淺談兼具生態(tài)景觀、通航及過魚等功能的水利樞紐布置

姚曉萍

摘 要： 城市往往沿江河兩岸修建，隨著社會(huì)發(fā)展，為改善城市環(huán)境和水景觀，常常需新建壅水建筑物將河道水位抬高，而有些河道具有通航、過魚等要求，這就涉及到兼具生態(tài)景觀、通航及過魚等功能的水利樞紐布置問題，本文以華南地區(qū)某工程為例對(duì)該問題進(jìn)行了探討，為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞： 生態(tài)景觀;通航;過魚;水利樞紐布置

1 ?工程概況

某縣城下游生態(tài)景觀壅水閘工程是以景觀用水為主，結(jié)合提高河段通航能力等綜合利用的水利樞紐工程，主要建筑物包括壅水閘、船閘及魚道等。工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物壅水閘、船閘上閘首、與水閘結(jié)合的魚道擋水部位按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，船閘和魚道其余部位、導(dǎo)墻、消力池等次要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)。該河段為Ⅴ級(jí)航道，通航按300t級(jí)船舶設(shè)計(jì)。

2 ?工程選址及建筑物選型

2.1 選址原則

（1）盡可能選擇河床開闊段，建閘后不影響行洪，利于樞紐及施工導(dǎo)流布置。

（2）盡可能選擇河道順直、穩(wěn)定[1]，水流條件好，干擾少的河段，利于船閘及引航道布置。

（3）盡可能避開村莊民房，少占農(nóng)田，以減少拆遷、施工干擾和耕地賠償。

（4）施工、維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠。

2.2 閘址選擇

根據(jù)本工程任務(wù)要求，既要實(shí)現(xiàn)縣城的景觀需求，同時(shí)兼顧河道通航要求，且該景觀工程不影響縣城防洪排澇。根據(jù)縣城河段的地形、壅水閘型式的特點(diǎn)、閘壩可選范圍不大。由于從運(yùn)行調(diào)度安全和便利角度考慮，生態(tài)水閘高度不宜高于6m，若閘址離城區(qū)距離太遠(yuǎn)，則無法滿足抬高城區(qū)河段水位的要求;若閘址位于縣城主城區(qū)河道內(nèi)，則由于河道彎曲及受到河道寬度、跨河建筑物和兩岸城區(qū)的限制，不利于船閘布置，因此，可選做閘址的河段不多，通過對(duì)城區(qū)及上、下游附近河段的分析比較，認(rèn)為閘址宜選在縣政府下游與那板屯之間的明江河段，推薦壅水閘閘址往上游至濕地公園約4.8km，至縣人民政府約1.5km，該處河道順直，河床寬約220m，左、右兩岸地形平緩，無居民房屋，十分利于樞紐布置，且河床中部有一砂洲，施工期間可以作為縱向圍堰使用，便于施工導(dǎo)流。

2.3 建筑物選型

根據(jù)工程運(yùn)行要求，當(dāng)上游來水量不大于777m3/s時(shí)，壅水閘按控泄運(yùn)行，水庫維持在正常蓄水位111.50m運(yùn)行，當(dāng)上游來水大于777m3/s時(shí)，壅水閘閘門全部臥倒敞泄洪水，恢復(fù)天然狀態(tài)。因此水閘型式主要在常規(guī)平板鋼閘門、橡膠壩、翻板閘、鋼壩、氣盾壩和液壓啟閉壩等幾種閘壩型式中進(jìn)行比選。各種閘壩型式的特點(diǎn)如下：

①常規(guī)平板鋼閘門

運(yùn)行調(diào)度可靠，但由于有閘墩的影響，泄洪能力不如其他幾種壩型，上部需設(shè)置啟閉設(shè)備和啟閉機(jī)房，金屬結(jié)構(gòu)及土建工程量較大，投資較高，施工復(fù)雜，工期長，同時(shí)影響環(huán)境美觀。

②橡膠壩

具有緊貼河床不阻水，結(jié)構(gòu)簡單，單跨長度可達(dá)50m，自重輕，抗震性能好等優(yōu)點(diǎn);但同時(shí)缺點(diǎn)也比較明顯：安全性、可靠性較差，使用壽命短;壩袋易被漂浮物或尖銳物損壞，運(yùn)行管理困難，塌壩時(shí)間長，洪水暴漲來不及塌壩，易被洪水沖毀;塌壩放水后，容易出現(xiàn)泥砂淤積覆蓋壩袋，壩袋無法沖水，導(dǎo)致需人工清理泥砂。

③翻板閘門

能根據(jù)上游水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡單，施工期短，管理運(yùn)行方便，但也存在很多問題，主要有：一是阻水，經(jīng)不住特大洪水的沖擊，易被沖毀;二是易被漂浮物卡塞或由于上游泥砂淤積，造成不能自動(dòng)翻板而影響防洪安全;三是洪水過后，翻板門再關(guān)上時(shí)容易被異物卡住，造成大量漏水，無法正常蓄水工作。

④鋼壩

是一種大跨度、底軸驅(qū)動(dòng)的翻板閘門，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水、靈活啟閉、調(diào)度方便，閘門開度可無級(jí)調(diào)控，單跨長度可達(dá)50m。鋼壩的缺點(diǎn)是投資高，可達(dá)橡膠壩的6 倍以上;僅利用底軸轉(zhuǎn)矩控制壩面運(yùn)行，大跨度閘門單跨同步升降控制難度大，易至底軸折彎移位;對(duì)地基沉降非常敏感;鋼壩閘底軸易漏水。

⑤氣盾壩

是綜合橡膠壩、鋼板壩二者之長的新型水工建筑物，壩中間不需要設(shè)置閘墩，結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡易，施工快速，清污排淤能力強(qiáng)，生態(tài)景觀效果好，塌壩時(shí)緊貼河床不阻水。但也存在如下問題：成本高，充氣起壩，可靠性較差，橡膠氣囊易磨損，或因底部有尖銳硬物受壓不均而暴袋，維護(hù)管理費(fèi)高。

⑥液壓啟閉壩

作為新型翻板壩，面板間無須設(shè)置閘墩，適用于各種寬度的河道;面板以最底部為鉸連軸，啟閉不受泥砂淤積和漂浮物影響;臥倒后緊貼河床，可徹底恢復(fù)原河床的泄洪和通航;分區(qū)式控制，可通過下放單塊面板，使上游漂浮物及淤積物快速集中沖至下游，沖沙沖淤效果極佳，生態(tài)景觀效果好;臥壩迅速，不影響防洪安全;裝配式設(shè)計(jì)，施工快速。液壓啟閉壩優(yōu)點(diǎn)與氣盾壩相似，區(qū)別在于采用了雙三角形超靜定結(jié)構(gòu)，力學(xué)結(jié)構(gòu)科學(xué)，同時(shí)由于液壓系統(tǒng)是一種普遍適用的可靠技術(shù)，因此液壓啟閉壩安全、可靠性要比氣盾壩高，且總投資比氣盾壩少，一般僅為同等氣盾壩的一半左右。

經(jīng)綜合比較，選擇安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、適用型較強(qiáng)的液壓啟閉壩作為推薦閘型。

3 ?工程總布置

本工程主要建筑物包括壅水閘、船閘及魚道等。根據(jù)閘址區(qū)的河勢特點(diǎn)及水流形態(tài)、地形地質(zhì)條件等，如果船閘布置于右岸，則船閘下引航道口門區(qū)將正對(duì)下游右岸城東支溝與明江匯合口，航道運(yùn)行時(shí)，易受到支溝側(cè)沖水流的影響，對(duì)船閘下引航道口門區(qū)的水流穩(wěn)定性影響很大，如果將船閘布置于左岸Ⅰ級(jí)階地上，其上、下游口門區(qū)均能與上、下游主航道銜接，且閘址左岸上、下游區(qū)段均無支溝匯入，保證了船閘及引航道與樞紐上、下游航道的平順連接，引航道能夠具有足夠的直線段長度和雙向通航寬度，因此，本階段考慮將船閘布置在左岸。為避免下泄水流不穩(wěn)定、船舶過往噪音、震動(dòng)及油污等對(duì)魚類產(chǎn)生的影響，將魚道布置在右岸。

根據(jù)選定的工程總體布置，壅水閘布置在河床中部，受河心砂洲影響，壅水閘分為兩段，分別為1#壅水閘段及2#壅水閘段，船閘布置在左岸，魚道布置在右岸。樞紐建筑物沿閘軸線由左至右分別為船閘、1#壅水閘、刺墻段、2#壅水閘及魚道，同時(shí)在左岸設(shè)置上、下游交通橋?qū)⒋l上、下閘首與左岸擬建防洪堤堤頂路相接。船閘段長30m，1#壅水閘段長107m、刺墻段長28m、2#壅水閘段長67m，魚道長5m，總長237m。

工程總體布置詳見圖1。

4 ?結(jié)語

本文以某生態(tài)景觀壅水閘工程為例，結(jié)合對(duì)閘址及主要建筑物型式的選擇，分析選定了樞紐總體布置，探討了樞紐布置的方法和思路，為類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 李怡芬，楊雙超，黨勇.貴州省航電樞紐工程設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的認(rèn)識(shí)與總結(jié)[J].珠江水運(yùn)，2018（8）：109.

[2] SL265-2016，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JTJ305-2001，船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].