重力坝改造为液压翻板闸门在会同河河道综合治理工程中的应用

周　超　余　琴

（怀化市水利电力勘测设计研究院　怀化市　418000）



重力坝改造为液压翻板闸门在会同河河道综合治理工程中的应用

周超余琴

（怀化市水利电力勘测设计研究院怀化市418000）

【摘要】通过对会同河二期综合治理防洪工程治理方案的比较，选取将江洲寨溢洪道改造成液压翻板门闸坝方案；该方案增强了江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位，节约了工程投资；重力坝改造成液压翻板门坝在现阶段的城区河道治理以及中小流域治理中具有重要的推广价值。

【关键词】重力坝改造液压翻板门坝降低水位经济效益

1　工程概况

怀化市会同县会同河二期综合治理防洪工程主要对会同河洒石桥上游200m至江洲寨大坝区间段进行防护、治理。项目区内部分地势较低，防洪能力不足2～5年一遇。由于沿河没有防洪设施，项目区内近几年已连续遭受洪灾，灾害损失惨重，两岸冲刷垮塌严重，洪涝灾害频繁，导致当地经济发展滞后，城镇建设速度缓慢，严重制约了当地的经济建设与发展。

江洲寨水库位于湖南省渠水一级支流会同河下游，地处怀化市会同县林成镇藕塘村，距渠水3km，距下游会同县城1km，距下游枝柳铁路0.3km，距209国道1km。坝址控制流域面积267km2，是一座以发电为主，兼顾灌溉、防洪、养殖等综合利用的水利工程。工程设计等级为Ⅳ等4级，正常蓄水位275.90m，相应库容103万m3，总库容548万m3。

江洲寨水库于1957年动工，1958年3月建成投入运行。枢纽主要包括大坝、溢洪道、输水卧管、放水底涵等建筑物。其中：大坝为均质土坝，最大坝高18.4m，坝顶高程281.4m，坝轴线长92m；江洲寨溢洪道为重力式溢流坝，位于大坝左侧，与大坝夹角约90°，为开敞式，长72m。

2001年6月18～19日，会同河流域普降暴雨，县城降雨151.2mm，暴雨中心降雨230mm。江洲寨大坝出现险情后，引起了水利部、省、市、县各级领导的高度重视，水利部、湖南省领导多次亲临现场指导工作。据有关资料记载，会同县城多年受到洪水侵袭，洪水进城频率极高，自1992年以来，会同县城连续发生大小洪水11次，特别严重的是1996年7月17日，有74个单位包括县三中、二完小及城镇部分居民区、农贸市场到烟草局一带全部被洪水淹没，最大淹没深度为11.7m，受淹面积3.2km2，受灾人口1.2万人，直接经济损失1.3亿元。该县遭受严重水灾后，国家防总及省人大代表对会同河沿岸38km进行了现场踏勘考察，针对灾情成因进行了分析，并提出对渠水支流会同河流域要进行全面治理。

2　治理方案选择与比较

二期防洪工程均属于江洲寨库区。江洲寨大坝为粘土心墙坝，溢洪道为滚水坝，堰顶高程为275.90m。施工期库区水位高，施工难度大，对河道综合治理拟定以下两个方案进行比较：

方案一：维持江洲寨溢洪道原状（浆砌石滚水坝），施工期利用涵管放水，堤防施工利用围堰，围堰最大高度为5.5m。

方案二：对江洲寨溢洪道进行改造，由原先的实用堰滚水坝改造成液压翻板门闸门形式，增强江洲寨溢洪道的泄流能力，降低上游的洪水位。堤防施工时遇到洪水时利用大坝拆除后的河床泄流，围堰最大高度为3.5m。

在原坝线位置新建液压翻板门闸门，经水力计算，同频率（20年一遇）洪峰流量，坝前洪水位相比方案一下降较明显，能有效改善上游洪水淹没影响。两方案比较如表1。

表1　方案比较表

经比较，方案二较方案一更经济，技术及施工更简单，方案二可节约投资692.2万元，经济效益显著。主要是因为溢洪道改为液压翻板闸门后，大大降低了施工期洪水位，同时也减小了设计洪水位的高度，降低了护坡高度。因为会同河上游存在浆砌石重力式溢流坝，溢洪道改为液压翻板闸门后，也丰富了会同河上的大坝结构型式。

3　翻板门坝改造设计

3.1翻板门坝特点

（1）翻板门闸随闸前来流量的增加（或减少）而准确、及时地自动加大（或减少）闸门开度，使下泄流量与闸前来流量维持动态平衡。

（2）在洪水过程结束时，能够准确、及时地自动拦截洪水尾水，保住水资源不被流失，水位维持在正常蓄水位。

（3）同一枢纽上的所有翻板闸门能够在水力作用下同步开启，单宽流量分布均匀，不会发生单宽流量集中甚至发生折冲水流的现象，有利于下游河床的稳定和生态环境保护。

（4）液压翻板闸门能够避免漂浮物卡塞或上游泥砂淤积，造成不能翻板而影响防洪安全。

（5）施工期短。液压翻板闸的面板、支腿、支墩等都是钢筋混凝土预制构件，可先在工厂预制，然后在现场安装，因此施工速度快。

（6）通过门顶、门底的水流相撞，可消耗一部分余能，对消能防冲有利。

（7）闸门启动后，形成门顶、门底同时过流，门顶溢流能使漂浮物顺利过闸，门底射流流速高，便于推移质过闸。

（8）相邻自动翻板门闸之间一般不需设置闸墩，即使设置闸墩，其间距也很大，因此，闸门全开后对水流的阻力小。

（9）基本不改变天然河流断面上的单宽流量分布，不改变天然河流的河势与泥沙输送，有利于环境保护。

液压翻板闸坝坝址布置在原江洲寨溢洪道坝址处，正常蓄水位维持原正常蓄水位不变，即275.90m。液压翻板闸坝布置于江洲寨溢流坝中间，共7扇门，每扇7m，翻板闸坝泄流宽度为49m。每扇门尺寸为7.0m×3.0m（宽×高）。新修溢流坝全长55.6m。溢流堰面采用折线型实用堰，坝体采用C20混凝土；溢流面采用C30混凝土面板防冲刷，面板厚0.5m。液压翻板闸坝堰顶高程273.01m，挡水高度2.888m，底板高程270.01m，坝底宽9.186m，左右侧与原溢流坝连接，溢流堰面上游垂直，下游与老坝体平顺连接。

电站工程大坝下游消能的主要目的是尽量减少坝下游水流能量，稳定下游水流流态，使下游水流尽快恢复到天然状态，以确保坝基和两岸不被冲刷破坏。翻板坝设计详见附图。

3.2改造设计计算

根据翻板闸泄流特点，当闸门闭门挡水、门顶泄流时，其泄流能力根据薄壁堰流或者实用堰流计算。根据工程所选用的闸门型号特点，当闸门顶水深超过15 cm时，闸门将开启一定角度，当闸门水深超过45 cm时，闸门将处于全开状态，闸门在开启过程中，水流变化复杂，最终实际过流能力应由模型试验给出。闸门安装时应预倾15°。

附图　翻板坝闸门剖面设计图

泄流计算公式为：

式中σs—翻板门段淹没系数；

m—翻板门段流量系数；

σc—侧收缩系数；

B—翻板门段泄流总净宽（m）；

HO—包括行近流速水头的堰前水头（m）。

工程前考虑江洲寨水库的调蓄作用，工程后新修了翻板坝。根据翻板门的工作原理：当洪水前锋到来时，液压翻板闸门能够随上游水位的稍许升高而准确、及时地自动逐渐开启泄流并随即开始冲淤；当来流量增大，上游水位升高时，闸门会准确、及时地自动加大开度，使过闸流量与闸前来流量相等。为了安全起见，工程后不考虑江洲寨水库的调蓄作用。经过水力计算，改造前后见表2。

表2　江洲寨溢洪道改造前后水位表

从表2可以看出，江洲寨实用堰滚水坝改造为液压翻板闸坝后，20年一遇情况下坝前水位下降1.18m。

4　结论及建议

本工程设计方案经过综合比选，选取重力坝改造为翻板门坝方案，经济效果显著。目前会同二期防洪工程主体工程已完工，江洲寨溢洪道拆除后，施工期水位大大降低（10月～次年3月5年一遇洪水在溢洪道处降低水位2.0m），减少了施工期的围堰工程投资，降低了施工难度，增加了过流能力。

液压翻板门坝具有改善河道景观、沉淀污物，净化水质、汛期方便冲淤、碍洪断面小、对坝址地质条件要求低、工期短、运行管理方便等特点，对已有重力坝进行大坝改造，降低坝前洪水位，不仅可以扩大行洪断面，降低坝前洪水位，而且可以节约投资。重力坝改造成液压翻板门坝在现阶段的城区河道治理以及中小流域治理中具有重要的推广价值。

参考文献

［1］李宗健，等.水力自动闸门［M］.北京：水利电力出版社，1987.

［2］王世夏.水工设计的理论和方法［M］.北京：中国水利水电出版社，2000.

作者简介：周超（1985-），男，大学本科，工程师，目前从事水利工程设计工作，手机：13487556914，E-mai1：zhouchao423@163.com。

收稿日期：（2016-01-11）