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【摘要】應(yīng)用英國(guó)Wallingford公司的InfoWorks軟件中的ICM模塊,根據(jù)武漢市黃陂區(qū)前川地區(qū)新的排澇標(biāo)準(zhǔn)和要求,對(duì)什仔湖閘的規(guī)模進(jìn)行了論證,并就閘址的選擇、節(jié)制閘的選型以及節(jié)制閘結(jié)構(gòu)、建筑、電氣等配套工程做出了相應(yīng)的技術(shù)方案設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】ICM模塊;節(jié)制閘規(guī)模;節(jié)制閘選型
1工程概況
什仔湖位于黃陂區(qū)城關(guān)南端,灄水西岸,是什仔湖水系中的重要調(diào)蓄湖泊。什仔湖水系分布有什仔湖、李家大湖、小蔡湖等湖泊,承雨面積126km2,水位19.64m時(shí),湖泊面積5.8km2,相應(yīng)容積5.12×106m3。非汛期由水系內(nèi)的5座排澇涵閘自排入灄水,汛期雨水由1980年建成的四聯(lián)垸泵站(流量Q=37m3/s)和1993年擴(kuò)建的什仔湖泵站(流量Q=20m3/s)共同抽排出灄水河。什仔湖目前功能主要是灌溉、調(diào)蓄及養(yǎng)殖,什仔湖閘是什仔湖與灄水三閘及什仔湖泵站連通而建設(shè)的節(jié)制閘,其目的是為調(diào)節(jié)湖泊灌溉和養(yǎng)殖的水位,由于該閘建設(shè)年限較早,已破舊不堪,同時(shí)根據(jù)新的排澇標(biāo)準(zhǔn)和要求,什仔湖閘的過(guò)流能力已經(jīng)不能滿足規(guī)劃要求,因此,區(qū)政府決定根據(jù)最新編制的排水防澇規(guī)劃要求對(duì)什仔湖閘進(jìn)行改造、擴(kuò)建。
2節(jié)制閘方案設(shè)計(jì)
2.1節(jié)制閘功能
什仔湖節(jié)制閘是調(diào)節(jié)排澇與湖泊養(yǎng)殖、灌溉的重要水利設(shè)施。什仔湖與小蔡湖均是通過(guò)港渠與灄水三閘及什仔湖泵站連通,什仔湖與小蔡湖連通渠上均設(shè)有節(jié)制閘,主要功能是枯水季節(jié)灄水三閘開(kāi)啟,節(jié)制閘關(guān)閉,確保湖泊水位滿足養(yǎng)殖和灌溉的需求,豐水季節(jié)灄水三閘關(guān)閉,節(jié)制閘開(kāi)啟,滿足湖泊調(diào)蓄及排澇的要求。什仔湖規(guī)劃控制常水位18.63m,規(guī)劃控制最高水位19.63m。什仔湖節(jié)制閘的工程區(qū)位如圖1所示。
2.2節(jié)制閘使用狀況
什仔湖節(jié)制閘是20世紀(jì)80年代建設(shè),尺寸為2.1m×2.0m,節(jié)制閘建設(shè)時(shí)什仔湖泵站的裝機(jī)容量為2臺(tái)155kW的水泵,基本可以匹配,但目前什仔湖泵站已擴(kuò)建為8臺(tái)280kW的裝機(jī)容量后,大暴雨期間,什仔湖泵站抽排時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)泵站河與什子湖之間出現(xiàn)1~2m的水位差,下游泵站無(wú)水可抽,上游湖泊周邊澇水嚴(yán)重,同時(shí)節(jié)制閘結(jié)構(gòu)梁有斷裂的現(xiàn)象,設(shè)備閘也已陳舊,破亂不堪。
2.3節(jié)制閘閘址的選擇
新建節(jié)制閘閘址往什仔湖方向平移20m,主要原因:1)由于節(jié)制閘旁邊的道路出現(xiàn)多處彎道,周邊居民的出行存在安全隱患,該地方出現(xiàn)過(guò)多起事故,利用本次節(jié)制閘改造的機(jī)會(huì),將該道路進(jìn)行取直。2)本次節(jié)制閘工程施工過(guò)程中需要進(jìn)行圍堰施工,將閘址遷移,正好可以利用現(xiàn)有的道路作為圍堰進(jìn)行施工,既可以解決道路取直的問(wèn)題,又能減少一道圍堰施工程序,從施工的操作性及工程投資的角度都是可行的。
2.4節(jié)制閘規(guī)模論證
根據(jù)《黃陂區(qū)前川地區(qū)排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》,四聯(lián)垸泵站僅負(fù)責(zé)前川城區(qū)排水,匯水范圍為35.13km2,擴(kuò)建四聯(lián)垸泵站至97m3/s,什仔湖泵站負(fù)責(zé)前川城區(qū)南側(cè)的農(nóng)排區(qū)范圍的排水,同時(shí)將李家大湖、小蔡湖與什仔湖通過(guò)西河連通,什仔湖泵站匯水面積擴(kuò)大為88.49km2,擴(kuò)建什仔湖泵站至41.5m3/s。什仔湖系統(tǒng)共有李家大湖、小菜湖與什仔湖3個(gè)調(diào)蓄湖泊,主要湖泊特征值如下:什仔湖藍(lán)線面積240.35hm2、藍(lán)線控制長(zhǎng)度13.4km、最高水位19.63m、常水位19.13m;小蔡湖藍(lán)線面積93.58hm2、藍(lán)線控制長(zhǎng)度7.1km、最高水位19.63m、常水位19.13m;李家大藍(lán)線面積15.86hm2、藍(lán)線控制長(zhǎng)度2.38km、最高水位19.8m、常水位19.5m。
2.4.1核算標(biāo)準(zhǔn)及方法本案采用英國(guó)Wallingford公司的InfoWorks軟件中的ICM模塊【1】。以計(jì)算機(jī)非恒定流模型為模擬平臺(tái),建立城市雨水系統(tǒng)及河道聯(lián)合評(píng)價(jià)體系。以基礎(chǔ)信息平臺(tái)為基礎(chǔ),結(jié)合選定的不同降雨過(guò)程線對(duì)流域范圍內(nèi)雨水系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析【2,3】。模擬30a一遇的雨型可能會(huì)出現(xiàn)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn),分析相應(yīng)重現(xiàn)期下積水超過(guò)15cm和40cm深度的積水點(diǎn)和積水面積,對(duì)區(qū)域渠道規(guī)模進(jìn)行核算。
2.4.2核算過(guò)程及結(jié)果將什仔湖泵站擴(kuò)建至41.50m3/s,什仔湖水位會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)最高水位19.63m,但不會(huì)超過(guò)內(nèi)澇防災(zāi)水位21.10m,因此,李家大湖和什仔湖內(nèi)澇防治水位為21.10m(前川城區(qū)為21.50m)。模擬30a一遇24h(273mm)降雨西河(李家大湖出口段)流量過(guò)程線,8:10時(shí)西河(李家大湖出口段)開(kāi)始出流,17:10時(shí)瞬時(shí)最大流量達(dá)到109m3/s,流量持續(xù)穩(wěn)定在30m3/s。模擬30a一遇24h(273mm)什仔湖泵站河流量過(guò)程線,12:00左右時(shí)什仔湖泵站河開(kāi)始出流,在24:23流量達(dá)到149m3/s,流量持續(xù)穩(wěn)定在25m3/s。模擬30a一遇24h(273mm)什仔湖泵站河流量過(guò)程線,12:00左右時(shí)什仔湖泵站河開(kāi)始出流,在16:33時(shí)最大瞬時(shí)流量達(dá)到67m3/s,流量持續(xù)穩(wěn)定在41m3/s。結(jié)論:四聯(lián)垸泵站僅負(fù)責(zé)前川城區(qū)排水,匯水范圍為35.13km2,擴(kuò)建四聯(lián)垸泵站至97m3/s,什仔湖泵站負(fù)責(zé)前川城區(qū)南側(cè)的農(nóng)排區(qū)范圍的排水,同時(shí)將李家大湖、小蔡湖與什仔湖通過(guò)西河連通,什仔湖泵站匯水面積擴(kuò)大為88.49km2,什仔湖泵站擴(kuò)建至41.50m3/s。受什仔湖泵站流量影響,西河(李家大湖出口段)流量控制30m3/s,什仔湖節(jié)制閘流量控制25m3/s。
2.5節(jié)制閘選型
2.5.1閘門及啟閉機(jī)型式的比較與選用閘門要求單向止水,同時(shí)閘門應(yīng)有良好的耐久性和耐腐蝕性,在設(shè)計(jì)水位時(shí)能承受水頭差并能正常啟閉。目前閘門型式較多,有垂直啟閉平板門、橫拉門、下臥門等。啟閉機(jī)主要有螺桿啟閉機(jī)、轉(zhuǎn)揚(yáng)式啟閉機(jī)、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)等?,F(xiàn)將幾種閘門型式比較如下。1)平板鋼閘門優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閘門維修管理方便,工程費(fèi)用較低。缺點(diǎn):由于直升平板門完全開(kāi)啟時(shí),所需凈空要求較大,閘墩及人行橋較高,突出地面較多,與地形銜接不是很好。2)橫拉式鋼閘門優(yōu)點(diǎn):橫拉閘門在開(kāi)閘時(shí)可以將閘門整個(gè)隱藏在地下門庫(kù)內(nèi),閘門開(kāi)啟方便,整體景觀很好。缺點(diǎn):只能在靜水條件下啟閉,門庫(kù)和門槽的尺寸要求較大,特別是門底走輪和水下軌道易被泥沙雜物阻塞,維護(hù)不方便。3)下臥式鋼閘門優(yōu)點(diǎn):下臥門預(yù)埋件簡(jiǎn)單,安裝方便,門的剛性較好,可帶一定水頭動(dòng)態(tài)啟閉閘門,雙向止水。門打開(kāi)時(shí)景觀較好,閘墩厚度較窄,凈空高度要求較小,整個(gè)外觀效果較好。缺點(diǎn):閘門啟閉過(guò)程中容易被泥沙等雜物阻塞,對(duì)運(yùn)行維護(hù)管理要求較高,設(shè)備單價(jià)較高。針對(duì)工程投資、運(yùn)行維護(hù)管理等方面綜合考慮,本案推薦采用PGZ型拱形平面鑄鐵閘門,采用QL型手電兩用螺桿啟閉機(jī)。
2.5.2閘門規(guī)格確定本案擬采用平板閘門,閘門的流量公式為:式中,e為閘門開(kāi)啟高度,m;b為每孔凈寬,m;n為孔數(shù),個(gè);H0為閘門水頭(包括行近流速水頭),m;g為重力加速度,m/s2,ε為垂直收縮系數(shù)(見(jiàn)表1);μ為閘孔自由出流流量系數(shù);δs為淹沒(méi)系數(shù),自由出流時(shí)δs=1。
2.6節(jié)制閘主要技術(shù)參數(shù)
單孔閘門尺寸:B(寬)×H(高)=3.0m×3.0m;閘門型式:PGZ型拱形平面鑄鐵閘門;閘門吊點(diǎn):?jiǎn)蔚觞c(diǎn);啟閉機(jī)型式:QL-200型手電兩用螺桿啟閉機(jī);啟閉速度:0.084m/min;啟閉機(jī)功率:3kW;止水形式:雙向止水。
3結(jié)語(yǔ)
什仔湖節(jié)制閘是控制什仔湖與灄水三閘及什仔湖泵站的重要水利設(shè)施,管理部門應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行維護(hù)管理,并與水務(wù)行業(yè)主管部門對(duì)什仔湖水系排澇進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度。
【參考文獻(xiàn)】
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【3】高婷,張發(fā).基于InfoworksICM模型的排水系統(tǒng)能力分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,40(3):15-18.
作者:於斯 鞠天琛 李曉軍 梁傳浩 單位:中建三局工程設(shè)計(jì)有限公司