寬門(mén)體平板閘門(mén)運(yùn)行實(shí)踐及改造思路分析

權(quán)新芳

（寶雞市渭河攔河閘工程管理處 陜西 寶雞 721000）

1 前言

平板閘門(mén)是水工建筑物的重要組成部分，是水利工程中應(yīng)用最早、最廣泛的閘門(mén)型式之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，寬門(mén)體平板閘門(mén)在水利工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它的運(yùn)行管理，直接關(guān)系到水利工程的安全運(yùn)行和工程經(jīng)濟(jì)效益的充分發(fā)揮。結(jié)合寶雞市攔河閘工程中寬門(mén)體平板鋼閘門(mén)的運(yùn)行實(shí)踐，提出改造思路，對(duì)于探索寬體平板鋼閘門(mén)的科學(xué)運(yùn)行有著一定的借鑒作用。

2 工程概況

寶雞市渭河攔河閘工程是在寶雞市區(qū)渭河河道中修建攔河閘，攔蓄河道天然水量，形成水面140萬(wàn)m2，回水長(zhǎng)度1.65km，蓄水238萬(wàn)m3的人工湖泊。該工程為開(kāi)敞式平底閘，由上游連接段、閘室段和下游消能段組成。閘室總跨度626m，共29孔，每孔凈寬19m。閘室底板高程為579.9m，閘門(mén)頂高程583.9m。閘門(mén)為桁架平板鋼閘門(mén)，寬19m，高4m，每扇閘門(mén)由兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)控制操作。閘門(mén)設(shè)計(jì)總過(guò)水流量7590m3/s，單孔設(shè)計(jì)過(guò)水流量216.4m3/s。其中中間9孔閘門(mén)在閘頂中間設(shè)寬8m，深0.55m的溢流板，可保證河道內(nèi)30m3/s以?xún)?nèi)的自然來(lái)水過(guò)流。

3 工程運(yùn)行存在的主要問(wèn)題

攔河閘工程于2004年底建成試蓄水，2005年正式投入使用。根據(jù)該工程所處河流水砂特性、上下游水利工程運(yùn)行方式及工程自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，決定其運(yùn)行方式為：主汛期7月、8月、9月三個(gè)月閘門(mén)全開(kāi)暢泄過(guò)流，非、次汛期視上游來(lái)水量（小于303/s）、含沙量（小于 10kg/m3）蓄水運(yùn)行。

設(shè)計(jì)平板閘門(mén)運(yùn)行規(guī)則：①盡可能減少閘門(mén)開(kāi)啟次數(shù)。②閘門(mén)開(kāi)啟，應(yīng)先開(kāi)啟主河槽閘門(mén)，兩扇以上的閘門(mén)同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，應(yīng)間隔一孔的位置。③關(guān)閉平板閘門(mén)時(shí)，閘前水深必須小于2m。

經(jīng)過(guò)近兩年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)存在以下主要問(wèn)題：

3.1 自然調(diào)節(jié)過(guò)流量小

在上游來(lái)水較豐時(shí)，原設(shè)計(jì)的中間9孔設(shè)溢流板的閘門(mén)只能過(guò)30m3/s的流量，超過(guò)此流量時(shí)，湖內(nèi)水位上漲較快，如不開(kāi)啟平板門(mén)調(diào)節(jié)水位，易導(dǎo)致閘門(mén)全斷面溢流，對(duì)閘門(mén)造成一定程度的沖刷。若開(kāi)啟平板門(mén)調(diào)節(jié)水位，則閘門(mén)開(kāi)啟頻繁，湖內(nèi)水位變化較大。通過(guò)對(duì)2005年上游來(lái)水量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，4月、5月、6月三月超過(guò)該流量的天數(shù)均過(guò)半，容易導(dǎo)致景觀水面的保持?jǐn)?shù)量及質(zhì)量受限。

3.2 閘門(mén)運(yùn)行受限

由于閘門(mén)為寬門(mén)體平板式鋼閘門(mén)，自重較大，每次啟門(mén)均要求對(duì)閘門(mén)門(mén)槽止水潤(rùn)滑，以防止水受損；閉門(mén)則需人工清除閘門(mén)底板滯留泥砂，防止密閉不嚴(yán)，特別是動(dòng)水啟閉閘門(mén)時(shí)，閘門(mén)抖動(dòng)較為厲害。同時(shí)考慮到閘門(mén)全斷面溢流對(duì)閘門(mén)沖刷較嚴(yán)重，所以閘門(mén)運(yùn)行受限較大。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2005年閘門(mén)啟閉次數(shù)259次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)理論啟閉次數(shù)，不利于閘門(mén)等設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行。

3.3 對(duì)下游河道影響較大

正常蓄水情況下，下游河道過(guò)水量較小。上游來(lái)水超過(guò)30m3/s時(shí)，頻繁啟、閉閘門(mén)，設(shè)計(jì)理論正常水頭一孔閘門(mén)泄水流量達(dá)216m3/s，相當(dāng)于開(kāi)啟一次形成一次小洪峰，這對(duì)于下游河道安全造成一定影響。

4 攔河閘閘門(mén)改造思路

結(jié)合閘門(mén)在工程運(yùn)行中暴露出的問(wèn)題，決定對(duì)攔河閘寬門(mén)體平板閘門(mén)進(jìn)行局部改造，以解決30m3/s～200m3/s流量時(shí)閘門(mén)頻繁運(yùn)行問(wèn)題。

4.1 調(diào)節(jié)流量的控制

對(duì)2005年攔河閘上游水情統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，非汛期攔河閘在泥沙及上游來(lái)水量均不超標(biāo)的情況下，可以達(dá)到滿(mǎn)蓄；次汛期泥沙含量超標(biāo)的時(shí)長(zhǎng)也僅為該時(shí)段的20%左右，在泥沙含量允許這一先決條件下，如果攔河閘工程自身的流量調(diào)節(jié)范圍能有所增大，那么，次汛期的運(yùn)行管理將會(huì)變得更為簡(jiǎn)便，閘門(mén)頻繁操作面臨的工程隱患也將減輕，同時(shí)蓄水天數(shù)的增加也會(huì)使得攔河閘工程的效益得到更為充分的發(fā)揮。

流量調(diào)節(jié)范圍的確定是首要解決的問(wèn)題之一，通過(guò)對(duì)2005年次汛期攔河閘上游來(lái)水量進(jìn)行匯總，在泥沙含量滿(mǎn)足蓄水條件（小于10kg/m3）下，計(jì)算出該時(shí)段內(nèi)各月流量范圍如表1：

表1 時(shí)段內(nèi)各月流量范圍

同時(shí)與攔河閘上游林家村水文站聯(lián)系，查詢(xún)分析歷年渭河次汛期流量的基本情況，結(jié)合攔河閘當(dāng)年上游渭河、清姜河（攔河閘上游渭河右岸一級(jí)支流）、金陵河（攔河閘上游渭河左岸一級(jí)支流）來(lái)水量，確定閘門(mén)改造工程的可調(diào)節(jié)流量范圍為0～200m3/s。

4.2 閘門(mén)改造數(shù)量的選擇

根據(jù)調(diào)節(jié)流量的范圍，若對(duì)29孔閘門(mén)全部進(jìn)行改造，則投資過(guò)大，也比較麻煩。本著經(jīng)濟(jì)上節(jié)約，施工上可行性高這一原則，根據(jù)攔河閘閘門(mén)一孔最大泄水量為216m3/s的工程實(shí)際，分析認(rèn)為，僅對(duì)攔河閘一孔閘門(mén)進(jìn)行改造，即可滿(mǎn)足流量調(diào)節(jié)需求。

4.3 改造閘門(mén)的位置選擇

攔河閘上游清姜河（渭河右岸一級(jí)支流）非汛期來(lái)水較清，基本沒(méi)有含沙量，金陵河（渭河左岸一級(jí)支流）為季節(jié)性多泥沙河流，易形成陡漲陡落的洪水，曾多次爆發(fā)洪災(zāi)，且容易在攔河閘庫(kù)區(qū)形成淤積。另外，攔河閘左岸閘下堤防已經(jīng)加固，可以滿(mǎn)足經(jīng)常泄水，減少對(duì)下游河道的沖刷。經(jīng)對(duì)自然條件的客觀分析，認(rèn)為可對(duì)攔河閘左岸1號(hào)閘進(jìn)行改造。

5 攔河閘閘門(mén)改造設(shè)計(jì)

基于以上對(duì)攔河閘閘門(mén)改造的基本情況分析，為確保閘門(mén)運(yùn)行更加科學(xué)合理，最大限度地發(fā)揮工程效益，就重新設(shè)計(jì)提出如下思路與方案：

5.1 改造閘門(mén)型式的選擇

由于此改造工程是在原1#閘閘室后護(hù)坦的位置加設(shè)，分析運(yùn)行需要：所選閘門(mén)須滿(mǎn)足低水頭運(yùn)行靈活，泄流穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，排沙泄洪性能優(yōu)，結(jié)合改造工程的擋水、泄流、排污、沖沙的主要任務(wù)，確定為開(kāi)敞式平底攔河閘型式，弧門(mén)閘門(mén)擋水，液壓式啟閉機(jī)啟閉方式。

5.2 閘頂高程的選擇

已建攔河閘閘頂高程按擋水和泄水兩種運(yùn)行情況確定，選擇攔河閘閘頂高程與防洪堤防浪墻高程為586.2m，本次改造是在原攔河閘后面，在泄水時(shí)，弧門(mén)牛腿要高于水閘設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位，根據(jù)這一原則，閘頂高程選擇為587.7m，比原閘頂高1m。

5.3 工程閘門(mén)的布置

閘門(mén)總寬度為24.05m，共2孔，每孔凈寬8.5m，為平底開(kāi)敞式。

經(jīng)與水電西北勘測(cè)設(shè)計(jì)院聯(lián)系，分析運(yùn)行需要，綜合考慮最終確定：擬建的渭河寶雞市區(qū)段攔河閘改造工程在原攔河閘1孔平板閘門(mén)后，通過(guò)重新修建兩個(gè)小孔口的弧形閘門(mén)，達(dá)到小流量情況下局開(kāi)（過(guò)閘流量在0～190m3/s），滿(mǎn)足泄流和景觀的要求。

6 閘門(mén)改造后的成果分析

攔河閘閘門(mén)改造工程于2006年初開(kāi)工，年底投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)七年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐，主要作用如下：

6.1 可調(diào)節(jié)流量范圍加大，工程生態(tài)效益顯著

改造工程的實(shí)施，通過(guò)對(duì)兩孔弧門(mén)開(kāi)啟高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了過(guò)閘流量在190m3/s以?xún)?nèi)長(zhǎng)時(shí)間的保持景觀水位，減小了全斷面溢流對(duì)閘門(mén)的沖刷破壞力，極大的增加了蓄水天數(shù)，充分發(fā)揮了工程改善河流現(xiàn)狀、提升城市形象、調(diào)節(jié)區(qū)間氣候的生態(tài)效益。

6.2 彌補(bǔ)平板閘門(mén)運(yùn)行局限，增強(qiáng)工程使用壽命

弧型閘門(mén)調(diào)節(jié)流量為單孔最大95m3/s，兩孔最大190m3/s。正常情況下，通過(guò)對(duì)弧門(mén)進(jìn)行局部開(kāi)啟調(diào)節(jié)，足可減輕平板閘門(mén)在運(yùn)行中單孔開(kāi)啟瞬間流量達(dá)216m3/s時(shí)對(duì)工程下游河道所造成的破壞，改變了平板閘門(mén)動(dòng)水啟閉水頭必須小于2m的運(yùn)行局限，彌補(bǔ)了平板閘門(mén)運(yùn)行中存在的不足，降低了高水位蓄水對(duì)平板閘門(mén)的風(fēng)險(xiǎn)，使得平板閘門(mén)的使用壽命得以延長(zhǎng)。

6.3 系統(tǒng)運(yùn)行靈活性強(qiáng)，工程運(yùn)行安全性能增加

在上游洪水到達(dá)攔河閘前，在時(shí)間允許范圍內(nèi)，也可通過(guò)對(duì)弧門(mén)的調(diào)節(jié)，逐步緩慢加大閘門(mén)的下泄流量，待庫(kù)水位下降后逐步開(kāi)啟平板閘門(mén)全斷面小流量過(guò)流，為下游河道在建工程及未及時(shí)撤出的人員爭(zhēng)取一定的緩沖過(guò)渡時(shí)間，使得工程自身運(yùn)行及下游河道行洪的安全性能顯著增加。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)攔河閘寬門(mén)體平板鋼閘門(mén)運(yùn)行及改造分析，解決了寬門(mén)體平板鋼閘門(mén)運(yùn)行的不足，對(duì)于提高工程設(shè)備運(yùn)行效率和使用年限，全面發(fā)揮工程的各項(xiàng)效益有著十分重要的作用。陜西水利