排水闸站的类型及对比分析

谭颖科

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510635)

水闸是一种常见的水利工程，在水闸设计过程中要综合考虑其所处的自然环境条件，地质，水文气象条件，周边施工环境及工期条件，水闸结构布置形式等，确保考虑周全，可操作性强，经济环保，在保护人民生命和财产安全中发挥重要作用。

水闸一般为低水头水工建筑物，具有挡水、泄水的作用。水闸的主要作用除了通过闸门的启闭控制流量和调节水位外，还担负防止潮水倒灌及汛期排洪的功能[1]。

本文将主要介绍传统闸站和新型的一体化泵闸，对比两种类型闸站的区别，从施工组织设计、运行方式、水力条件、后期管理维护等方面进行比较，并结合工程实例说明一体化泵闸的优点。

1 工程中闸站类型

1.1 传统的闸站

传统排涝闸站工程通常采用闸门、泵站分体布置的方式，沿着河道横截面处，在中间布置闸门，闸门两侧各布置水泵的形式。传统排涝闸站见图1。

图1 传统闸站

排涝时关闭闸门，开启轴流泵排水；不需排涝时，开启中间的闸门使内外河道的水系联通，而河道的两岸泵室段无法过水，只有中间闸阀过水，这种方式不仅限制了河道的过水断面，而且对内河的水量交换和水体循环不利。

1.2 一体化泵闸

一体化泵闸是一种将泵站和闸站一体式结合布置的泵闸。一体化泵闸由水闸、闸门泵、拍门、传感器配置和全套控制体系等构成，闸门既是挡水结构又是水泵支承的基础，水泵布置在闸门上，不建固定的泵室，泵组为固定在闸门上的流动泵站，使闸门和泵站合二为一，大大提高河道排洪及水体交换能力。一体化泵闸闸门见图2。

图2 一体化泵闸

尽管一体化泵闸闸门结构相对复杂，但它实际运行是容易操作的。当内河水位高时，打开闸门，水泵随闸门同时提升(水泵为停机状态)，内河水自流进外河，闸孔过流能力不受泵组影响；当内河水位低，外河水位高时，关闭闸门，起动水泵，内河水泵入外河。整个泵站不需建造额外的自流结构。

2 两种型式闸站对比

2.1 施工条件分析

传统闸站建设通常采用轴流式水泵和水闸相结合的方式，由于垂直水流方向并排布置水泵和闸门，相同闸门过流流量时传统闸站河道宽度更宽，导致施工期间需修建导流明渠或明管长度更长，上下游挡水围堰长度与高度均需相应增加。

一体化泵闸将水泵与闸门结合，闸站垂直水流方向宽度为闸门宽度，既有河道不需进行大面积扩宽，根据原有河道宽度或工程修建河堤宽度调整泵闸垂直水流方向跨度，在保证泵闸安全稳定运行的前提下，可缩短导流明渠长度同时减小基坑面积，可广泛应用于重建或改建的小型水闸。

水闸修建应尽量选择地质情况较好的、征地拆迁量少的位置布置。根据闸址区水流条件、原有建筑物布置情况，协调与水闸、通航、施工导流建筑物之间相互的关系，保证结构可靠、运行安全，并尽可能做到施工方便、占地拆迁少、节约工程投资、管理灵活方便。在此基础上，建设一体化泵闸避免了占地面积大、建设周期长等问题，在保留原河道现状、保证河岸线平顺、控制水流流态良好等方面有较大优势。

2.2 运行方式分析

传统水闸运行单一、操作简单、起吊力量小，但过流面积小，过流断面为水流中部，进出口水流较湍急，流速较大，下游需设置消能设施，水闸侧和泵站侧完全分离。

一体化泵闸的运行方式：当内河水位高时，打开闸门，水泵随闸门同时提升(水泵为停机状态)，内河水自流进外河，闸孔过流能力不受泵组影响；当内河水位低，外河水位高时，关闭闸门，起动水泵，内河水泵入外河。

(1)当干流水位高于内水位时(即外江水位高于堤内水位时)，关闭水闸；关闸后内涌水位高于设计进水口正常水位时，开启泵站抽水，当涝区在降雨时，内涌水位抽降至设计进水口最低运行水位，当内涝区没有降雨时，内涌水位降至正常水位。

(2)干流洪潮水位较低时(低于内水位)，开启水闸，内涝自排。

(3)维持内河水位在正常蓄水位上下波动。当天气预报有降雨时，应提前降低闸内水位。

泵闸一体型：配有大流量低扬程的潜水泵，安装方便，迅速高效、投资配有大流量低扬程的潜水泵，安装方便，迅速高效、投资经济又能达到防洪排涝目的，同时通过实时调控，增强河涌水动力，改善区域水经济又能达到防洪排涝目的。环境。但适用性较差，多适用于低扬程的小型泵闸[1]。

2.3 水力条件分析

传统闸站布置方式泵组垂直水流方向占用大部分河道过水断面，水闸净宽通常小于原有河道宽度的三分之一，通过水闸自引自排的过流能力受到极大的限制，泵组上下游岸边存在水流循环缓慢区域，水环境受到严重影响。

一体化泵闸通过利用闸门上的水泵流道和增设控制闸门数量的方式实现增大过流面积的目的，提高河道排洪及内外河水体交换能力，但由于流道闸门控制方式比较复杂，且闸孔过流均为有压过流方式，闸门前后水流流态及水压变化均需进行全面分析与详细计算。

2.4 维护和管理分析

结合后期整体规划及路网布置，以及与之相衬的人行交通需求；建筑物布置应结合城市景观规划布局，兼顾近期各方面需求。

与传统的闸站相比，泵闸结合一体化最直接的优势在于节省了建筑占地面积。传统闸站都是在闸门的两侧再建造泵站安装水泵，现在完全省去了再建泵站的土地，自然也压缩了工程建设时间。闸泵一体化结合后，更加便于设备的日常维修保养，传统闸站遇到水泵故障需将泵体用设备吊装至地面进行维修，一体化泵闸可仅通过启闭机将闸门升起来就能在闸门平台上进行检修[2]。

而且闸泵结合兼顾了河道“活水换水”功能，能够实现“雨天排涝、晴天活水换水”的需求。

(1)潜水泵与闸门联结成一体，与闸门可整体吊装，机组安装、检修十分方便，同时节约了额外的起吊设备和安装设备的投资。

(2)由于该泵站只需要水泵、闸门和拍门，不建主厂房，只建配电室，没有辅助油、水、气系统，可节约大量配件，大大降低了泵站的维护费用。操作简单，运行方便，附属设备少，便于管理。

(3)安装液位控制系统和闸门自动控制系统，可以使整个系统联动控制，实现无人值守，自动控制。

3 工程实例

铁塔路～西涌段是广州市新塘镇防洪潮连围的重要组成部分，在新塘堤围加固工程中首要的任务是提高堤围防洪能力，新塘大围加固工程的实施可有效提高流域防洪排涝能力，其中西涌水闸改建工程为新塘大围加固工程的重要部分内容。

西涌水闸是属于新塘大围的穿堤水闸，其任务是排内涝挡外江洪潮，但由于本工程范围河涌在一天内排水都是根据外江即东江北干流潮水位而定的，因为潮汐每天按两次高潮、两次低潮运行，当潮汐高潮时，外江水位增高，此时围内河涌受外江顶托无法向外江排水，只有低于2 m时可自排，围内发生洪水时更无法排水而形成的涝灾。根据以上情况，确定西涌水闸改建工程在原位上修建一体化闸站[3]。

为拦截污物，避免堵塞水泵，在泵站进水口设置1道拦污栅。拦污栅后设置一道一体化泵闸，一闸一泵，露顶式布置，共1孔。主体闸门孔口尺寸为4.5 m×4.5 m，型式为平面滑动钢闸门。门叶上设井筒，水泵卧式安装在井筒内，井筒与闸门焊接为整体。泵的设计参数为Q=1.0 m3/s，H=3.0 m，最低运行水位为0.5 m。井筒出水口设拍门，当水泵正常停机或事故停机时，可迅速截断水流。启闭机采用固定式卷扬机，扬程8.0 m。启闭容量为QP-2×250 kN，设现地控制，预留远控接口。西涌泵闸纵剖图见图3。

图3 西涌泵闸纵剖图

当一体化泵闸需要检修时，可通过启闭机将其起吊至检修平台进行维修；启闭平台下方设台移动式电动葫芦，可将水泵吊出井筒进行维修。

在外江侧设置检修闸门，以供一体化泵闸及其门槽检修。检修闸门孔口宽度4.5 m，底槛高程为-1.2 m，检修平台高程为3.3 m，挡至外江最高水位3.0 m。闸门尺寸为4.5 m×4.5 m，采用平面滑动叠梁钢闸门。闸门平时放置于检修平台，设置1台悬挂式启闭机进行操作，启闭容量为2×100 kN，扬程8 m。

当东江北干流水位高于内水位时(即外江水位高于堤内水位时)，关闭水闸；关闸后内涌水位高于1.0 m时，开启泵站抽水，当涝区在降雨时，内涌水位抽降至0.5 m，当内涝区没有降雨时，内涌水位降至1 m。东江北干流洪潮水位较低时(低于内水位)，开启水闸，内涝自排。正常蓄水位初定为1.0 m。当天气预报有降雨时，应提前降低闸内水位。

4 结语

本文将通过对比传统闸站和一体化泵闸，明确两种类型闸站的差异，从施工组织设计、运行方式、水力条件、后期管理维护等多方面说明了泵闸的优点，说明一体化泵闸实际运行时难易程度以及对内外河水量与水位的控制效率。

本文针对河涌有可能造成内涝的情况，提出通过泵闸一体化型式控制内外河水位是一种较经济有效的布置方式，在闸站实际运行时，可将水泵和闸门联合调度，满足内外河水量与水位的需求。

泵闸在工程设计及实际运行需要考虑的问题。

1)闸门与潜水泵合二为一，一体型泵闸整体重量大，同时闸门体宽度变大，设计闸门时在结构、强度及稳定性上需充分校核，设计起闭机时应充分考虑起闭力和平衡起闭。闸门设计时要充分考虑潜水泵的重量布置，保证潜水泵与闸门联接后潜水泵的重心在闸门的重心平面内，保证一体型泵闸起吊平稳启闭。

2)水泵停机与开机状态转换，水泵前后水流流态稳定。调节停机时水泵开度大小，同时保证水泵平稳开启。