排水閘站的類型及對比分析

譚穎科

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

水閘是一種常見的水利工程，在水閘設計過程中要綜合考慮其所處的自然環境條件，地質，水文氣象條件，周邊施工環境及工期條件，水閘結構布置形式等，確保考慮周全，可操作性強，經濟環保，在保護人民生命和財產安全中發揮重要作用。

水閘一般為低水頭水工建筑物，具有擋水、泄水的作用。水閘的主要作用除了通過閘門的啟閉控制流量和調節水位外，還擔負防止潮水倒灌及汛期排洪的功能[1]。

本文將主要介紹傳統閘站和新型的一體化泵閘，對比兩種類型閘站的區別，從施工組織設計、運行方式、水力條件、后期管理維護等方面進行比較，并結合工程實例說明一體化泵閘的優點。

1 工程中閘站類型

1.1 傳統的閘站

傳統排澇閘站工程通常采用閘門、泵站分體布置的方式，沿著河道橫截面處，在中間布置閘門，閘門兩側各布置水泵的形式。傳統排澇閘站見圖1。

圖1 傳統閘站

排澇時關閉閘門，開啟軸流泵排水；不需排澇時，開啟中間的閘門使內外河道的水系聯通，而河道的兩岸泵室段無法過水，只有中間閘閥過水，這種方式不僅限制了河道的過水斷面，而且對內河的水量交換和水體循環不利。

1.2 一體化泵閘

一體化泵閘是一種將泵站和閘站一體式結合布置的泵閘。一體化泵閘由水閘、閘門泵、拍門、傳感器配置和全套控制體系等構成，閘門既是擋水結構又是水泵支承的基礎，水泵布置在閘門上，不建固定的泵室，泵組為固定在閘門上的流動泵站，使閘門和泵站合二為一，大大提高河道排洪及水體交換能力。一體化泵閘閘門見圖2。

圖2 一體化泵閘

盡管一體化泵閘閘門結構相對復雜，但它實際運行是容易操作的。當內河水位高時，打開閘門，水泵隨閘門同時提升(水泵為停機狀態)，內河水自流進外河，閘孔過流能力不受泵組影響；當內河水位低，外河水位高時，關閉閘門，起動水泵，內河水泵入外河。整個泵站不需建造額外的自流結構。

2 兩種型式閘站對比

2.1 施工條件分析

傳統閘站建設通常采用軸流式水泵和水閘相結合的方式，由于垂直水流方向并排布置水泵和閘門，相同閘門過流流量時傳統閘站河道寬度更寬，導致施工期間需修建導流明渠或明管長度更長，上下游擋水圍堰長度與高度均需相應增加。

一體化泵閘將水泵與閘門結合，閘站垂直水流方向寬度為閘門寬度，既有河道不需進行大面積擴寬，根據原有河道寬度或工程修建河堤寬度調整泵閘垂直水流方向跨度，在保證泵閘安全穩定運行的前提下，可縮短導流明渠長度同時減小基坑面積，可廣泛應用于重建或改建的小型水閘。

水閘修建應盡量選擇地質情況較好的、征地拆遷量少的位置布置。根據閘址區水流條件、原有建筑物布置情況，協調與水閘、通航、施工導流建筑物之間相互的關系，保證結構可靠、運行安全，并盡可能做到施工方便、占地拆遷少、節約工程投資、管理靈活方便。在此基礎上，建設一體化泵閘避免了占地面積大、建設周期長等問題，在保留原河道現狀、保證河岸線平順、控制水流流態良好等方面有較大優勢。

2.2 運行方式分析

傳統水閘運行單一、操作簡單、起吊力量小，但過流面積小，過流斷面為水流中部，進出口水流較湍急，流速較大，下游需設置消能設施，水閘側和泵站側完全分離。

一體化泵閘的運行方式：當內河水位高時，打開閘門，水泵隨閘門同時提升(水泵為停機狀態)，內河水自流進外河，閘孔過流能力不受泵組影響；當內河水位低，外河水位高時，關閉閘門，起動水泵，內河水泵入外河。

(1)當干流水位高于內水位時(即外江水位高于堤內水位時)，關閉水閘；關閘后內涌水位高于設計進水口正常水位時，開啟泵站抽水，當澇區在降雨時，內涌水位抽降至設計進水口最低運行水位，當內澇區沒有降雨時，內涌水位降至正常水位。

(2)干流洪潮水位較低時(低于內水位)，開啟水閘，內澇自排。

(3)維持內河水位在正常蓄水位上下波動。當天氣預報有降雨時，應提前降低閘內水位。

泵閘一體型：配有大流量低揚程的潛水泵，安裝方便，迅速高效、投資配有大流量低揚程的潛水泵，安裝方便，迅速高效、投資經濟又能達到防洪排澇目的，同時通過實時調控，增強河涌水動力，改善區域水經濟又能達到防洪排澇目的。環境。但適用性較差，多適用于低揚程的小型泵閘[1]。

2.3 水力條件分析

傳統閘站布置方式泵組垂直水流方向占用大部分河道過水斷面，水閘凈寬通常小于原有河道寬度的三分之一，通過水閘自引自排的過流能力受到極大的限制，泵組上下游岸邊存在水流循環緩慢區域，水環境受到嚴重影響。

一體化泵閘通過利用閘門上的水泵流道和增設控制閘門數量的方式實現增大過流面積的目的，提高河道排洪及內外河水體交換能力，但由于流道閘門控制方式比較復雜，且閘孔過流均為有壓過流方式，閘門前后水流流態及水壓變化均需進行全面分析與詳細計算。

2.4 維護和管理分析

結合后期整體規劃及路網布置，以及與之相襯的人行交通需求；建筑物布置應結合城市景觀規劃布局，兼顧近期各方面需求。

與傳統的閘站相比，泵閘結合一體化最直接的優勢在于節省了建筑占地面積。傳統閘站都是在閘門的兩側再建造泵站安裝水泵，現在完全省去了再建泵站的土地，自然也壓縮了工程建設時間。閘泵一體化結合后，更加便于設備的日常維修保養，傳統閘站遇到水泵故障需將泵體用設備吊裝至地面進行維修，一體化泵閘可僅通過啟閉機將閘門升起來就能在閘門平臺上進行檢修[2]。

而且閘泵結合兼顧了河道“活水換水”功能，能夠實現“雨天排澇、晴天活水換水”的需求。

(1)潛水泵與閘門聯結成一體，與閘門可整體吊裝，機組安裝、檢修十分方便，同時節約了額外的起吊設備和安裝設備的投資。

(2)由于該泵站只需要水泵、閘門和拍門，不建主廠房，只建配電室，沒有輔助油、水、氣系統，可節約大量配件，大大降低了泵站的維護費用。操作簡單，運行方便，附屬設備少，便于管理。

(3)安裝液位控制系統和閘門自動控制系統，可以使整個系統聯動控制，實現無人值守，自動控制。

3 工程實例

鐵塔路～西涌段是廣州市新塘鎮防洪潮連圍的重要組成部分，在新塘堤圍加固工程中首要的任務是提高堤圍防洪能力，新塘大圍加固工程的實施可有效提高流域防洪排澇能力，其中西涌水閘改建工程為新塘大圍加固工程的重要部分內容。

西涌水閘是屬于新塘大圍的穿堤水閘，其任務是排內澇擋外江洪潮，但由于本工程范圍河涌在一天內排水都是根據外江即東江北干流潮水位而定的，因為潮汐每天按兩次高潮、兩次低潮運行，當潮汐高潮時，外江水位增高，此時圍內河涌受外江頂托無法向外江排水，只有低于2 m時可自排，圍內發生洪水時更無法排水而形成的澇災。根據以上情況，確定西涌水閘改建工程在原位上修建一體化閘站[3]。

為攔截污物，避免堵塞水泵，在泵站進水口設置1道攔污柵。攔污柵后設置一道一體化泵閘，一閘一泵，露頂式布置，共1孔。主體閘門孔口尺寸為4.5 m×4.5 m，型式為平面滑動鋼閘門。門葉上設井筒，水泵臥式安裝在井筒內，井筒與閘門焊接為整體。泵的設計參數為Q=1.0 m3/s，H=3.0 m，最低運行水位為0.5 m。井筒出水口設拍門，當水泵正常停機或事故停機時，可迅速截斷水流。啟閉機采用固定式卷揚機，揚程8.0 m。啟閉容量為QP-2×250 kN，設現地控制，預留遠控接口。西涌泵閘縱剖圖見圖3。

圖3 西涌泵閘縱剖圖

當一體化泵閘需要檢修時，可通過啟閉機將其起吊至檢修平臺進行維修；啟閉平臺下方設臺移動式電動葫蘆，可將水泵吊出井筒進行維修。

在外江側設置檢修閘門，以供一體化泵閘及其門槽檢修。檢修閘門孔口寬度4.5 m，底檻高程為-1.2 m，檢修平臺高程為3.3 m，擋至外江最高水位3.0 m。閘門尺寸為4.5 m×4.5 m，采用平面滑動疊梁鋼閘門。閘門平時放置于檢修平臺，設置1臺懸掛式啟閉機進行操作，啟閉容量為2×100 kN，揚程8 m。

當東江北干流水位高于內水位時(即外江水位高于堤內水位時)，關閉水閘；關閘后內涌水位高于1.0 m時，開啟泵站抽水，當澇區在降雨時，內涌水位抽降至0.5 m，當內澇區沒有降雨時，內涌水位降至1 m。東江北干流洪潮水位較低時(低于內水位)，開啟水閘，內澇自排。正常蓄水位初定為1.0 m。當天氣預報有降雨時，應提前降低閘內水位。

4 結語

本文將通過對比傳統閘站和一體化泵閘，明確兩種類型閘站的差異，從施工組織設計、運行方式、水力條件、后期管理維護等多方面說明了泵閘的優點，說明一體化泵閘實際運行時難易程度以及對內外河水量與水位的控制效率。

本文針對河涌有可能造成內澇的情況，提出通過泵閘一體化型式控制內外河水位是一種較經濟有效的布置方式，在閘站實際運行時，可將水泵和閘門聯合調度，滿足內外河水量與水位的需求。

泵閘在工程設計及實際運行需要考慮的問題。

1)閘門與潛水泵合二為一，一體型泵閘整體重量大，同時閘門體寬度變大，設計閘門時在結構、強度及穩定性上需充分校核，設計起閉機時應充分考慮起閉力和平衡起閉。閘門設計時要充分考慮潛水泵的重量布置，保證潛水泵與閘門聯接后潛水泵的重心在閘門的重心平面內，保證一體型泵閘起吊平穩啟閉。

2)水泵停機與開機狀態轉換，水泵前后水流流態穩定。調節停機時水泵開度大小，同時保證水泵平穩開啟。