浅谈树亭湖挡水工程设计

杨 杰 王 刚

1.娄底市水利水电勘测设计院，湖南娄底 417000；2.娄底市防洪工程建设管理处，湖南娄底 417000

1 工程概况

树亭湖挡水工程是《涟源市城西生态文明示范区河湖水系连通项目》中树亭湖工程的一项配套工程。坝址所在河流为涟水河支流新涟河，坝址位于涟源市六亩塘镇树亭村，坝址以上流域面积为158km2。坝轴线距离下游新建娄底大道跨新涟河公路桥120m，距上游对山坝670m，距下游环北坝800m，树亭湖坝下游1.0km处为涟源市第一水厂取水泵房（已停用）。

新涟河枯水季节流量有限，自净能力不强，上游工矿企业较多导致水体污染严重，水质难以满足供水的要求，不利于运行和管理。新涟河长期没有进行过治理，低挡水拦河坝过多，阻碍行洪，造成河道淤积严重、壅水过低、蓄水不足，枯水期河床景观效果非常差。

树亭湖挡水工程的修建及树亭湖的开发，将扭转水生态环境恶化的现状，改善水生态环境和人文景观条件，提高饮水用水安全程度，提高防洪保安能力。改善市民居住、休闲、健身的人居环境，提升城市品味，促进当地经济社会发展。

2 正常蓄水位的确定

树亭湖坝坝址下游800m处有环北坝，坝址下游1.77km处建有酒厂坝，上游670m处建有对山坝，坝址上游2.93km处建有煤机厂坝，四座拦河坝均为浆砌石固定坝。环北坝坝顶高程146.38m，坝上游常水位144.38m；光明山坝坝顶高程144.21m，坝上游常水位为142.80m。对山坝坝顶高程148.80m，坝上游水位148.60m。煤机厂坝坝顶高程152.53m。

根据2016年编制的《湖南省涟源市城西生态文明示范区河湖水系连通项目初步设计报告》中的设计方案，树亭湖坝下游酒厂坝进行改造，拆除现有拦河坝，在原址新建闸坝，正常蓄水位提高至146.80m，拆除环北坝。

正常蓄水位的确定应减少人工湖的土方开挖量，减少上游的淹没面积，尾水回水不影响上游煤机厂坝的正常运行工况。根据实地调查及测量成果，拟定树亭湖坝正常水位为151.00m，树亭湖湖底开挖高程为150.00m，尾水回水雍高至上游煤机厂坝下游，拆除上游对山坝。树亭湖建成后，树亭湖坝至煤机厂坝3.0km河道将形成一个355亩水面的湖面，蓄水库容达到80.4万m3，增加库容59.3万m3。

3 坝型的选择

根据本工程项目特点，综合考虑各类坝型在已建工程中的运行管理可靠性、城市景观效应、工程造价、以及运行管理、日后维修等因数，本工程主要对液压辅助控制翻板闸坝和新型钢坝进行对比分析。

（1）新型钢坝下游没有支墩结构，能形成瀑布效应，景观效果比翻板闸要好。

（2）新型钢坝由底轴启动，倒门全卧倒，水流从闸门顶部过流，不受树枝、泥沙等影响；翻板闸由支墩支撑，翻板时水流从闸门上部和下部过流，关门时容易受树枝等杂物及基座底部泥沙影响导致不能全关闭。

（3）钢坝全卧倒本身不阻水，翻板闸倒门后本身占有行洪断面，钢坝行洪能力更强。

（4）液压辅助控制翻板闸坝当门前水位超过门顶20～30cm时能自动倒门，运行管理方便、成本低；新型钢坝本身不能自动倒门，增加了运行调度的难度。

（5）3.5m×27m的钢坝工程造价约207.9万元；液压辅助控制翻板闸含机电设备工程造价约78.4万元。其他土建部分的投资相差不大。

（6）闸门运行可靠性钢坝高于液压控制翻板闸坝。

综上分析，考虑到树亭湖挡水工程作为一项集景观、休闲、旅游、观光等功能的综合治理工程。在闸门安全可靠的前提下，工程造价成本可控，则优先考虑景观效果，因此树亭湖坝型选用新型景观钢坝闸门，工程平面布置图与大坝横断面图如图1与图2所示。

图1 工程平面布置图

图2 大坝横断面图

4 工程布置及设计计算

4.1 设计基本资料

树亭湖挡水工程为涟源市河湖水系连通工程中树亭湖项目的配套工程。根据中华人民共和国《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）的有关规定，工程等别为Ⅴ等。树亭湖坝属于《涟源市城西生态文明示范区河湖水系连通项目》工程的子项目，河湖连通项目工程等别为Ⅳ等。工程位于涟源市城区规划范围，参照涟源市城市堤防工程等已建水利工程建设标准，树亭湖坝工程等别定为Ⅳ等，主要建筑物工程级别为4级，其他次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。

树亭湖坝最大坝高为8.0m，低于15m，上下游最大水位差6.0m，少于10m。根据《防洪标准》（GB 50201—2014）[1]可知，其洪水标准可按平原、滨海区标准确定，因此，树亭湖坝按Ⅳ等工程考虑的洪水标准为：设计洪水重现期为20年，校核洪水的重现期采用50年，消能防冲标准按20年一遇设计。施工期临时度汛洪水标准为5年一遇。

4.2 工程布置

树亭湖坝枢纽由混凝土重力坝、非溢流坝、闸门、边墩、护坦、护岸等工程组成。坝轴线长111.70m，过流断面宽27m，共设置1扇3.5m×27m（高×宽）钢坝闸门。上游护岸长20m，下游护岸长99m。两岸设置非溢流坝段。

4.3 工程设计计算

本项目重力坝级别为4级，安全系数K如表1所示。

表1 抗滑稳定安全系数表

坝体抗滑稳定及坝基面垂直正应力按照《水闸设计规范》[2]规定的公式计算，计算结果如表2所示。

表2 坝体抗滑稳定及坝基面垂直正应力计算成果表

由表1及表2可知：坝体抗滑稳定安全系数满足设计要求，坝基基底应力为122.42～310.53kPa，地基允许承载力为500kPa，基底应力能满足地基土允许承载力要求。

5 结语

（1）树亭湖挡水工程建设符合“十三五”水利规划及国家政策要求，是打造五大水利网中的河湖健康生态网建设的重要举措，符合娄底市的打造“四水”生态廊道的指导精神。

（2）新建树亭湖挡水工程意在娄底大道上游至洞庭桥2.04km河道中打造一个300亩水面的人工湖，改善区域水生态环境，增加了城市亲水性与活力；扩大水域面积，改善水体水质；增加蓄水库容，提高抗旱应急保障能力；改善沿岸景观条件，提高居民幸福指数，提升城市品位，加速当地经济社会发展。在闸门安全可靠的前提下，工程造价成本可控，则优先考虑景观、休闲等功能与效果。

[1] GB 50201—2014，防洪标准[S].

[2] SL 265—2016，水闸设计规范[S].