城市河、湖水系连通工程过船建筑物的特点分析与选型

范惠生

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 城市河、湖水系连通工程概述

城市河、湖水系连通是治理城市水环境，维护河、湖健康生态，实现人水和谐，改善旅游环境的重要举措。为了改善城市环境，开发国际旅游城市和历史文化名城的旅游资源，再现“千峰环野立，一水抱城流”之历史胜景，从1999年起，桂林市启动并实施了“两江四湖”工程，实现了城区段漓江、桃花江与木龙湖、桂湖、榕湖、杉湖的河湖水系连通及环城水系的通航（图1）。

桂林市“两江四湖”工程是一项实现城市河湖水系连通、改善旅游环境和人居环境的大型水环境工程，它包括引水入湖工程、通航工程、桥梁工程及江湖岸边绿化亮化工程等。

2 过船建筑物的布点及水量平衡分析

“两江四湖”河、湖水系连通工程过船建筑物集功能、景观、科普为一体，是实现城区河湖水系环城通航的控制性工程。其布点与周围山水景观结合，形成了以过船建筑物为核心的景观群。已实施的五座过船建筑物（表1）是针对桂林市山水风格，以及江、湖水头落差较小，旅游城市游客便于合理组织的特点“量身定做”的特色工程，也是桂林市环城水系水路游览线上的亮点工程。

2.1 过船建筑物的布点

图1 桂林市“两江四湖”河、湖水系连通工程布置示意图

表1 过船建筑物型式

“两江四湖”水系连通，旨在实现“三山两洞”等主要景点水上游览的可达性。为合理组织水上旅游线路，达到旅游资源利用最大化，在江湖接口及河道上，共规划有七座过船建筑物（表1）。其分别位于：木龙湖与漓江接口，即木龙湖出口；榕湖与桃花江接口，即春天湖出口；杉湖与漓江接口，即杉湖出口；桃花江与漓江接口，即象鼻山出口；小东江（漓江的叉河）与漓江接口，即小东江出口；桃花江河道上的肖家和徐家（图1）。

2.2 旅游线路及客流量

根据“两江四湖”的总体布局及过船建筑物的位置，水上游览的主干线路有四条，彼此组合可形成环城旅游线。线路一：内湖的春天湖至杉湖、春天湖至木龙湖、杉湖至木龙湖。线路二：漓江的象鼻山至叠彩山。线路三：桃花江的象鼻山至芦笛岩。线路四：小东江的叠彩山至七星岩、穿山。

通过对桂林市1978年以来各主要景点逐年客流量的统计分析，以及“两江四湖”环城水系水上游览客流量的预测，过船建筑物各布点的设计客流量为：木龙湖出口3000人/d，其余均为2500人/d。

2.3 湖区水量平衡及出口水量分配

为保证内湖水质，兴建了引水入湖工程。引水口设在城市上游的上南洲村，通过7.33km长的引水渠将漓江水引入内湖，在与湖区水体充分交换后，由木龙湖出口、杉湖出口排泄至漓江，由春天湖出口排泄至桃花江。

经过分析测算，“四湖”要达到地表Ⅲ类水质标准，至少需10d换水一次，相应的设计引水规模为1.5m3/s。扣除水量损失、湖区死水区环保用水，分配给各过船建筑物的允许耗水流量为：木龙湖出口0.05m3/s，春天湖出口0.353m3/s，杉湖出口0.57m3/s。

3 过船建筑物的特点分析及选型

过船建筑物包括升船机和船闸两大类，其型式的选择不仅要考虑功能、水量平衡、运行水头等要求，还需兼顾“款式”新颖、型式多样、特点鲜明、技术含量高等城市风格。

从以上分析可知，内湖的木龙湖出口和春天湖出口的允许耗水量均较小，若采用耗水量较大的过船建筑物，不但会打乱各湖区水体交换的平衡，影响湖区水质，而且还须扩大从漓江的引水规模，对引水口下游漓江枯水季节的生态环境不利。

为达到景观多样性，结合各过船建筑物周边的环境及允许耗水量，经比较论证，确定了各布点过船建筑物的型式（表1）。

3.1 木龙湖升船机

木龙湖升船机是实现内湖与漓江连通的过船建筑物，设计运行水头1.45～3.54m。升船机采用承船厢入水的不完全平衡运行方式，承船厢净长17.5m，净宽8.6m，一次并排过船两只。承船厢自重114.7t，厢内水体重152.7t；平衡重总重207t，其中静力平衡重四组57t，力矩平衡重四组150t，两侧对称布置；升船机采用4台30kW变频电机驱动。工程于2000年底动工兴建，2002年9月投入运行。木龙湖出口的设计条件是：水头小；客流量大；允许耗水量小。因此，采用了耗水量少的升船机。

木龙湖升船机是我国第一座专门服务于旅游观光的垂直升船机，其最大特点：一是承船厢入水，升船机理论上不耗水，可以满足湖区允许耗水量少的条件；二是升船机采用承船厢下水的运行方式，不但可以省去下闸首，节省工程投资，更重要的是可以省去承船厢与下闸首的对接，减少运行步骤，节省运行时间（对小扬程升船机意义重大），增加客流量；三是外形设计与背靠的叠彩山融为一体，建筑风格上与木龙古河道的宋文化古城保持一致。

3.2 春天湖船闸

春天湖船闸是实现内湖与桃花江连通的过船建筑物，设计运行水头2.68～4.55m。闸室为两厢并排布置，净长18.0m，每厢净宽9.0m。工程于2001年2月动工兴建，2002年9月投入运行，2006年荣获山西省优秀工程设计一等奖。其主要特点如下：

（1）省水型式独特，省水效率高。根据引水入湖工程的规模，春天湖船闸的允许耗水量为0.353m3/s。设计客流量时，普通船闸的耗水量（最大水头时）为0.6m3/s，缺水量达41.3%，故采用了省水船闸。

目前，国内、外省水船闸的型式是在船闸旁设置贮水池，其最大理论省水率为33%。春天湖船闸创造性地采用了双线省水的独特型式，两厢闸室并排布置，由输水系统连通，互为贮水池，节省了专门修建贮水池的工程投资。船闸省水运行时，其理论省水率可达50%，经估算，扣除水量损耗后，实际省水率可达42.1%，满足运行要求。

（2）输水系统新颖。设计情况下，船闸一次过船4只，每线各2只。受春天湖湖面长度较小、寸水寸金景观条件的限制，闸室采用并排承船的宽短式布置，长宽比为2∶1，远小于一般船闸5∶1以上的长宽比。在船闸充、泄水时，闸室内会产生纵向水流分布不均匀性较小、宽度方向不均匀性较大的水流条件，对船只（尤其是小游船）停泊不利。

为解决这一特殊水力学问题，船闸采用了分散式输水系统。结合船闸省水运行的要求，输水系统采用单侧非对称布置，两闸室的主廊道均设置在中墩内。为使水流在闸室内均匀分布，每个闸室均布置有两条横支廊道，横支廊道上、下游侧的支孔出水采用明沟消能。

另外，在两个闸室输水主廊道之间设置有连通阀门，以满足省水运行时两闸室平水的要求。

3.3 象鼻山升船机

象鼻山升船机是实现桃花江与漓江连通的过船建筑物，最大运行水头1.84m。升船机承船厢的有效长度20.04m，有效宽度5.0m，一次过船一只，承船厢及厢中水体总重162t。工程于2004年底动工兴建，2006年初建成并投入运行。

象鼻山是桂林市的标志，是中国首批4A级景区，山体外形尺寸较小，山高55m，长108m，宽100m，因此，过船建筑物属象鼻山公园内较大的人工建筑物。为不影响象鼻山的景观独立性、整体性和视觉效果，结合过船建筑物扬程小的特点，工程采用了隐蔽式设计手法，选用了外露体量较小、世界上第一座水下潜没式液压顶托垂直升船机。

象鼻山升船机的最大特点：一是把繁冗的提升、传动系统全部隐藏在地面或水面之下，保证了视觉上的通透性，实现了与周围环境的协调；二是利用埋设在水下、布置在承船厢四个角部的4×800kN液压启闭机，实现了承船厢的升降运行，为国内、外升船机之首创，为小扬程升船机的设计拓宽了思路。

3.4 桃花江船闸

桃花江是连接桂林市主城区与芦笛岩景区的水上通道，为节省工程投资、便于运行维护，过船建筑物采用了船闸，其中包括肖家船闸和徐家船闸，船闸设计运行水头均为1.8m，为两厢并排布置。工程于2009年9月动工兴建，2011年5月竣工。

桃花江船闸的最大特点是：溢洪和省水。

桃花江两岸风景如画，山不高而奇秀，影落水中，山水交融。为适应山势低矮的特点，规划要求河道及两岸建筑物不能与山水争风景，为此桃花江船闸采用了体型低矮、国内少有的溢洪船闸。溢洪船闸的运行方式：非汛期船闸正常运行；洪水期上闸首闸门关闭，下闸首闸门开启并安全锁定，洪水由上闸首门顶或闸墩顶漫过，并流向下游。既可减少工程投资及对河道行洪的影响，又减小了船闸建筑物对周围景观的不利影响。

桃花江为季节性河流。船闸在非省水运行情况下的日平均耗水量为0.66m3/s，而桃花江保证率95%时的来水流量仅为0.64m3/s，再考虑桃花江及两岸的景观用水，桃花江枯水季节的水量难以满足普通船闸非省水运行的要求。因此，桃花江船闸与春天湖船闸相似，采用了双线省水船闸，日平均耗水量降为0.35m3/s，满足了设计运行要求。

4 结语

桂林市“两江四湖”环城水系上已建的五座过船建筑物，型式多样、特点鲜明。在外形建筑上，合理融入了周围的山水景观，成为了各具特色的旅游景点；其独特、创新的型式及其高技术含量，也给市民尤其是旅客在轻松旅游中增加了知识点。尽管它们是针对当地特定地貌和环境条件下的产物，但其设计思路和理念，对城市生态水利和生态水运的发展是有益的。