張嘉誠(chéng) 廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.工程簡(jiǎn)介

目前石井河涌口無(wú)閘泵，潮水倒灌、頂托，臺(tái)風(fēng)引起的高潮位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致大片陸地出現(xiàn)水浸，為保障石井河流域防洪安全，提高石井河流域防洪排澇能力，擬在石井河出口新建水閘、排澇泵站及配套船閘。

石井河攔河樞紐工程主要任務(wù)是以防洪排澇為主，兼顧水環(huán)境、水景觀。水閘設(shè)計(jì)流量為285m3/s；泵站的設(shè)計(jì)流量為130m3/s。石井河航道等級(jí)為Ⅶ級(jí)[1]。

2.工程選址及建筑物選型分析

2.1 工程選址分析

2.1.1 工程布置原則

（1）盡量少征地、少拆遷并與地區(qū)規(guī)劃相協(xié)調(diào)；

（2）綜合考慮地形、地質(zhì)、對(duì)外交通、施工管理等因素，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較；

（3）水閘、泵站、船閘應(yīng)綜合統(tǒng)籌考慮進(jìn)行布置，充分考慮與現(xiàn)有道路的銜接，優(yōu)化區(qū)域內(nèi)交通體系，盡量減小施工開挖對(duì)周邊建筑的影響；

（4）水閘出水口應(yīng)避免建在岸崩或淤積嚴(yán)重的河段；

（5）泵站站址宜選在河段相對(duì)順直、水流流態(tài)平順及岸坡穩(wěn)定的河段；不宜選在沖刷和淤積變化大、河道斷面變化頻繁的河段；

（6）泵站站址選擇應(yīng)能及時(shí)抽排河涌澇水并盡可能兼顧景觀效果，應(yīng)盡量縮短出水管道長(zhǎng)度，減小水頭損失；

（7）方便工程建成后的運(yùn)行、管理。

2.1.2 閘站選址分析

根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（SL265-2016）第3.0.6條“擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近，且閘址泓灘變化較小，上游河道有足夠蓄水容積的地點(diǎn)”，在河口附近選了三個(gè)閘址進(jìn)行比選，布置如圖1所示。

圖1 閘站選址方案示意圖

方案一：在石井河河口處。

方案二（推薦選址）：在石井河河口上游500m處。

方案三：在同康路橋上游，離石井河河口約1km處。

（1）岸線及河道寬度方面。

方案一、二河道比較順直，水流流態(tài)平穩(wěn)，方案三閘址下游為彎道，水流流態(tài)復(fù)雜，且下游200m為同康路橋，對(duì)該橋的安全穩(wěn)定造成影響。方案一現(xiàn)狀河寬75m，方案二65m，方案三55m，水閘、船閘及泵站總寬為112m，閘址越往上游，河道現(xiàn)狀寬度越窄，需征地范圍越大。

（2）調(diào)蓄水量方面。

閘址越往上游，河涌的閘后蓄水面積及調(diào)蓄水量越小，由于水閘下游與外江相連，下游需要按200年不漫頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加高堤岸的河道長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。

（3）施工條件方面。

方案一右岸為富力桃園，左岸為民房及廠區(qū)，方案三的左岸為居民樓、右岸為廠區(qū)，兩方案施工時(shí)會(huì)有噪音擾民、等問題；方案二兩岸均為廠區(qū)，影響較方案一及方案二小。

（4）征地拆遷方面。

方案一涉及左岸廠房及居民房的拆遷，該處居民房多為5～6層，且涉及廠房為同德西城鞋業(yè)基地新建的商業(yè)樓，征拆難度較大；方案二及方案三涉及兩岸廠房的拆遷，雖然不涉及居民房的拆遷，但由于該兩方案現(xiàn)狀河道窄，需要征拆的面積比方案一大。

綜上，從岸線及河道寬度方面、調(diào)蓄水量方面、施工條件方面、征地拆遷方面幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，方案三處于河道彎道上，且河道寬度最窄，水力條件最差，先排除方案三。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查及與當(dāng)?shù)亟值擂k溝通，方案一的征拆難度比方案二要大，故確定方案二為閘址方案。

2.2 工程總體布置

工程選址位于石井河河口上游約500m處，工程為水閘、泵站、船閘相結(jié)合，因此工程總布置應(yīng)統(tǒng)籌考慮。水閘的功能為防洪、擋潮、排澇、蓄水及換水，泵站的功能為汛期遭遇外江高潮位時(shí)的強(qiáng)排，兼顧水景觀換水的功能。水閘、泵站和船閘并排布置，其布置緊湊，工程征地、拆遷費(fèi)用少。

根據(jù)工程規(guī)模計(jì)算，石井河20年一遇設(shè)計(jì)流量285m3/s，50年一遇校核流量為344m3/s；外江200年一遇設(shè)計(jì)防洪（潮）水位為2.95m，校核水位為3.07m（歷史最高洪潮水位），水閘設(shè)三孔，每孔凈寬為12m，總凈寬為36m，閘門采用液壓上翻式弧形閘門。

泵站設(shè)計(jì)排澇流量為130m3/s。泵房型式為濕式，一共6臺(tái)機(jī)組，單泵配套功率為1400kW。

船閘船閘級(jí)別為Ⅶ級(jí)，船閘閘室長(zhǎng)度為88m，閘室凈寬為8m，船閘主體建筑物均采用整體結(jié)構(gòu)型式。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）4.1.6條規(guī)定，“水閘樞紐中的船閘、泵站或水電站宜靠岸布置，但船閘不宜與泵站或水電站布置在同一側(cè)”，故泵站與船閘應(yīng)分開布置，分別布置于左右岸，水閘布置在河道中間。綜合考慮征拆問題、建成以后管理便利等因素，泵站布置在水閘左岸側(cè)，船閘布置在水閘右岸側(cè)。

2.3 建筑物選型分析

2.3.1 水閘選型

（1）閘孔數(shù)的確定。

根據(jù)水文資料及水力計(jì)算結(jié)果，石井河水閘總凈寬為36m。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2016第4.2.9條，“閘孔孔數(shù)少于8孔時(shí)，宜采用單數(shù)孔”。采用兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一：水閘設(shè)3孔，每孔凈寬為12m，孔口尺寸為12×5.9m（寬×高）。中墩厚度為2.6m，共2個(gè)，邊墩厚度為1.8m，共2個(gè)，水閘總寬度為44.8m。

方案二：水閘設(shè)5孔，每孔凈寬為7.2 m，孔口尺寸為7.2×5.9m（寬×高）。中墩厚度為2.2m，共4個(gè)，邊墩厚度為1.8m，共2個(gè)，水閘總寬度為48.4m。

根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-2013）附錄A的表A.0.1-1露頂式閘門的孔口尺寸表，孔口高度為5.9m的閘門，合適的孔口寬度為6～16m，方案一及方案二的孔口尺寸均符合要求。

方案一比方案二的水閘總寬度小3.6m，由于工程用地較緊張，為了盡量較少征地拆遷，故選擇水閘總寬度較小的方案一，水閘布設(shè)3孔，每孔凈寬為12m。

（2）閘型選擇[2]。

由于工程位于廣州市白云區(qū)白云新城范圍內(nèi)，其地理區(qū)位非常重要，對(duì)景觀要求很高，因此本次設(shè)計(jì)主要根據(jù)景觀效果選擇三種閘門型式進(jìn)行比選，所選閘型要充分考慮景觀效果并要同時(shí)滿足雙向檔水及排澇的要求。

1）水閘閘門型式各比選方案

方案一：?jiǎn)伍l孔凈寬均為13.5m，每個(gè)閘孔各設(shè)1扇上翻式弧形鋼閘門，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。（推薦方案）

方案二：?jiǎn)伍l孔凈寬均為13.5m，每個(gè)閘孔各設(shè)1扇底軸驅(qū)動(dòng)下臥式鋼閘門，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。（比較方案一）

方案三：?jiǎn)伍l孔凈寬均為13.5m，每個(gè)閘孔各設(shè)1扇上翻式拱形鋼閘門，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。（比較方案二）

2）閘型方案對(duì)比分析

水閘閘型三個(gè)方案比較如表1所示。

通過對(duì)表1中三個(gè)方案進(jìn)行綜合比選分析后可知：

表1 水閘閘型方案比選表

①三個(gè)方案總體布置相差不大，水閘均為正向進(jìn)水，正向出水。水閘均布置在主河道，石井河船閘布置在水閘邊，布置均較為緊湊；

②從管理運(yùn)行角度分析，底軸驅(qū)動(dòng)式啟閉機(jī)容量大，設(shè)備單價(jià)較高；需設(shè)置地下廊道，運(yùn)行管理較為復(fù)雜。拱形上翻式閘門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，啟閉機(jī)容量大，對(duì)安裝制造要求較高；弧形上翻式運(yùn)行穩(wěn)定可靠；閘墩較薄，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，啟閉機(jī)容量較小，運(yùn)行管理較為方便；

③從景觀效果分析，三個(gè)方案蓄水時(shí)均無(wú)水閘出露，視野通透，景觀效果均較好；

④從投資角度分析，投資差異主要在金結(jié)設(shè)備上，樞紐工程直接費(fèi)相差不大，從工程投資角度分析，上翻式弧形鋼閘門較優(yōu)；

經(jīng)綜合比選后認(rèn)為上翻式弧形閘門總體布置緊湊，管理運(yùn)行方便、景觀效果較好、投資較省，其兼容性較強(qiáng)，因此做為推薦方案。

2.3.2 泵站選型

從泵站設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)看，泵站流量很大、揚(yáng)程較低，泵型應(yīng)選用軸流泵或貫流泵[3]。

（1）傳統(tǒng)軸流泵和潛水軸流泵的比較。

針對(duì)本泵站，潛水軸流泵便于布置，水泵出水通過流道拍門直接排入出水池即可，而傳統(tǒng)軸流泵通過長(zhǎng)軸連接電動(dòng)機(jī)和水泵，結(jié)構(gòu)高度大，增加了不穩(wěn)定因素，也導(dǎo)致出水難以布置，有時(shí)不得不采取虹吸出水流道，而虹吸出水流道增加附屬設(shè)備、操作要求高。

（2）傳統(tǒng)軸流泵和貫流泵的比較。

泵站如采用立式安裝軸流泵，泵型高度加上流道高度過大，泵室地下高度可達(dá)到11m以上，工程造價(jià)高、施工難度大；貫流泵流道平順，損失較小，出水口高度可設(shè)置較低，對(duì)泵室高度影響較小，可控制泵室地下高度到11m以下。

（3）立式潛水軸流泵和潛水貫流泵的比較。

①貫流泵一般用于具有合適的地形條件和較大流量且揚(yáng)程較低的泵站，本泵站從石井河抽排澇水或水環(huán)境換水，泵站揚(yáng)程低，適合采用貫流泵型；

②貫流泵型雖然機(jī)組安裝的整體位置較低，安裝、檢修比起立式潛水泵型不夠方便，但在工程有利的地形條件下、大口徑水泵巨大的立式結(jié)構(gòu)高度下，臥式安裝潛水貫流泵進(jìn)水流道底高程較立式井筒式安裝潛水軸流泵進(jìn)水流道底高程更高，工程采用貫流泵型比起采用立式安裝泵型的開挖量要小，可以大大節(jié)省工程量；

③采用貫流泵型流道順直，泵站效率相對(duì)較高。

（4）泵組型式選擇結(jié)論。

在水泵選型中需考慮水泵運(yùn)行的安全性、可靠性和水泵性能，同時(shí)兼顧工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)性，泵站推薦選用潛水軸流泵型。結(jié)合上述論述、工程特點(diǎn)和運(yùn)行管理維護(hù)要求綜合考慮，本設(shè)計(jì)泵站推薦選用潛水貫流泵。

考慮到泵站選址的景觀要求，設(shè)地上泵房會(huì)有高大的泵房結(jié)構(gòu)聳立在河道上，影響河道景觀，且為了減少結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、減少運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜性、減少占地、易于布置、降低造價(jià)，本泵站推薦水泵采用濕坑安裝，水泵安裝檢修采用汽車起重機(jī)進(jìn)行起吊。同時(shí)濕坑安裝有利于降低水泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音，降低水泵開機(jī)運(yùn)行對(duì)周邊小區(qū)居民的噪音污染[4]。

綜上所述，泵站推薦選用潛水貫流泵，濕坑安裝。

3.結(jié)語(yǔ)

在石井河口興建攔河樞紐閘站工程，既可以完善區(qū)域防洪（潮）體系，提升區(qū)域排澇能力，又使石井河河水單向流動(dòng)，活水長(zhǎng)流，改善石井河水生態(tài)環(huán)境，還可以形成景觀水面，打造白云新城景觀亮點(diǎn)，為人們提供優(yōu)美良好棲居環(huán)境。

閘站選址應(yīng)從岸線及河道寬度、調(diào)蓄水量、施工條件、征地拆遷等方面進(jìn)行綜合分析；閘站選型應(yīng)從總體布置、管理運(yùn)行、景觀效果、適用條件及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合比選。