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)⒋l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。
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