河口闸泵枢纽工程选址及选型的探讨

张嘉诚 广州市水务规划勘测设计研究院有限公司

1.工程简介

目前石井河涌口无闸泵，潮水倒灌、顶托，台风引起的高潮位持续时间长，导致大片陆地出现水浸，为保障石井河流域防洪安全，提高石井河流域防洪排涝能力，拟在石井河出口新建水闸、排涝泵站及配套船闸。

石井河拦河枢纽工程主要任务是以防洪排涝为主，兼顾水环境、水景观。水闸设计流量为285m3/s；泵站的设计流量为130m3/s。石井河航道等级为Ⅶ级[1]。

2.工程选址及建筑物选型分析

2.1 工程选址分析

2.1.1 工程布置原则

（1）尽量少征地、少拆迁并与地区规划相协调；

（2）综合考虑地形、地质、对外交通、施工管理等因素，进行经济技术比较；

（3）水闸、泵站、船闸应综合统筹考虑进行布置，充分考虑与现有道路的衔接，优化区域内交通体系，尽量减小施工开挖对周边建筑的影响；

（4）水闸出水口应避免建在岸崩或淤积严重的河段；

（5）泵站站址宜选在河段相对顺直、水流流态平顺及岸坡稳定的河段；不宜选在冲刷和淤积变化大、河道断面变化频繁的河段；

（6）泵站站址选择应能及时抽排河涌涝水并尽可能兼顾景观效果，应尽量缩短出水管道长度，减小水头损失；

（7）方便工程建成后的运行、管理。

2.1.2 闸站选址分析

根据水闸设计规范（SL265-2016）第3.0.6条“挡潮闸闸址宜选择在岸线和岸坡稳定的潮汐河口附近，且闸址泓滩变化较小，上游河道有足够蓄水容积的地点”，在河口附近选了三个闸址进行比选，布置如图1所示。

图1 闸站选址方案示意图

方案一：在石井河河口处。

方案二（推荐选址）：在石井河河口上游500m处。

方案三：在同康路桥上游，离石井河河口约1km处。

（1）岸线及河道宽度方面。

方案一、二河道比较顺直，水流流态平稳，方案三闸址下游为弯道，水流流态复杂，且下游200m为同康路桥，对该桥的安全稳定造成影响。方案一现状河宽75m，方案二65m，方案三55m，水闸、船闸及泵站总宽为112m，闸址越往上游，河道现状宽度越窄，需征地范围越大。

（2）调蓄水量方面。

闸址越往上游，河涌的闸后蓄水面积及调蓄水量越小，由于水闸下游与外江相连，下游需要按200年不漫顶的标准进行加高堤岸的河道长度就越长。

（3）施工条件方面。

方案一右岸为富力桃园，左岸为民房及厂区，方案三的左岸为居民楼、右岸为厂区，两方案施工时会有噪音扰民、等问题；方案二两岸均为厂区，影响较方案一及方案二小。

（4）征地拆迁方面。

方案一涉及左岸厂房及居民房的拆迁，该处居民房多为5～6层，且涉及厂房为同德西城鞋业基地新建的商业楼，征拆难度较大；方案二及方案三涉及两岸厂房的拆迁，虽然不涉及居民房的拆迁，但由于该两方案现状河道窄，需要征拆的面积比方案一大。

综上，从岸线及河道宽度方面、调蓄水量方面、施工条件方面、征地拆迁方面几个方面进行综合分析，方案三处于河道弯道上，且河道宽度最窄，水力条件最差，先排除方案三。经过现场勘查及与当地街道办沟通，方案一的征拆难度比方案二要大，故确定方案二为闸址方案。

2.2 工程总体布置

工程选址位于石井河河口上游约500m处，工程为水闸、泵站、船闸相结合，因此工程总布置应统筹考虑。水闸的功能为防洪、挡潮、排涝、蓄水及换水，泵站的功能为汛期遭遇外江高潮位时的强排，兼顾水景观换水的功能。水闸、泵站和船闸并排布置，其布置紧凑，工程征地、拆迁费用少。

根据工程规模计算，石井河20年一遇设计流量285m3/s，50年一遇校核流量为344m3/s；外江200年一遇设计防洪（潮）水位为2.95m，校核水位为3.07m（历史最高洪潮水位），水闸设三孔，每孔净宽为12m，总净宽为36m，闸门采用液压上翻式弧形闸门。

泵站设计排涝流量为130m3/s。泵房型式为湿式，一共6台机组，单泵配套功率为1400kW。

船闸船闸级别为Ⅶ级，船闸闸室长度为88m，闸室净宽为8m，船闸主体建筑物均采用整体结构型式。

根据《水闸设计规范》（SL265-2016）4.1.6条规定，“水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置，但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一侧”，故泵站与船闸应分开布置，分别布置于左右岸，水闸布置在河道中间。综合考虑征拆问题、建成以后管理便利等因素，泵站布置在水闸左岸侧，船闸布置在水闸右岸侧。

2.3 建筑物选型分析

2.3.1 水闸选型

（1）闸孔数的确定。

根据水文资料及水力计算结果，石井河水闸总净宽为36m。

根据《水闸设计规范》SL265-2016第4.2.9条，“闸孔孔数少于8孔时，宜采用单数孔”。采用两个方案进行比选。

方案一：水闸设3孔，每孔净宽为12m，孔口尺寸为12×5.9m（宽×高）。中墩厚度为2.6m，共2个，边墩厚度为1.8m，共2个，水闸总宽度为44.8m。

方案二：水闸设5孔，每孔净宽为7.2 m，孔口尺寸为7.2×5.9m（宽×高）。中墩厚度为2.2m，共4个，边墩厚度为1.8m，共2个，水闸总宽度为48.4m。

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-2013）附录A的表A.0.1-1露顶式闸门的孔口尺寸表，孔口高度为5.9m的闸门，合适的孔口宽度为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闸总宽度小3.6m，由于工程用地较紧张，为了尽量较少征地拆迁，故选择水闸总宽度较小的方案一，水闸布设3孔，每孔净宽为12m。

（2）闸型选择[2]。

由于工程位于广州市白云区白云新城范围内，其地理区位非常重要，对景观要求很高，因此本次设计主要根据景观效果选择三种闸门型式进行比选，所选闸型要充分考虑景观效果并要同时满足双向档水及排涝的要求。

1）水闸闸门型式各比选方案

方案一：单闸孔净宽均为13.5m，每个闸孔各设1扇上翻式弧形钢闸门，由液压启闭机操作。（推荐方案）

方案二：单闸孔净宽均为13.5m，每个闸孔各设1扇底轴驱动下卧式钢闸门，由液压启闭机操作。（比较方案一）

方案三：单闸孔净宽均为13.5m，每个闸孔各设1扇上翻式拱形钢闸门，由液压启闭机操作。（比较方案二）

2）闸型方案对比分析

水闸闸型三个方案比较如表1所示。

通过对表1中三个方案进行综合比选分析后可知：

表1 水闸闸型方案比选表

①三个方案总体布置相差不大，水闸均为正向进水，正向出水。水闸均布置在主河道，石井河船闸布置在水闸边，布置均较为紧凑；

②从管理运行角度分析，底轴驱动式启闭机容量大，设备单价较高；需设置地下廊道，运行管理较为复杂。拱形上翻式闸门结构复杂，启闭机容量大，对安装制造要求较高；弧形上翻式运行稳定可靠；闸墩较薄，结构较为简单，启闭机容量较小，运行管理较为方便；

③从景观效果分析，三个方案蓄水时均无水闸出露，视野通透，景观效果均较好；

④从投资角度分析，投资差异主要在金结设备上，枢纽工程直接费相差不大，从工程投资角度分析，上翻式弧形钢闸门较优；

经综合比选后认为上翻式弧形闸门总体布置紧凑，管理运行方便、景观效果较好、投资较省，其兼容性较强，因此做为推荐方案。

2.3.2 泵站选型

从泵站设计参数来看，泵站流量很大、扬程较低，泵型应选用轴流泵或贯流泵[3]。

（1）传统轴流泵和潜水轴流泵的比较。

针对本泵站，潜水轴流泵便于布置，水泵出水通过流道拍门直接排入出水池即可，而传统轴流泵通过长轴连接电动机和水泵，结构高度大，增加了不稳定因素，也导致出水难以布置，有时不得不采取虹吸出水流道，而虹吸出水流道增加附属设备、操作要求高。

（2）传统轴流泵和贯流泵的比较。

泵站如采用立式安装轴流泵，泵型高度加上流道高度过大，泵室地下高度可达到11m以上，工程造价高、施工难度大；贯流泵流道平顺，损失较小，出水口高度可设置较低，对泵室高度影响较小，可控制泵室地下高度到11m以下。

（3）立式潜水轴流泵和潜水贯流泵的比较。

①贯流泵一般用于具有合适的地形条件和较大流量且扬程较低的泵站，本泵站从石井河抽排涝水或水环境换水，泵站扬程低，适合采用贯流泵型；

②贯流泵型虽然机组安装的整体位置较低，安装、检修比起立式潜水泵型不够方便，但在工程有利的地形条件下、大口径水泵巨大的立式结构高度下，卧式安装潜水贯流泵进水流道底高程较立式井筒式安装潜水轴流泵进水流道底高程更高，工程采用贯流泵型比起采用立式安装泵型的开挖量要小，可以大大节省工程量；

③采用贯流泵型流道顺直，泵站效率相对较高。

（4）泵组型式选择结论。

在水泵选型中需考虑水泵运行的安全性、可靠性和水泵性能，同时兼顾工程造价经济性，泵站推荐选用潜水轴流泵型。结合上述论述、工程特点和运行管理维护要求综合考虑，本设计泵站推荐选用潜水贯流泵。

考虑到泵站选址的景观要求，设地上泵房会有高大的泵房结构耸立在河道上，影响河道景观，且为了减少结构复杂性、减少运行维护复杂性、减少占地、易于布置、降低造价，本泵站推荐水泵采用湿坑安装，水泵安装检修采用汽车起重机进行起吊。同时湿坑安装有利于降低水泵运行时产生的噪音，降低水泵开机运行对周边小区居民的噪音污染[4]。

综上所述，泵站推荐选用潜水贯流泵，湿坑安装。

3.结语

在石井河口兴建拦河枢纽闸站工程，既可以完善区域防洪（潮）体系，提升区域排涝能力，又使石井河河水单向流动，活水长流，改善石井河水生态环境，还可以形成景观水面，打造白云新城景观亮点，为人们提供优美良好栖居环境。

闸站选址应从岸线及河道宽度、调蓄水量、施工条件、征地拆迁等方面进行综合分析；闸站选型应从总体布置、管理运行、景观效果、适用条件及经济性等方面进行综合比选。