兴凯湖总排干拦污工程设计

杨大勇，姜树辉，成光民

(密山市水利勘测设计处，黑龙江密山158300)

1 工程概况

兴凯湖总排干是兴凯湖国家级自然保护区内重要的排水骨干工程。该工程于1994年竣工，主要由长520 m穿湖岗总排干及其上游长4.36 km总排干工程组成。兴凯湖总排干工程及所属3条排水沟建成后，该流域内的坡洪和农田排水改道汇入兴凯湖，解放了大量湖滨涝区土地，新开垦农田约2 533 hm2。随着兴凯湖总排干北部农田开垦面积的逐步增加，流域内湿地和草原日益减少，上游区水土流失越来越严重。在汛期坡洪夹带大量泥砂和秸杆等杂物进入兴凯湖，造成兴凯湖入湖口局部自然环境和水质均受到一定程度的污染。兴凯湖总排干按10 a一遇洪水标准设计，其下游设计流量为67 m3/s，设计沟底宽30 m，设计水深1.82 m，安全超高1.0 m。

兴凯湖国家级自然保护区管委会，对兴凯湖总排干所造成的局部污染问题非常重视。因此，当地人民政府组织水利部门专家，深入实地进行勘察和调查研究。市水利部门于2010年完成了兴凯湖总排干拦污工程初步设计和技术设计，该拦污工程主要建设内容为:①在总排干末端新建一座拦污闸;②在拦污闸上游1.2 km处，新建一道导流锁坝，通过导流锁坝把总排干水先引入沟东侧湿地，在新建拦污闸上游50 m处，重新汇入总排干，最后排入兴凯湖。该工程已于2010年10月末竣工，并移交给兴凯湖自然保护区管委会管理。

2 工程建设的必要性和可行性

自1994年兴凯湖总排干工程竣工后，兴凯湖总排干已有16 a向兴凯湖排泄大量泥砂、杂物和受污染的水体，导致入湖口堆积了大量泥砂和污物。污染物不仅严重影响入湖口兴凯湖国家级自然保护区景观，而且污染着入湖口区域的水质。

兴凯湖不仅是国家级自然保护区，也是国际重要湿地和国家级旅游景区，是非常难得的自然景观。本区属兴凯湖自然保护区的核心，也是密兴旅游公路两岸湿地向湖面的过渡带。因此，通过必要的工程建设，有效治理兴凯湖总排干污染是非常必要的。本次拦污工程设计经过市、县水务局领导和专家组深入现场勘察，充分考虑了灌溉、排水、拦污、湿地补水等功能。因此，工程措施具有可操作性及针对性，兴凯湖总排干拦污工程建设是必要的，也是可行的。

3 拦污工程措施

兴凯湖总排干拦污工程主要由以下2项工程组成:①在总排干末端(K0+545 m处)新建一座4孔，宽6 m、高2.6 m拦污闸(含拦污栅、节制闸);②在拦污闸上游1.2 km处总排干上(桩号K1+745 m)新建一道长36 m倒流锁坝(由均质土坝及干砌石护坡组成)，把总排干水导入沟东侧湿地(2.1 km2)，在新建拦污闸上游50 m处，重新汇入总排干，最后排入兴凯湖。

导流锁坝和拦污闸的作用是把总排干带来的泥砂、秸秆、杂物和带农田有机物污染的水体经过湿地的沉淀、拦截、水生植物的生物膜分解等过程，达到基本根治入湖口面的污染问题和水体的农药、化肥等有机物污染问题。同时，通过导流锁坝和拦污闸(设节制闸)的调控作用，保证湿地在枯水期生态需水的要求。

4 区域自然概况

4.1 气象及水文地质

本区属寒温带大陆气候，夏季受东南季风控制，雨量集中，暴雨多集中在7～8月份。冬季受西伯利亚大陆气团控制，气候干燥寒冷，少降水。本区多年平均降雨量550～600 mm，多年平均气温2.9℃，最高气温可达36℃，最低气温－34℃，无霜期 100～130 d。本区季节性冻土深 1.8～2.0 m。

本区地处兴凯湖湖积平原区，地下水类型大体分为第四系砂砾石孔隙潜水和孔隙承压水2种，孔隙水和承压水之间存在着稳定的相对不透水层。上部孔隙潜水赋存于砂层中，地下水位较高(69～69.5 m)，局部接近地表。

4.2 地形地貌及工程地质

本区位于兴凯湖平原区，地形平坦，地面高程70.30～79.5 m。主要地貌单元为南部的湖岗(沿东西向绕湖岸线带状分布)及北部的低漫滩区(宽2～3 km)，低漫滩区局部地域常年积水，形成湿地。地质结构自晚更新世以来，处于缓慢的以沉降为主的相对稳定阶段，本区地震烈度＜VI°。

本区地表主要分布厚层第四系晚更新统、全新统湖相堆积物，地层最厚达170 m。在地表70 m以内第四系地层岩性以灰黄色、灰褐色细砂、中砂、粗砂、细砾和高、中液限黏土组成，细砾层呈稍密、中密状态，黏质土层呈可塑、软塑状态。

5 拦污闸工程设计

5.1 设计标准

拦污闸工程根据《水闸设计规范》设计，设计洪水标准采用国家《防洪标准》，根据GB50201－94中的表3.0.1规定，拦污闸工程等级为IV等，防洪标准可采用10～20 a一遇洪水标准。由于拦污闸在发生洪水时开闸运行，因此，不影响总排干泄洪。考虑工程安全和经济2个方面因素，本次设计洪水采用10 a一遇标准，同时按20 a一遇洪水标准校核。

5.2 设计依据

拦污闸工程设计，主要依据水利部《水闸设计规范》，并按照兴凯湖自然保护区管委会管理条例及保护条例进行规划。主要参考资料为《兴凯湖总排干设计图》、《兴凯湖涝区灌溉、排涝规划》、《兴凯湖湖滨灌区地质勘察报告》。

5.3 拦污闸的规模确定及运行

拦污闸主要拦截总排干洪水夹带的秸杆及杂物，其主要功能就是拦污及清除杂物。拦污闸的工程规模确定主要依据兴凯湖总排干10 a一遇设计流量(Q设=67 m3/s)，在汛期能够正常通过拦污闸。同时，在整个水稻生育期(5～8月份)，正常引入湖水，保证本区800 hm2水田灌溉，即正常引入Q加大=1.56 m3/s湖水，满足灌溉要求。同时，拦污闸必须具备足够的拦污能力，并有效清除总排干水流夹带的杂物。经过计算确定拦污闸闸底板高程为68.90 m，与总排干设计沟底相同，满足排水和水田灌溉引水要求。经水力计算，拦污闸为4孔，宽6 m、高2.6 m，为开敞式闸，其设计过流能力72 m3/s，大于总排干设计流量67 m3/s，满足泄洪要求。

闸墩顶高程71.76 m，高于排干10 a一遇71.00 m洪水位的0.76 m，高于排干20 a一遇71.21 m洪水位的0.55 m，满足防洪要求。根据本区水工建筑物防冻要求，闸基础埋深2.0 m，拦污闸基础采用浆砌石结构(厚1.2 m)，闸底板采用钢筋混凝土结构(厚0.8 m)。闸墩厚度0.6 m，闸孔净宽6 m。闸两岸采用钢筋混凝土U型挡土墙与渠道两岸联接。闸上、下游渠道边坡采用混凝土板护砌，闸上、下游渠底采用干砌石进行防护。

拦污栅为工字钢骨架，用直径18 mm钢筋(间距5 cm)竖向焊接在工字钢骨架上。拦污栅倾斜角58°，拦污栅上部两端用铰支座固定于闸墩上，用液压油缸启闭(双吊点)。拦污栅在关闭状态下正常拦截杂物，在开启状态时水平横卧于闸墩上，便于清理杂物。在闸墩上设宽1.3 m，总长34.03 m混凝土人行便桥，向两岸运送杂物。

在6个闸墩上共设12根混凝土柱(双柱支承)，柱高3.15 m，12根柱共同支承混凝土启闭台(总长28.23 m，宽2.7 m)。在启闭台上共设4组液压油缸(共8台)，用铰支座固定液压油缸，用于启闭拦污栅。4组液压油缸由1台液压站提供动力，液压站用1台15 kW柴油发电机组提供电力。一扇闸门开启(双吊点)时间＜5 min，4扇闸门全部开启时间＜20 min。

5.4 节制闸结构及运行

在拦污闸闸室下游侧设节制闸，节制闸由4扇(宽6 m×高1.6 m)钢结构平板闸门组成，用4组(共8台)液压油缸启闭。节制闸在关闭状态下有效拦截排干来水，提高闸前水位，调节湿地生态需水量及水位。同时，在拦污栅开启(捞杂物)时，节制闸处于关闭状态，防止杂物流入兴凯湖。

根据实测资料，兴凯湖多年平均水位68.85 m，拦污闸设计闸底板高程68.90 m，湖西公路西侧(闸东侧)湿地高程69.80～70.5 m。为保证湿地枯水期生态需水量及水位，本次设计湿地保证水位采用70.5 m。设计闸门高度计算如下:70.5－68.9=1.6 m，最后确定闸门高度1.6 m，闸门净宽6 m(设计闸墩净宽6 m)，共设4扇平板钢闸门。节制闸的主要功能是调节湿地水位，在拦污栅开启(捞杂物)时，节制闸处于关闭状态，防止杂物流入兴凯湖。

节制闸在汛期(7～8月份)4扇闸门处于开启状态(不挡水状态)，在5～6月份和9～10月份，当湿地无坡洪补给，处于非淹没状态时，关闭节制闸，抬高闸前水位至70.5 m，保证湿地生态需水量和水位。按照设计节制闸的最大闸门开启高度2.0 m，既从70.5 m，抬高到72.5 m。每年5～8月份当闸西北的800 hm2水田需要引湖水灌溉时开闸引水，在汛期节制闸处于泄洪(开闸)状态。

6 设计体会

本工程设计通过深入现场实际勘察，收集总排干末端兴凯湖湖积平原及湿地的地形、地势、湖水位等资料，分析兴凯湖总排干上游区水土流失，导致兴凯湖入湖口造成局部污染的原因。经多方案比较充分考虑了拦污、泄洪、灌溉、湿地生态蓄水等问题，为今后兴凯湖湖滨区污染综合治理提供新的思路和工程措施。

［1］王枫林.上桥抽水站拦污闸设计［J］.山西建筑，2009，35(27):367－368.