淺談樹亭湖擋水工程設計

楊 杰 王 剛

1.婁底市水利水電勘測設計院，湖南婁底 417000；2.婁底市防洪工程建設管理處，湖南婁底 417000

1 工程概況

樹亭湖擋水工程是《漣源市城西生態文明示范區河湖水系連通項目》中樹亭湖工程的一項配套工程。壩址所在河流為漣水河支流新漣河，壩址位于漣源市六畝塘鎮樹亭村，壩址以上流域面積為158km2。壩軸線距離下游新建婁底大道跨新漣河公路橋120m，距上游對山壩670m，距下游環北壩800m，樹亭湖壩下游1.0km處為漣源市第一水廠取水泵房（已停用）。

新漣河枯水季節流量有限，自凈能力不強，上游工礦企業較多導致水體污染嚴重，水質難以滿足供水的要求，不利于運行和管理。新漣河長期沒有進行過治理，低擋水攔河壩過多，阻礙行洪，造成河道淤積嚴重、壅水過低、蓄水不足，枯水期河床景觀效果非常差。

樹亭湖擋水工程的修建及樹亭湖的開發，將扭轉水生態環境惡化的現狀，改善水生態環境和人文景觀條件，提高飲水用水安全程度，提高防洪保安能力。改善市民居住、休閑、健身的人居環境，提升城市品味，促進當地經濟社會發展。

2 正常蓄水位的確定

樹亭湖壩壩址下游800m處有環北壩，壩址下游1.77km處建有酒廠壩，上游670m處建有對山壩，壩址上游2.93km處建有煤機廠壩，四座攔河壩均為漿砌石固定壩。環北壩壩頂高程146.38m，壩上游常水位144.38m；光明山壩壩頂高程144.21m，壩上游常水位為142.80m。對山壩壩頂高程148.80m，壩上游水位148.60m。煤機廠壩壩頂高程152.53m。

根據2016年編制的《湖南省漣源市城西生態文明示范區河湖水系連通項目初步設計報告》中的設計方案，樹亭湖壩下游酒廠壩進行改造，拆除現有攔河壩，在原址新建閘壩，正常蓄水位提高至146.80m，拆除環北壩。

正常蓄水位的確定應減少人工湖的土方開挖量，減少上游的淹沒面積，尾水回水不影響上游煤機廠壩的正常運行工況。根據實地調查及測量成果，擬定樹亭湖壩正常水位為151.00m，樹亭湖湖底開挖高程為150.00m，尾水回水雍高至上游煤機廠壩下游，拆除上游對山壩。樹亭湖建成后，樹亭湖壩至煤機廠壩3.0km河道將形成一個355畝水面的湖面，蓄水庫容達到80.4萬m3，增加庫容59.3萬m3。

3 壩型的選擇

根據本工程項目特點，綜合考慮各類壩型在已建工程中的運行管理可靠性、城市景觀效應、工程造價、以及運行管理、日后維修等因數，本工程主要對液壓輔助控制翻板閘壩和新型鋼壩進行對比分析。

（1）新型鋼壩下游沒有支墩結構，能形成瀑布效應，景觀效果比翻板閘要好。

（2）新型鋼壩由底軸啟動，倒門全臥倒，水流從閘門頂部過流，不受樹枝、泥沙等影響；翻板閘由支墩支撐，翻板時水流從閘門上部和下部過流，關門時容易受樹枝等雜物及基座底部泥沙影響導致不能全關閉。

（3）鋼壩全臥倒本身不阻水，翻板閘倒門后本身占有行洪斷面，鋼壩行洪能力更強。

（4）液壓輔助控制翻板閘壩當門前水位超過門頂20～30cm時能自動倒門，運行管理方便、成本低；新型鋼壩本身不能自動倒門，增加了運行調度的難度。

（5）3.5m×27m的鋼壩工程造價約207.9萬元；液壓輔助控制翻板閘含機電設備工程造價約78.4萬元。其他土建部分的投資相差不大。

（6）閘門運行可靠性鋼壩高于液壓控制翻板閘壩。

綜上分析，考慮到樹亭湖擋水工程作為一項集景觀、休閑、旅游、觀光等功能的綜合治理工程。在閘門安全可靠的前提下，工程造價成本可控，則優先考慮景觀效果，因此樹亭湖壩型選用新型景觀鋼壩閘門，工程平面布置圖與大壩橫斷面圖如圖1與圖2所示。

圖1 工程平面布置圖

圖2 大壩橫斷面圖

4 工程布置及設計計算

4.1 設計基本資料

樹亭湖擋水工程為漣源市河湖水系連通工程中樹亭湖項目的配套工程。根據中華人民共和國《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2017）的有關規定，工程等別為Ⅴ等。樹亭湖壩屬于《漣源市城西生態文明示范區河湖水系連通項目》工程的子項目，河湖連通項目工程等別為Ⅳ等。工程位于漣源市城區規劃范圍，參照漣源市城市堤防工程等已建水利工程建設標準，樹亭湖壩工程等別定為Ⅳ等，主要建筑物工程級別為4級，其他次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。

樹亭湖壩最大壩高為8.0m，低于15m，上下游最大水位差6.0m，少于10m。根據《防洪標準》（GB 50201—2014）[1]可知，其洪水標準可按平原、濱海區標準確定，因此，樹亭湖壩按Ⅳ等工程考慮的洪水標準為：設計洪水重現期為20年，校核洪水的重現期采用50年，消能防沖標準按20年一遇設計。施工期臨時度汛洪水標準為5年一遇。

4.2 工程布置

樹亭湖壩樞紐由混凝土重力壩、非溢流壩、閘門、邊墩、護坦、護岸等工程組成。壩軸線長111.70m，過流斷面寬27m，共設置1扇3.5m×27m（高×寬）鋼壩閘門。上游護岸長20m，下游護岸長99m。兩岸設置非溢流壩段。

4.3 工程設計計算

本項目重力壩級別為4級，安全系數K如表1所示。

表1 抗滑穩定安全系數表

壩體抗滑穩定及壩基面垂直正應力按照《水閘設計規范》[2]規定的公式計算，計算結果如表2所示。

表2 壩體抗滑穩定及壩基面垂直正應力計算成果表

由表1及表2可知：壩體抗滑穩定安全系數滿足設計要求，壩基基底應力為122.42～310.53kPa，地基允許承載力為500kPa，基底應力能滿足地基土允許承載力要求。

5 結語

（1）樹亭湖擋水工程建設符合“十三五”水利規劃及國家政策要求，是打造五大水利網中的河湖健康生態網建設的重要舉措，符合婁底市的打造“四水”生態廊道的指導精神。

（2）新建樹亭湖擋水工程意在婁底大道上游至洞庭橋2.04km河道中打造一個300畝水面的人工湖，改善區域水生態環境，增加了城市親水性與活力；擴大水域面積，改善水體水質；增加蓄水庫容，提高抗旱應急保障能力；改善沿岸景觀條件，提高居民幸福指數，提升城市品位，加速當地經濟社會發展。在閘門安全可靠的前提下，工程造價成本可控，則優先考慮景觀、休閑等功能與效果。

[1] GB 50201—2014，防洪標準[S].

[2] SL 265—2016，水閘設計規范[S].