北方多泥沙河流治理工程之分水闸方案比选

陈丽刚 马 俊 戴翠琴

(黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

北方多泥沙河流治理工程之分水闸方案比选

陈丽刚 马 俊 戴翠琴

(黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

在分析湟水河泥沙特点、分水闸运行方式及泄洪排沙调度方案的基础上，比较了不同闸型的优缺点，提出了一种液压升降坝与平板闸组合的复合坝，解决了湟水河景观生态河道分水的问题，为北方多泥沙河流城区段综合治理分水工程提供了设计思路。

湟水河，分水闸，液压升降坝，多泥沙河流

1 工程概况及项目背景

湟水河是黄河上游的一级支流。经海晏县由西向东从托落图流入湟源县、湟中县、市区，从小峡口流出西宁市，西宁市境内流程95.9 km，境内流域面积7 665 km2。2000年—2004年间市政府对城区段河道分三期进行治理，工程经过多年运行，原分水闸设计“清浊分流”的功能未能发挥；各级橡胶坝蓄水建筑物已废弃，主河槽无法形成梯级水面，河道水面低、水体浑浊、水质差；河道两岸直立护岸，生态性不足；河道整体景观形象与《城市总体规划》不协调。湟水河城区段作为西宁市“三川一水”水系的重要节点，是水生态文明城市建设的重要组成部分，是西宁市城区生态景观的核心。2015年9月，市委市政府启动湟水河城区段综合治理工程，西宁市湟水河城区段综合治理工程范围：从海湖桥以西，分水口上游665 m至共和路桥，河道总长约7.6 km。工程建设主要内容：分水工程、主河槽建设工程、泄洪排沙槽续建工程、主河槽补水工程及南川河导流工程。

2 水文泥沙特点

西宁市所处湟水流域洪水主要由暴雨形成，洪水特点是暴涨暴落，峰形尖瘦，峰高量小，历时短，最短洪水过程不足1 h，暴雨和洪水在时间上具有很好的一致性。湟水流域泥沙主要来源是6月～9月伏汛期间洪水夹带的泥沙，西宁站1967—2013泥沙实测资料，多年平均来沙量261.06万 t，多年平均含沙量2.26 kg/m3，年内含沙量3月、4月含沙量开始增大，7月含沙量达到最大值为5.32 kg/m3，至9月开始降低。西宁站悬移质泥沙以细颗粒为主，小于0.05 mm的泥沙颗粒占总泥沙量的71.2%，小于0.025 mm的泥沙颗粒占总泥沙量的45.96%。

3 分水闸闸型比选

3.1 分水闸位置及作用

分水闸在原址重建，位置在海湖桥上游约100 m处，上游与湟水河主河道衔接，下游分别连接主河槽和泄洪排沙槽。整个分水闸分为主河槽分水闸和泄洪排沙槽分水闸两部分，主河槽分水闸平时主要控制向主河槽水系分配一定的流量，而泄洪排沙槽分水闸则是在保证主河槽分水闸所需流量的同时将多余的水量分流，同时，汛期主河槽分水闸和泄洪排沙槽分水闸均承担上游来洪水时泄洪的作用。

分水闸百年一遇设计流量为642 m3/s，其中主河槽分水闸设计流量为550.6 m3/s，泄洪排沙槽分水闸设计流量为91.4 m3/s。

3.2 分水闸运行方式

根据工程总体布置，依据泄洪排沙槽的泄流能力，分水闸主要有以下三种运行方式：正常运行方式：当上游来水量小于 91.4 m3/s时，河道“清浊分流”，主河槽分水闸挡水，形成连续续集的景观水面，泄洪排沙槽分水闸开启排水、排沙；特殊运行方式一：当上游来水量大于91.4 m3/s且小于550.6 m3/s时，利用河道流量主河槽冲淤排沙；关闭泄洪排沙槽分水闸闸门，全部或局部开启主河槽分水闸泄流排沙;特殊运行方式二：当上游来水量大于550.6 m3/s时，泄洪排沙分水闸和主河槽分水闸全部打开泄洪排沙。

3.3 分水闸泄洪排沙调度方案

根据工程规划，湟水河城区段利用自流流量冲沙，解决分水闸闸前泥沙淤积，主河槽最小冲沙流量为25 m3/s。根据河道上游来水量及泄洪排沙槽泄流能力，当上游来水量小于91.4 m3/s，分水闸按正常运行方式，当上游来水量小于25 m3/s时，主河槽分水闸关闭，泄洪排沙槽分水闸开启排水、排沙；当上游来水量大于25 m3/s时，根据分水闸闸前淤积情况，通过分水闸的调度，可局部开启主河槽分水闸集中流量局部冲沙河道。当上游来水量大于91.4 m3/s，工程按特殊运行方式一或特殊运行方式二运行，当上游来水量大于91.4 m3/s而小于550.60 m3/s，关闭泄洪排沙分水闸，主河槽分水闸视上游来水量大小局部或全部开启冲沙；当上游来水量大于550.60 m3/s，主河槽分水闸与泄洪排沙槽分水闸全部开启泄洪排沙。

3.4 分水闸闸型比选

根据工程对分水闸的作用、运行方式及泄洪排沙调度要求，考虑工程投资、景观效果、运行管理等因素，对液控双驱动水力自动翻板闸、橡胶坝、液压升降坝与平板闸结合三种方案进行了比选，具体方案如下：

方案一：液控双驱动水力自动翻板闸：新一代的液控双驱动水力自动翻板门，增加了液压启闭系统，保留了原水力自控能力，并具备辅助的液压启闭动力，实现了“双保险”。优点：可利用水力作用自动启闭；缺点：支墩较多，门开启后与支墩仍然占据一定面积，对防洪略有影响；容易被大的漂浮物等卡住，流量大时自动启闭频繁。

方案二：橡胶坝方案：技术成熟且造价较低，可设计跨度较大，全河道修建橡胶坝，设计为1跨，宽69 m，景观效果较好。优点：可设计为较大跨度，外形较美观，河道上对视线无阻挡，造价较低。缺点是：易老化，充排水时间长，操作不便，多泥沙河道上容易磨蚀。

方案三：液压升降坝与平板闸结合：主河槽分水闸采用液压升降坝，泄洪排沙槽分水闸采用平板闸。液压升降坝坝体跨度大，结构简单，支撑可靠易于建造；液压系统操作灵活，可采用浮标开关控制，实现自动化操作；可基本保持原河床，畅泄洪水及上游堆积泥沙、卵石及漂浮物而不阻水，水力条件优越；施工简单，工期短；运行管理方便，耐久性好；适用范围广泛，对于梯级开发的城市河流，可形成宽阔的水面，坝顶溢流形成瀑布景观，改善生态人文环境，增加城市风光带。泄洪排沙槽分水闸利用传统平板闸的优点，实现动水中快速启闭，同时，较好的控制分流流量，保证主河槽所需的分配流量。

结合各闸型的优缺点及分水闸规划设计要求，对三个方案进一步比较(见表1)。

表1 分水闸闸型式比选

从表1比较可以看出，液控双驱动水力自动翻板闸由于本工程平时流量较大，闸门会频繁自动启闭，运行、控制不便；若全河道宽度修建液压升降坝则不能控制泄洪排沙槽的泄水流量；修建

橡胶坝时除汛期外景观效果较好，但过坝泥沙对橡胶坝的磨蚀不容忽视，汛期需要提前放空才能规避防洪风险；液压升降坝与平板闸结合的方案投资较低，一般情况下不需要人为操作，运行管理方便。综合考虑分水闸的作用及运行调度要求，分水闸选用液压升降坝与平板闸结合的方案。

4 分水闸设计

分水闸采用液压升降坝与平板闸相结合，开敞式结构，设计总宽度69 m，包括主河槽分水闸和泄洪排沙槽分水闸。主河槽分水闸门型采用液压升降坝，挡水高度2.5 m，净宽54 m；泄洪排沙槽分水闸采用平板闸门，净宽12 m， 3孔，每孔净宽4 m。分水闸闸底板高程均为2 241.90 m，闸上游设长10 m、厚0.5 m混凝土铺盖及深2.0 m、顶宽2.0 m格宾防冲；下游设置钢筋混凝土消力池池长18.50 m，池深1.0 m，并设深2.0 m、顶宽5 m格宾海曼防冲。

分水闸溢流时效果图见图1。

5 结语

北方地区河流多属于季节性河流，多泥沙，洪水陡涨陡落，水质差，城区段景观生态河道的设计应充分研究河流具体特点，解决好洪水、泥沙、水质等首要问题。湟水河城区段综合治理工程首端分水闸的布置方案，较好地解决了洪水、泥沙、浑水与景观蓄水的矛盾，工程于2016年8月建成试运行，汛期与非汛期分水作用明显，达到了工程设计要求。本文介绍的液压升降坝与平板闸结合的复合坝，为我国北方多泥沙河流城区段综合治理分水工程提供了设计新思路。

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[2] 季昌化，朱水生，郑 毅.中小河流闸坝新选择——液压升降坝[J].水利水电快报，2015(12)：66-67.

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[4] 杨绍金，肖建军，钱 圣，等.一种新型复合坝在城市河道中的成功运用[J].水利水电技术，2016(5)：33-36.

On comparison of diversion gate schemes for sediment laden rivers in north China

Chen Ligang Ma Jun Dai Cuiqin

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd(YREC),Zhengzhou450003,China)

Based on the analysis of Huangshui River’s sediment characteristics, operation mode of diversion gate and flood releasing & sediment flushing schedule, comparing the advantages and disadvantages of different types of water gate, this article puts forwards a kind of compound dam which combines hydraulic lifting dam and flat gate, solving the water diversion problem of Huangshui River’s landscape reach, as well as providing a new design idea for diversion work of sediment-laden river in urban zone that locates in North China.

Huangshui River, diversion gate, hydraulic lifting dam, sediment-laden river

1009-6825(2017)05-0220-02

2016-11-27

陈丽刚(1984- )，男,工程师

TV663

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