闸站结合在某防洪闸工程中的应用

乔 刚

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110002）

1 工程概况

某防洪闸（泵站）工程位于丹东市某河入某江口处，某河是丹东市 6条主要内河之一， 某河防洪闸（泵站）工程修建后，将使该城区段堤防的防洪标准达到100年一遇，堤防后侧企业、居民等可免受洪水灾害威胁。当下游未发生洪水时，上游来水可通过防洪闸自由过流；而当下游发生较大洪水时，关闭防洪闸闸门挡水，上游来水须通过泵站强排至防洪堤外侧。该防洪闸（泵站）工程是一项以防洪和排涝为主要任务，兼顾挡潮和交通要求的综合性工程。该工程等别为Ⅱ等，主要建筑物等级为2级，次要建筑物等级为3级。工程防外洪标准为100年一遇，设计流量为41100m3/s；防内洪标准为20年一遇，设计流量为83.7m3/s。

2 泵站设计排涝流量的确定

由于泵站设计流量将直接影响泵站的规模，而泵站的规模是闸站结合设计中特别关键的制约因素，所以在确定泵站设计流量时要尤为慎重。

由于该工程位于城镇区，根据某河流域的水文测站情况、产汇流形式以及下垫面条件等，在对辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算法、面积比法和丹东市市政经验公式法3种方法进行了对比和分析之后，认为该工程适宜采用丹东市市政经验公式法计算泵站设计排涝流量更为贴近实际。

某河排涝泵站主要为当某江发生大洪水，防洪闸闸门关闭时排除内水。根据错峰分析的结论，某河洪水较某江洪水先过。工程位置城区排涝标准为2年，当闸门关闭时，考虑某河洪峰已过，错峰60h，为某河退水段。闸门关闭至开启时间段内，其相应的排涝标准相当于 0.33年。由于某河河道调蓄作用小，因此不考虑河道的调蓄作用。

按丹东市市政经验公式计算某河排涝流量：

式中：q——暴雨强度，m3/s·hm2；

P——重现期（年）；

T——设计降雨历时（min）。流量按下式计算：

式中：Q——雨水量（m3/s）；

ψ——径流系数；

F——汇水面积（hm2）。

设计降雨历时包括地面汇流时间和渠道汇流时间。根据《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》提供的公式，推求地面汇流时间为 1.17h，即 70min；渠道汇流时间按1km河道计算，流速1.0m/s，渠道汇流时间为17min。根据某河流域的下垫面条件，径流系数采用0.45。经计算，泵站设计排涝流量为8.65m3/s。

3 布置方案的选择

防洪闸（泵站）为新建工程，结合现场实际情况和水力计算成果，拟定两种布置方案，方案1为防洪闸与泵站分建；方案2为防洪闸与泵站合建。

3.1 方案1：防洪闸与泵站分建

在某河修建防洪闸，防洪闸左侧新修68m混凝土防洪墙，右侧新修74m混凝土防洪墙及6m宽交通门一处，与现有防洪墙相连，实现该区段防洪体系封闭。当某江发生洪水时，关闭防洪闸闸门挡水，某河上游来水通过连通涵引至泵站强排至防洪墙外侧。

防洪闸设计为1孔，钢筋混凝土结构，孔口净宽12m，高5m，闸孔以上设置板梁式钢筋混凝土胸墙，闸墩顺水流方向长 12m，厚 1.5m，墩顶高程9.02m，闸底高程与现有河底高程相同，为 0.5m；防洪闸基础高程-1.5m，座于砂卵石层上。起闭台顶高程16.42m，上设起闭机房。防洪闸下游修建消力池，长20m，宽12m，深1m。

泵站建于某河右岸支沟上，防洪墙的后侧，泵房宽9.50m，长32.60m，内设水泵工作间、检修间、变、配电室和值班室等，泵站内设计安装 3台1000ZLB-7型轴流式水泵，泵站与防洪闸之间设压力水箱，压力水箱穿防洪墙后接出水暗涵，总长80m，暗涵出口位于防洪闸下游海漫段右侧。

3.2 方案2：防洪闸与泵站合建

在某河修建防洪闸，在防洪闸闸室上部布置泵站，防洪闸左侧新修64m混凝土防洪墙，右侧新修53m混凝土防洪墙及6m宽交通门一处，与现有防洪墙相连。

防洪闸采用钢筋混凝土结构，闸槽、启闭机室位于泵站下游侧的闸室段末端，距泵房6m，防洪闸设计为3孔，每孔净高3.2m，净宽6m，中、边墩厚1.2m，闸底高程为 0.00m，起闭台顶高程 12.20m。排水泵站位于防洪闸上游闸墩的上部，左右边墙与两侧新建防洪墙连接，泵房宽 9.5m，长 28.1m，内设水泵工作间，检修间。泵站内设计安装 3台1000ZLB-7型轴流式水泵，吸水管位伸入闸室，出水管接闸室末端上部设置的压力箱涵，水泵扬程6.5m。

对以上两个方案进行比选，结果如表1。

表1 方案比选表

可见，方案2比方案1节约投资363.08万元。经多方比较分析，权衡利弊，由于方案2经济性突出，该工程最终选定了方案2为实施方案。

4 实际运行效果

丹东市某防洪闸（泵站）工程于 2009开工建设，2010建成并投入使用，至今已运行近4年，建成当年，某江就发生了 20年一遇洪水，实测流量约25000m3/s，洪水致使4人失踪，12.7万人紧急转移，44个乡镇受灾严重，多个乡镇电力、通讯中断。该工程顺利通过了该次洪水的考验，起到了应有的工程作用，护卫了保护区内的人民生命和财产安全。从这几年的实际运行情况来看，该工程整体情况良好，各建筑物及机电、金结设备均运行稳定，使用正常。

5 闸站结合的利弊分析

（1）闸站结合最大的优点是因泵站与水闸合建，泵站位于闸墩上部，结构紧凑，省去了泵站的进水、出水等相关建筑物，以更小的平面尺寸减少了征占地面积，因此节省了工程投资，某防洪闸（泵站）工程的闸站结合布置方案比分体布置方案节省投资近40%，经济效益十分显著。

（2）闸站结合布置时一般需要将闸室加长，这种影响对防渗较为有利；闸站结合后增大了闸室的竖向作用力，对建筑物的抗滑、抗倾覆稳定都有利，而对地基承载力的要求变高；水泵吸水管等会影响水闸的过流能力，这就需要增大水闸的宽度，但这对下游消能通常是有利的。

（3）水闸一般都有过流要求，所以不管采用何种固定式的水泵，闸站结合后水泵的吸水管或叶轮等一般都会长期处在水中浸泡，这样不可避免的会加大吸水管、叶轮等水下部件的腐蚀，而且还可能会拦挡水流中的大量杂物，冬季可能被冰冻等等，增加了日常管理和维护的难度。

（4）由于水闸的泄水要求，闸站结合后不易在闸室内设置常规的构筑物以控制水泵在工作时可能产生的旋流。

（5）闸站一体布置比分体布置的设计和施工难度要大，导流的周期和难度也可能增大。

（6）闸站结合后的维护费用一般比分体布置要高。

6 结 语

从今后的发展方向来看，水闸与泵站配套实施的工程项目势必越来越多，而闸站结合的设计方案，以其紧凑的外形和明显的经济优势，必将得到更多的应用，尤其是在土地缺乏、布置受限的城镇区，其发展潜力更大。但闸站结合也有一些缺点或不足，需要设计者、决策者、施工者、运行管理者统筹兼顾，因地制宜，克服难题，方能造就适应本地区实际情况的优质工程。

[1] 李炜.水力计算手册(第二版).中国水利水电出版社,2006-6-1.

[2] 水闸设计规范SL265-2001.中国水利水电出版社,2004-6.

[3] 泵站设计规范GB50265-2010.中国计划出版社,2011-1-1.

[4] 北京市市政工程设计研究总院.给水排水设计手册(第 5册)城镇排水(第二版).中国建筑工业出版社,2004-2-1.

[5] 中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册(第 7册)城镇防洪(第二版).中国建筑工业出版社,2000-6-1.