北方多泥沙河流治理工程之分水閘方案比選

陳麗剛 馬 俊 戴翠琴

(黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

北方多泥沙河流治理工程之分水閘方案比選

陳麗剛 馬 俊 戴翠琴

(黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

在分析湟水河泥沙特點、分水閘運行方式及泄洪排沙調度方案的基礎上，比較了不同閘型的優缺點，提出了一種液壓升降壩與平板閘組合的復合壩，解決了湟水河景觀生態河道分水的問題，為北方多泥沙河流城區段綜合治理分水工程提供了設計思路。

湟水河，分水閘，液壓升降壩，多泥沙河流

1 工程概況及項目背景

湟水河是黃河上游的一級支流。經海晏縣由西向東從托落圖流入湟源縣、湟中縣、市區，從小峽口流出西寧市，西寧市境內流程95.9 km，境內流域面積7 665 km2。2000年—2004年間市政府對城區段河道分三期進行治理，工程經過多年運行，原分水閘設計“清濁分流”的功能未能發揮；各級橡膠壩蓄水建筑物已廢棄，主河槽無法形成梯級水面，河道水面低、水體渾濁、水質差；河道兩岸直立護岸，生態性不足；河道整體景觀形象與《城市總體規劃》不協調。湟水河城區段作為西寧市“三川一水”水系的重要節點，是水生態文明城市建設的重要組成部分，是西寧市城區生態景觀的核心。2015年9月，市委市政府啟動湟水河城區段綜合治理工程，西寧市湟水河城區段綜合治理工程范圍：從海湖橋以西，分水口上游665 m至共和路橋，河道總長約7.6 km。工程建設主要內容：分水工程、主河槽建設工程、泄洪排沙槽續建工程、主河槽補水工程及南川河導流工程。

2 水文泥沙特點

西寧市所處湟水流域洪水主要由暴雨形成，洪水特點是暴漲暴落，峰形尖瘦，峰高量小，歷時短，最短洪水過程不足1 h，暴雨和洪水在時間上具有很好的一致性。湟水流域泥沙主要來源是6月～9月伏汛期間洪水夾帶的泥沙，西寧站1967—2013泥沙實測資料，多年平均來沙量261.06萬 t，多年平均含沙量2.26 kg/m3，年內含沙量3月、4月含沙量開始增大，7月含沙量達到最大值為5.32 kg/m3，至9月開始降低。西寧站懸移質泥沙以細顆粒為主，小于0.05 mm的泥沙顆粒占總泥沙量的71.2%，小于0.025 mm的泥沙顆粒占總泥沙量的45.96%。

3 分水閘閘型比選

3.1 分水閘位置及作用

分水閘在原址重建，位置在海湖橋上游約100 m處，上游與湟水河主河道銜接，下游分別連接主河槽和泄洪排沙槽。整個分水閘分為主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘兩部分，主河槽分水閘平時主要控制向主河槽水系分配一定的流量，而泄洪排沙槽分水閘則是在保證主河槽分水閘所需流量的同時將多余的水量分流，同時，汛期主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘均承擔上游來洪水時泄洪的作用。

分水閘百年一遇設計流量為642 m3/s，其中主河槽分水閘設計流量為550.6 m3/s，泄洪排沙槽分水閘設計流量為91.4 m3/s。

3.2 分水閘運行方式

根據工程總體布置，依據泄洪排沙槽的泄流能力，分水閘主要有以下三種運行方式：正常運行方式：當上游來水量小于 91.4 m3/s時，河道“清濁分流”，主河槽分水閘擋水，形成連續續集的景觀水面，泄洪排沙槽分水閘開啟排水、排沙；特殊運行方式一：當上游來水量大于91.4 m3/s且小于550.6 m3/s時，利用河道流量主河槽沖淤排沙；關閉泄洪排沙槽分水閘閘門，全部或局部開啟主河槽分水閘泄流排沙;特殊運行方式二：當上游來水量大于550.6 m3/s時，泄洪排沙分水閘和主河槽分水閘全部打開泄洪排沙。

3.3 分水閘泄洪排沙調度方案

根據工程規劃，湟水河城區段利用自流流量沖沙，解決分水閘閘前泥沙淤積，主河槽最小沖沙流量為25 m3/s。根據河道上游來水量及泄洪排沙槽泄流能力，當上游來水量小于91.4 m3/s，分水閘按正常運行方式，當上游來水量小于25 m3/s時，主河槽分水閘關閉，泄洪排沙槽分水閘開啟排水、排沙；當上游來水量大于25 m3/s時，根據分水閘閘前淤積情況，通過分水閘的調度，可局部開啟主河槽分水閘集中流量局部沖沙河道。當上游來水量大于91.4 m3/s，工程按特殊運行方式一或特殊運行方式二運行，當上游來水量大于91.4 m3/s而小于550.60 m3/s，關閉泄洪排沙分水閘，主河槽分水閘視上游來水量大小局部或全部開啟沖沙；當上游來水量大于550.60 m3/s，主河槽分水閘與泄洪排沙槽分水閘全部開啟泄洪排沙。

3.4 分水閘閘型比選

根據工程對分水閘的作用、運行方式及泄洪排沙調度要求，考慮工程投資、景觀效果、運行管理等因素，對液控雙驅動水力自動翻板閘、橡膠壩、液壓升降壩與平板閘結合三種方案進行了比選，具體方案如下：

方案一：液控雙驅動水力自動翻板閘：新一代的液控雙驅動水力自動翻板門，增加了液壓啟閉系統，保留了原水力自控能力，并具備輔助的液壓啟閉動力，實現了“雙保險”。優點：可利用水力作用自動啟閉；缺點：支墩較多，門開啟后與支墩仍然占據一定面積，對防洪略有影響；容易被大的漂浮物等卡住，流量大時自動啟閉頻繁。

方案二：橡膠壩方案：技術成熟且造價較低，可設計跨度較大，全河道修建橡膠壩，設計為1跨，寬69 m，景觀效果較好。優點：可設計為較大跨度，外形較美觀，河道上對視線無阻擋，造價較低。缺點是：易老化，充排水時間長，操作不便，多泥沙河道上容易磨蝕。

方案三：液壓升降壩與平板閘結合：主河槽分水閘采用液壓升降壩，泄洪排沙槽分水閘采用平板閘。液壓升降壩壩體跨度大，結構簡單，支撐可靠易于建造；液壓系統操作靈活，可采用浮標開關控制，實現自動化操作；可基本保持原河床，暢泄洪水及上游堆積泥沙、卵石及漂浮物而不阻水，水力條件優越；施工簡單，工期短；運行管理方便，耐久性好；適用范圍廣泛，對于梯級開發的城市河流，可形成寬闊的水面，壩頂溢流形成瀑布景觀，改善生態人文環境，增加城市風光帶。泄洪排沙槽分水閘利用傳統平板閘的優點，實現動水中快速啟閉，同時，較好的控制分流流量，保證主河槽所需的分配流量。

結合各閘型的優缺點及分水閘規劃設計要求，對三個方案進一步比較(見表1)。

表1 分水閘閘型式比選

從表1比較可以看出，液控雙驅動水力自動翻板閘由于本工程平時流量較大，閘門會頻繁自動啟閉，運行、控制不便；若全河道寬度修建液壓升降壩則不能控制泄洪排沙槽的泄水流量；修建

橡膠壩時除汛期外景觀效果較好，但過壩泥沙對橡膠壩的磨蝕不容忽視，汛期需要提前放空才能規避防洪風險；液壓升降壩與平板閘結合的方案投資較低，一般情況下不需要人為操作，運行管理方便。綜合考慮分水閘的作用及運行調度要求，分水閘選用液壓升降壩與平板閘結合的方案。

4 分水閘設計

分水閘采用液壓升降壩與平板閘相結合，開敞式結構，設計總寬度69 m，包括主河槽分水閘和泄洪排沙槽分水閘。主河槽分水閘門型采用液壓升降壩，擋水高度2.5 m，凈寬54 m；泄洪排沙槽分水閘采用平板閘門，凈寬12 m， 3孔，每孔凈寬4 m。分水閘閘底板高程均為2 241.90 m，閘上游設長10 m、厚0.5 m混凝土鋪蓋及深2.0 m、頂寬2.0 m格賓防沖；下游設置鋼筋混凝土消力池池長18.50 m，池深1.0 m，并設深2.0 m、頂寬5 m格賓海曼防沖。

分水閘溢流時效果圖見圖1。

5 結語

北方地區河流多屬于季節性河流，多泥沙，洪水陡漲陡落，水質差，城區段景觀生態河道的設計應充分研究河流具體特點，解決好洪水、泥沙、水質等首要問題。湟水河城區段綜合治理工程首端分水閘的布置方案，較好地解決了洪水、泥沙、渾水與景觀蓄水的矛盾，工程于2016年8月建成試運行，汛期與非汛期分水作用明顯，達到了工程設計要求。本文介紹的液壓升降壩與平板閘結合的復合壩，為我國北方多泥沙河流城區段綜合治理分水工程提供了設計新思路。

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On comparison of diversion gate schemes for sediment laden rivers in north China

Chen Ligang Ma Jun Dai Cuiqin

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd(YREC),Zhengzhou450003,China)

Based on the analysis of Huangshui River’s sediment characteristics, operation mode of diversion gate and flood releasing & sediment flushing schedule, comparing the advantages and disadvantages of different types of water gate, this article puts forwards a kind of compound dam which combines hydraulic lifting dam and flat gate, solving the water diversion problem of Huangshui River’s landscape reach, as well as providing a new design idea for diversion work of sediment-laden river in urban zone that locates in North China.

Huangshui River, diversion gate, hydraulic lifting dam, sediment-laden river

1009-6825(2017)05-0220-02

2016-11-27

陳麗剛(1984- )，男,工程師

TV663

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