興凱湖總排干攔污工程設計

楊大勇，姜樹輝，成光民

(密山市水利勘測設計處，黑龍江密山158300)

1 工程概況

興凱湖總排干是興凱湖國家級自然保護區內重要的排水骨干工程。該工程于1994年竣工，主要由長520 m穿湖崗總排干及其上游長4.36 km總排干工程組成。興凱湖總排干工程及所屬3條排水溝建成后，該流域內的坡洪和農田排水改道匯入興凱湖，解放了大量湖濱澇區土地，新開墾農田約2 533 hm2。隨著興凱湖總排干北部農田開墾面積的逐步增加，流域內濕地和草原日益減少，上游區水土流失越來越嚴重。在汛期坡洪夾帶大量泥砂和秸桿等雜物進入興凱湖，造成興凱湖入湖口局部自然環境和水質均受到一定程度的污染。興凱湖總排干按10 a一遇洪水標準設計，其下游設計流量為67 m3/s，設計溝底寬30 m，設計水深1.82 m，安全超高1.0 m。

興凱湖國家級自然保護區管委會，對興凱湖總排干所造成的局部污染問題非常重視。因此，當地人民政府組織水利部門專家，深入實地進行勘察和調查研究。市水利部門于2010年完成了興凱湖總排干攔污工程初步設計和技術設計，該攔污工程主要建設內容為:①在總排干末端新建一座攔污閘;②在攔污閘上游1.2 km處，新建一道導流鎖壩，通過導流鎖壩把總排干水先引入溝東側濕地，在新建攔污閘上游50 m處，重新匯入總排干，最后排入興凱湖。該工程已于2010年10月末竣工，并移交給興凱湖自然保護區管委會管理。

2 工程建設的必要性和可行性

自1994年興凱湖總排干工程竣工后，興凱湖總排干已有16 a向興凱湖排泄大量泥砂、雜物和受污染的水體，導致入湖口堆積了大量泥砂和污物。污染物不僅嚴重影響入湖口興凱湖國家級自然保護區景觀，而且污染著入湖口區域的水質。

興凱湖不僅是國家級自然保護區，也是國際重要濕地和國家級旅游景區，是非常難得的自然景觀。本區屬興凱湖自然保護區的核心，也是密興旅游公路兩岸濕地向湖面的過渡帶。因此，通過必要的工程建設，有效治理興凱湖總排干污染是非常必要的。本次攔污工程設計經過市、縣水務局領導和專家組深入現場勘察，充分考慮了灌溉、排水、攔污、濕地補水等功能。因此，工程措施具有可操作性及針對性，興凱湖總排干攔污工程建設是必要的，也是可行的。

3 攔污工程措施

興凱湖總排干攔污工程主要由以下2項工程組成:①在總排干末端(K0+545 m處)新建一座4孔，寬6 m、高2.6 m攔污閘(含攔污柵、節制閘);②在攔污閘上游1.2 km處總排干上(樁號K1+745 m)新建一道長36 m倒流鎖壩(由均質土壩及干砌石護坡組成)，把總排干水導入溝東側濕地(2.1 km2)，在新建攔污閘上游50 m處，重新匯入總排干，最后排入興凱湖。

導流鎖壩和攔污閘的作用是把總排干帶來的泥砂、秸稈、雜物和帶農田有機物污染的水體經過濕地的沉淀、攔截、水生植物的生物膜分解等過程，達到基本根治入湖口面的污染問題和水體的農藥、化肥等有機物污染問題。同時，通過導流鎖壩和攔污閘(設節制閘)的調控作用，保證濕地在枯水期生態需水的要求。

4 區域自然概況

4.1 氣象及水文地質

本區屬寒溫帶大陸氣候，夏季受東南季風控制，雨量集中，暴雨多集中在7～8月份。冬季受西伯利亞大陸氣團控制，氣候干燥寒冷，少降水。本區多年平均降雨量550～600 mm，多年平均氣溫2.9℃，最高氣溫可達36℃，最低氣溫－34℃，無霜期 100～130 d。本區季節性凍土深 1.8～2.0 m。

本區地處興凱湖湖積平原區，地下水類型大體分為第四系砂礫石孔隙潛水和孔隙承壓水2種，孔隙水和承壓水之間存在著穩定的相對不透水層。上部孔隙潛水賦存于砂層中，地下水位較高(69～69.5 m)，局部接近地表。

4.2 地形地貌及工程地質

本區位于興凱湖平原區，地形平坦，地面高程70.30～79.5 m。主要地貌單元為南部的湖崗(沿東西向繞湖岸線帶狀分布)及北部的低漫灘區(寬2～3 km)，低漫灘區局部地域常年積水，形成濕地。地質結構自晚更新世以來，處于緩慢的以沉降為主的相對穩定階段，本區地震烈度＜VI°。

本區地表主要分布厚層第四系晚更新統、全新統湖相堆積物，地層最厚達170 m。在地表70 m以內第四系地層巖性以灰黃色、灰褐色細砂、中砂、粗砂、細礫和高、中液限黏土組成，細礫層呈稍密、中密狀態，黏質土層呈可塑、軟塑狀態。

5 攔污閘工程設計

5.1 設計標準

攔污閘工程根據《水閘設計規范》設計，設計洪水標準采用國家《防洪標準》，根據GB50201－94中的表3.0.1規定，攔污閘工程等級為IV等，防洪標準可采用10～20 a一遇洪水標準。由于攔污閘在發生洪水時開閘運行，因此，不影響總排干泄洪。考慮工程安全和經濟2個方面因素，本次設計洪水采用10 a一遇標準，同時按20 a一遇洪水標準校核。

5.2 設計依據

攔污閘工程設計，主要依據水利部《水閘設計規范》，并按照興凱湖自然保護區管委會管理條例及保護條例進行規劃。主要參考資料為《興凱湖總排干設計圖》、《興凱湖澇區灌溉、排澇規劃》、《興凱湖湖濱灌區地質勘察報告》。

5.3 攔污閘的規模確定及運行

攔污閘主要攔截總排干洪水夾帶的秸桿及雜物，其主要功能就是攔污及清除雜物。攔污閘的工程規模確定主要依據興凱湖總排干10 a一遇設計流量(Q設=67 m3/s)，在汛期能夠正常通過攔污閘。同時，在整個水稻生育期(5～8月份)，正常引入湖水，保證本區800 hm2水田灌溉，即正常引入Q加大=1.56 m3/s湖水，滿足灌溉要求。同時，攔污閘必須具備足夠的攔污能力，并有效清除總排干水流夾帶的雜物。經過計算確定攔污閘閘底板高程為68.90 m，與總排干設計溝底相同，滿足排水和水田灌溉引水要求。經水力計算，攔污閘為4孔，寬6 m、高2.6 m，為開敞式閘，其設計過流能力72 m3/s，大于總排干設計流量67 m3/s，滿足泄洪要求。

閘墩頂高程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，滿足防洪要求。根據本區水工建筑物防凍要求，閘基礎埋深2.0 m，攔污閘基礎采用漿砌石結構(厚1.2 m)，閘底板采用鋼筋混凝土結構(厚0.8 m)。閘墩厚度0.6 m，閘孔凈寬6 m。閘兩岸采用鋼筋混凝土U型擋土墻與渠道兩岸聯接。閘上、下游渠道邊坡采用混凝土板護砌，閘上、下游渠底采用干砌石進行防護。

攔污柵為工字鋼骨架，用直徑18 mm鋼筋(間距5 cm)豎向焊接在工字鋼骨架上。攔污柵傾斜角58°，攔污柵上部兩端用鉸支座固定于閘墩上，用液壓油缸啟閉(雙吊點)。攔污柵在關閉狀態下正常攔截雜物，在開啟狀態時水平橫臥于閘墩上，便于清理雜物。在閘墩上設寬1.3 m，總長34.03 m混凝土人行便橋，向兩岸運送雜物。

在6個閘墩上共設12根混凝土柱(雙柱支承)，柱高3.15 m，12根柱共同支承混凝土啟閉臺(總長28.23 m，寬2.7 m)。在啟閉臺上共設4組液壓油缸(共8臺)，用鉸支座固定液壓油缸，用于啟閉攔污柵。4組液壓油缸由1臺液壓站提供動力，液壓站用1臺15 kW柴油發電機組提供電力。一扇閘門開啟(雙吊點)時間＜5 min，4扇閘門全部開啟時間＜20 min。

5.4 節制閘結構及運行

在攔污閘閘室下游側設節制閘，節制閘由4扇(寬6 m×高1.6 m)鋼結構平板閘門組成，用4組(共8臺)液壓油缸啟閉。節制閘在關閉狀態下有效攔截排干來水，提高閘前水位，調節濕地生態需水量及水位。同時，在攔污柵開啟(撈雜物)時，節制閘處于關閉狀態，防止雜物流入興凱湖。

根據實測資料，興凱湖多年平均水位68.85 m，攔污閘設計閘底板高程68.90 m，湖西公路西側(閘東側)濕地高程69.80～70.5 m。為保證濕地枯水期生態需水量及水位，本次設計濕地保證水位采用70.5 m。設計閘門高度計算如下:70.5－68.9=1.6 m，最后確定閘門高度1.6 m，閘門凈寬6 m(設計閘墩凈寬6 m)，共設4扇平板鋼閘門。節制閘的主要功能是調節濕地水位，在攔污柵開啟(撈雜物)時，節制閘處于關閉狀態，防止雜物流入興凱湖。

節制閘在汛期(7～8月份)4扇閘門處于開啟狀態(不擋水狀態)，在5～6月份和9～10月份，當濕地無坡洪補給，處于非淹沒狀態時，關閉節制閘，抬高閘前水位至70.5 m，保證濕地生態需水量和水位。按照設計節制閘的最大閘門開啟高度2.0 m，既從70.5 m，抬高到72.5 m。每年5～8月份當閘西北的800 hm2水田需要引湖水灌溉時開閘引水，在汛期節制閘處于泄洪(開閘)狀態。

6 設計體會

本工程設計通過深入現場實際勘察，收集總排干末端興凱湖湖積平原及濕地的地形、地勢、湖水位等資料，分析興凱湖總排干上游區水土流失，導致興凱湖入湖口造成局部污染的原因。經多方案比較充分考慮了攔污、泄洪、灌溉、濕地生態蓄水等問題，為今后興凱湖湖濱區污染綜合治理提供新的思路和工程措施。

［1］王楓林.上橋抽水站攔污閘設計［J］.山西建筑，2009，35(27):367－368.