城市河、湖水系連通工程過船建筑物的特點分析與選型

范惠生

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 城市河、湖水系連通工程概述

城市河、湖水系連通是治理城市水環(huán)境，維護河、湖健康生態(tài)，實現(xiàn)人水和諧，改善旅游環(huán)境的重要舉措。為了改善城市環(huán)境，開發(fā)國際旅游城市和歷史文化名城的旅游資源，再現(xiàn)“千峰環(huán)野立，一水抱城流”之歷史勝景，從1999年起，桂林市啟動并實施了“兩江四湖”工程，實現(xiàn)了城區(qū)段漓江、桃花江與木龍湖、桂湖、榕湖、杉湖的河湖水系連通及環(huán)城水系的通航（圖1）。

桂林市“兩江四湖”工程是一項實現(xiàn)城市河湖水系連通、改善旅游環(huán)境和人居環(huán)境的大型水環(huán)境工程，它包括引水入湖工程、通航工程、橋梁工程及江湖岸邊綠化亮化工程等。

2 過船建筑物的布點及水量平衡分析

“兩江四湖”河、湖水系連通工程過船建筑物集功能、景觀、科普為一體，是實現(xiàn)城區(qū)河湖水系環(huán)城通航的控制性工程。其布點與周圍山水景觀結(jié)合，形成了以過船建筑物為核心的景觀群。已實施的五座過船建筑物（表1）是針對桂林市山水風格，以及江、湖水頭落差較小，旅游城市游客便于合理組織的特點“量身定做”的特色工程，也是桂林市環(huán)城水系水路游覽線上的亮點工程。

2.1 過船建筑物的布點

圖1 桂林市“兩江四湖”河、湖水系連通工程布置示意圖

表1 過船建筑物型式

“兩江四湖”水系連通，旨在實現(xiàn)“三山兩洞”等主要景點水上游覽的可達性。為合理組織水上旅游線路，達到旅游資源利用最大化，在江湖接口及河道上，共規(guī)劃有七座過船建筑物（表1）。其分別位于：木龍湖與漓江接口，即木龍湖出口；榕湖與桃花江接口，即春天湖出口；杉湖與漓江接口，即杉湖出口；桃花江與漓江接口，即象鼻山出口；小東江（漓江的叉河）與漓江接口，即小東江出口；桃花江河道上的肖家和徐家（圖1）。

2.2 旅游線路及客流量

根據(jù)“兩江四湖”的總體布局及過船建筑物的位置，水上游覽的主干線路有四條，彼此組合可形成環(huán)城旅游線。線路一：內(nèi)湖的春天湖至杉湖、春天湖至木龍湖、杉湖至木龍湖。線路二：漓江的象鼻山至疊彩山。線路三：桃花江的象鼻山至蘆笛巖。線路四：小東江的疊彩山至七星巖、穿山。

通過對桂林市1978年以來各主要景點逐年客流量的統(tǒng)計分析，以及“兩江四湖”環(huán)城水系水上游覽客流量的預測，過船建筑物各布點的設計客流量為：木龍湖出口3000人/d，其余均為2500人/d。

2.3 湖區(qū)水量平衡及出口水量分配

為保證內(nèi)湖水質(zhì)，興建了引水入湖工程。引水口設在城市上游的上南洲村，通過7.33km長的引水渠將漓江水引入內(nèi)湖，在與湖區(qū)水體充分交換后，由木龍湖出口、杉湖出口排泄至漓江，由春天湖出口排泄至桃花江。

經(jīng)過分析測算，“四湖”要達到地表Ⅲ類水質(zhì)標準，至少需10d換水一次，相應的設計引水規(guī)模為1.5m3/s?？鄢繐p失、湖區(qū)死水區(qū)環(huán)保用水，分配給各過船建筑物的允許耗水流量為：木龍湖出口0.05m3/s，春天湖出口0.353m3/s，杉湖出口0.57m3/s。

3 過船建筑物的特點分析及選型

過船建筑物包括升船機和船閘兩大類，其型式的選擇不僅要考慮功能、水量平衡、運行水頭等要求，還需兼顧“款式”新穎、型式多樣、特點鮮明、技術(shù)含量高等城市風格。

從以上分析可知，內(nèi)湖的木龍湖出口和春天湖出口的允許耗水量均較小，若采用耗水量較大的過船建筑物，不但會打亂各湖區(qū)水體交換的平衡，影響湖區(qū)水質(zhì)，而且還須擴大從漓江的引水規(guī)模，對引水口下游漓江枯水季節(jié)的生態(tài)環(huán)境不利。

為達到景觀多樣性，結(jié)合各過船建筑物周邊的環(huán)境及允許耗水量，經(jīng)比較論證，確定了各布點過船建筑物的型式（表1）。

3.1 木龍湖升船機

木龍湖升船機是實現(xiàn)內(nèi)湖與漓江連通的過船建筑物，設計運行水頭1.45～3.54m。升船機采用承船廂入水的不完全平衡運行方式，承船廂凈長17.5m，凈寬8.6m，一次并排過船兩只。承船廂自重114.7t，廂內(nèi)水體重152.7t；平衡重總重207t，其中靜力平衡重四組57t，力矩平衡重四組150t，兩側(cè)對稱布置；升船機采用4臺30kW變頻電機驅(qū)動。工程于2000年底動工興建，2002年9月投入運行。木龍湖出口的設計條件是：水頭??；客流量大；允許耗水量小。因此，采用了耗水量少的升船機。

木龍湖升船機是我國第一座專門服務于旅游觀光的垂直升船機，其最大特點：一是承船廂入水，升船機理論上不耗水，可以滿足湖區(qū)允許耗水量少的條件；二是升船機采用承船廂下水的運行方式，不但可以省去下閘首，節(jié)省工程投資，更重要的是可以省去承船廂與下閘首的對接，減少運行步驟，節(jié)省運行時間（對小揚程升船機意義重大），增加客流量；三是外形設計與背靠的疊彩山融為一體，建筑風格上與木龍古河道的宋文化古城保持一致。

3.2 春天湖船閘

春天湖船閘是實現(xiàn)內(nèi)湖與桃花江連通的過船建筑物，設計運行水頭2.68～4.55m。閘室為兩廂并排布置，凈長18.0m，每廂凈寬9.0m。工程于2001年2月動工興建，2002年9月投入運行，2006年榮獲山西省優(yōu)秀工程設計一等獎。其主要特點如下：

（1）省水型式獨特，省水效率高。根據(jù)引水入湖工程的規(guī)模，春天湖船閘的允許耗水量為0.353m3/s。設計客流量時，普通船閘的耗水量（最大水頭時）為0.6m3/s，缺水量達41.3%，故采用了省水船閘。

目前，國內(nèi)、外省水船閘的型式是在船閘旁設置貯水池，其最大理論省水率為33%。春天湖船閘創(chuàng)造性地采用了雙線省水的獨特型式，兩廂閘室并排布置，由輸水系統(tǒng)連通，互為貯水池，節(jié)省了專門修建貯水池的工程投資。船閘省水運行時，其理論省水率可達50%，經(jīng)估算，扣除水量損耗后，實際省水率可達42.1%，滿足運行要求。

（2）輸水系統(tǒng)新穎。設計情況下，船閘一次過船4只，每線各2只。受春天湖湖面長度較小、寸水寸金景觀條件的限制，閘室采用并排承船的寬短式布置，長寬比為2∶1，遠小于一般船閘5∶1以上的長寬比。在船閘充、泄水時，閘室內(nèi)會產(chǎn)生縱向水流分布不均勻性較小、寬度方向不均勻性較大的水流條件，對船只（尤其是小游船）停泊不利。

為解決這一特殊水力學問題，船閘采用了分散式輸水系統(tǒng)。結(jié)合船閘省水運行的要求，輸水系統(tǒng)采用單側(cè)非對稱布置，兩閘室的主廊道均設置在中墩內(nèi)。為使水流在閘室內(nèi)均勻分布，每個閘室均布置有兩條橫支廊道，橫支廊道上、下游側(cè)的支孔出水采用明溝消能。

另外，在兩個閘室輸水主廊道之間設置有連通閥門，以滿足省水運行時兩閘室平水的要求。

3.3 象鼻山升船機

象鼻山升船機是實現(xiàn)桃花江與漓江連通的過船建筑物，最大運行水頭1.84m。升船機承船廂的有效長度20.04m，有效寬度5.0m，一次過船一只，承船廂及廂中水體總重162t。工程于2004年底動工興建，2006年初建成并投入運行。

象鼻山是桂林市的標志，是中國首批4A級景區(qū)，山體外形尺寸較小，山高55m，長108m，寬100m，因此，過船建筑物屬象鼻山公園內(nèi)較大的人工建筑物。為不影響象鼻山的景觀獨立性、整體性和視覺效果，結(jié)合過船建筑物揚程小的特點，工程采用了隱蔽式設計手法，選用了外露體量較小、世界上第一座水下潛沒式液壓頂托垂直升船機。

象鼻山升船機的最大特點：一是把繁冗的提升、傳動系統(tǒng)全部隱藏在地面或水面之下，保證了視覺上的通透性，實現(xiàn)了與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)；二是利用埋設在水下、布置在承船廂四個角部的4×800kN液壓啟閉機，實現(xiàn)了承船廂的升降運行，為國內(nèi)、外升船機之首創(chuàng)，為小揚程升船機的設計拓寬了思路。

3.4 桃花江船閘

桃花江是連接桂林市主城區(qū)與蘆笛巖景區(qū)的水上通道，為節(jié)省工程投資、便于運行維護，過船建筑物采用了船閘，其中包括肖家船閘和徐家船閘，船閘設計運行水頭均為1.8m，為兩廂并排布置。工程于2009年9月動工興建，2011年5月竣工。

桃花江船閘的最大特點是：溢洪和省水。

桃花江兩岸風景如畫，山不高而奇秀，影落水中，山水交融。為適應山勢低矮的特點，規(guī)劃要求河道及兩岸建筑物不能與山水爭風景，為此桃花江船閘采用了體型低矮、國內(nèi)少有的溢洪船閘。溢洪船閘的運行方式：非汛期船閘正常運行；洪水期上閘首閘門關(guān)閉，下閘首閘門開啟并安全鎖定，洪水由上閘首門頂或閘墩頂漫過，并流向下游。既可減少工程投資及對河道行洪的影響，又減小了船閘建筑物對周圍景觀的不利影響。

桃花江為季節(jié)性河流。船閘在非省水運行情況下的日平均耗水量為0.66m3/s，而桃花江保證率95%時的來水流量僅為0.64m3/s，再考慮桃花江及兩岸的景觀用水，桃花江枯水季節(jié)的水量難以滿足普通船閘非省水運行的要求。因此，桃花江船閘與春天湖船閘相似，采用了雙線省水船閘，日平均耗水量降為0.35m3/s，滿足了設計運行要求。

4 結(jié)語

桂林市“兩江四湖”環(huán)城水系上已建的五座過船建筑物，型式多樣、特點鮮明。在外形建筑上，合理融入了周圍的山水景觀，成為了各具特色的旅游景點；其獨特、創(chuàng)新的型式及其高技術(shù)含量，也給市民尤其是旅客在輕松旅游中增加了知識點。盡管它們是針對當?shù)靥囟ǖ孛埠铜h(huán)境條件下的產(chǎn)物，但其設計思路和理念，對城市生態(tài)水利和生態(tài)水運的發(fā)展是有益的。