閉門擋水、門頂泄流時，其泄流能力根據薄壁堰流或者實用堰流計算。根據工程所選用的閘門型號特點，當閘門頂水深超過15 cm時，閘門將開啟一定角度，當閘門水深超過45 cm時，閘門將處于全開狀態，閘門在開啟過程中，水流變化復雜，最終實際過流能力應由模型試驗給出。閘門安裝時應預傾15°。

附圖　翻板壩閘門剖面設計圖

泄流計算公式為：

式中σs—翻板門段淹沒系數；

m—翻板門段流量系數；

σc—側收縮系數；

B—翻板門段泄流總凈寬（m）；

HO—包括行近流速水頭的堰前水頭（m）。

工程前考慮江洲寨水庫的調蓄作用，工程后新修了翻板壩。根據翻板門的工作原理：當洪水前鋒到來時，液壓翻板閘門能夠隨上游水位的稍許升高而準確、及時地自動逐漸開啟泄流并隨即開始沖淤；當來流量增大，上游水位升高時，閘門會準確、及時地自動加大開度，使過閘流量與閘前來流量相等。為了安全起見，工程后不考慮江洲寨水庫的調蓄作用。經過水力計算，改造前后見表2。

表2　江洲寨溢洪道改造前后水位表

從表2可以看出，江洲寨實用堰滾水壩改造為液壓翻板閘壩后，20年一遇情況下壩前水位下降1.18m。

4　結論及建議

本工程設計方案經過綜合比選，選取重力壩改造為翻板門壩方案，經濟效果顯著。目前會同二期防洪工程主體工程已完工，江洲寨溢洪道拆除后，施工期水位大大降低（10月～次年3月5年一遇洪水在溢洪道處降低水位2.0m），減少了施工期的圍堰工程投資，降低了施工難度，增加了過流能力。

液壓翻板門壩具有改善河道景觀、沉淀污物，凈化水質、汛期方便沖淤、礙洪斷面小、對壩址地質條件要求低、工期短、運行管理方便等特點，對已有重力壩進行大壩改造，降低壩前洪水位，不僅可以擴大行洪斷面，降低壩前洪水位，而且可以節約投資。重力壩改造成液壓翻板門壩在現階段的城區河道治理以及中小流域治理中具有重要的推廣價值。

參考文獻

［1］李宗健，等.水力自動閘門［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［2］王世夏.水工設計的理論和方法［M］.北京：中國水利水電出版社，2000.

作者簡介：周超（1985-），男，大學本科，工程師，目前從事水利工程設計工作，手機：13487556914，E-mai1：zhouchao423@163.com。

收稿日期：（2016-01-11）