城市河道河口閘站的運(yùn)行工況及控制運(yùn)用

魏玉翠，薛 晶，吳 倩，廖 輝，呂俊華

(1.鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江新區(qū)丁卯街道辦事處，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

1 概 況

太平河位于鎮(zhèn)江市東北部，為江蘇省骨干河道名錄河道。太平河西起孩溪村長江口，東入長江揚(yáng)中夾江，是沿江地區(qū)的主要排洪河道。河道現(xiàn)狀被隧洞分為東西兩段，西段自孩溪村長江口至紀(jì)莊輸水隧洞北口，習(xí)稱新竹河；東段全長自隧洞南口向東至揚(yáng)中夾江，其中隧洞南口至團(tuán)結(jié)閘段習(xí)稱團(tuán)結(jié)河，團(tuán)結(jié)閘至揚(yáng)中夾江段習(xí)稱姚橋鎮(zhèn)太平河。新竹河是鎮(zhèn)江新區(qū)境內(nèi)的一條重要行洪河道。該河道發(fā)源于鎮(zhèn)江新區(qū)西南片的丘陵地區(qū)，南起金港大道，北至長江，全長3.325 km，總匯水面積12.16 km2。經(jīng)2008年血防整治后，新竹河現(xiàn)狀行洪斷面及堤頂高程滿足防洪要求。

2 工程設(shè)計(jì)

新竹河閘站采用整體式底板進(jìn)行合建，節(jié)制閘位于西側(cè)，泵室位于東側(cè)。閘室凈寬10.00 m，閘室順?biāo)鞣较蜷L17.50 m，閘室底板頂高程為0～1.00 m。閘墩頂部高程為8.20 m，順?biāo)鞣较虻拈L度與閘底長度相同，為17.50 m。泵室選用2臺(tái)800ZLB-125雙向軸流泵，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量2 m3/s，配2臺(tái)115 kW電動(dòng)機(jī)。考慮到新竹河水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，水泵殼體采用普通鑄鐵和碳鋼材質(zhì)+內(nèi)壁防腐，葉輪和軸轉(zhuǎn)子部件采用不銹鋼，其中軸可以選20Cr13或者316L，葉輪可采用304或者316；防腐采用重防腐工藝，噴涂熔融結(jié)合環(huán)氧粉末。泵室順?biāo)鏖L17.50 m，泵室底板頂高程-0.50 m，進(jìn)水池每孔凈寬2.50 m，閘墩頂高程為8.20 m。泵室進(jìn)出水側(cè)均設(shè)閘門控制引排，分別配備4臺(tái)QLW-2*5T雙吊點(diǎn)螺桿式啟閉機(jī)，4扇工作閘門(2.0 m寬×1.4 m高)[1]。

新竹河閘工作閘門采用露頂式直升平面鋼閘門，結(jié)構(gòu)尺寸為10.08 m×5.05 m(長×高)，閘底板頂高程為1.00 m，閘門頂高程為6.05 m，采用QP2*200型卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，配套電機(jī)功率15 kW。為保持新竹河閘站內(nèi)河側(cè)常水位，簡化閘站的控制運(yùn)用，減少頻繁開啟鋼閘門，在鋼閘門面板上設(shè)溢流小閘孔，孔口尺寸為2.00 m×1.00 m(長×高)，孔口底高程為3.50 m，采用1臺(tái)3 t手動(dòng)啟閉機(jī)控制。

3 運(yùn)行工況

3.1 蓄水、擋水

捆山河為鎮(zhèn)江新區(qū)的主要防洪排澇干河之一，北接龜山閘入江，南接太平河。根據(jù)《團(tuán)結(jié)河、捆山河水情調(diào)度運(yùn)行方案》，團(tuán)結(jié)河日常水位設(shè)定為4.08 m，最高水位設(shè)定為4.58 m，最低水位為3.58 m[2]。團(tuán)結(jié)河與新竹河通過紀(jì)莊隧洞相連，因此新竹河蓄水水位擬定為3.50～4.00 m。新竹河臨江橋至入江口段堤防為2級(jí)堤防，經(jīng)2008年整治后新竹河堤頂高程滿足規(guī)劃防洪要求。新竹河閘站主要工程任務(wù)為蓄水及污水應(yīng)急處理，無防洪需求。為保障新竹河閘站內(nèi)河側(cè)保持常水位，結(jié)合閘站實(shí)際運(yùn)用及投資情況，本次新竹河閘長江側(cè)最高擋水水位擬定為10 a一遇高潮位6.05 m，閘門頂高程與10 a一遇高潮位6.05 m同高。當(dāng)長江側(cè)水位即將超過6.05 m時(shí)，需提升閘門，不再保持新竹河側(cè)蓄水水位為3.50～4.00 m。

遭遇降雨時(shí)，當(dāng)長江側(cè)水位低于3.50 m時(shí)，通過閘門上小閘孔泄水；當(dāng)長江側(cè)水位高于4.00 m時(shí)，開機(jī)抽排內(nèi)河側(cè)雨水入江。

水閘蓄水、擋水工況水位組合詳見表1、表2。

表1 水閘擋水工況水位組合 m

表2 水泵運(yùn)行工況水位組合 m

3.2 水循環(huán)、補(bǔ)水

3.2.1 水循環(huán)

水循環(huán)線路：利用位于捆山河的引水泵站(共3臺(tái)，單臺(tái)泵流量1.00 m3/s)從捆山河向團(tuán)結(jié)河調(diào)水，水流自東向西經(jīng)過團(tuán)結(jié)河、紀(jì)莊隧洞入新竹河，設(shè)計(jì)流量2.00 m3/s。

新竹河蓄水高水位4.00 m，新竹河與團(tuán)結(jié)河通過紀(jì)莊隧洞相連，位于捆山河的引水泵站開啟2臺(tái)600ZLB-160型立式軸流泵(單臺(tái)泵流量1.00 m3/s)對(duì)團(tuán)結(jié)河進(jìn)行補(bǔ)水，若新竹河口長江側(cè)水位低于3.50 m，通過閘門上小閘孔溢流；若新竹河口長江側(cè)水位高于4.00 m，新竹河泵站開啟1臺(tái)泵向長江側(cè)抽排。長江側(cè)水位在3.50～4.00 m時(shí)，開閘補(bǔ)水、活水。

本工程設(shè)計(jì)新竹河水循環(huán)長度3.325 km，根據(jù)水泵最低淹沒水位要求，新竹河側(cè)水循環(huán)水位為3.00～3.50 m，考慮水流坡降及損失，按新竹河蓄水低水位推至站前3.30 m遭遇長江1 a一遇平均高潮位4.80 m作為設(shè)計(jì)工況，按新竹河蓄水低水位推至站前3.30 m遭遇長江10 a一遇高潮位6.05 m作為校核工況，水循環(huán)總量2.90萬m3，規(guī)劃4 h內(nèi)完成。通過計(jì)算，為滿足水循環(huán)要求，設(shè)計(jì)流量為2.0 m3/s。

3.2.2 補(bǔ)水

本工程以新竹河水循環(huán)、蓄水為主要任務(wù)，兼顧補(bǔ)水。補(bǔ)水線路：通過新竹河閘站引長江水入新竹河，自西向東經(jīng)過紀(jì)莊隧洞、團(tuán)結(jié)河入太平河后出長江。

根據(jù)水循環(huán)工況確定的水泵安裝高程及水泵最低淹沒水位要求推算，在長江側(cè)水位高于1.78 m時(shí)，可向新竹河補(bǔ)水(1—3月、12月利用潮差伺機(jī)補(bǔ)水，詳見表3)。

表3 鎮(zhèn)江水位站多年平均潮位

根據(jù)2017—2020年新竹河水位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，引水能力按每天可連續(xù)開機(jī)超3 h計(jì)算，新竹河閘站建成后泵站非汛期引水保證率均在94%以上，詳見表4。

表4 2017—2020年泵站非汛期引水能力統(tǒng)計(jì) %

新竹河設(shè)計(jì)抽引補(bǔ)水長度3.325 km，將水位由1.78 m提升至4.00 m，補(bǔ)水總量9.38萬m3，設(shè)計(jì)流量與正向相同，為2.0 m3/s。水泵運(yùn)行工況水位組合見表5。

表5 水泵運(yùn)行工況水位組合 m

3.3 污水應(yīng)急處理

不下雨時(shí)，有清水從雨水排口流入新竹河的企業(yè)分別有正丹(500 t/d)、潤晶(50 t/d)、優(yōu)利德(50 t/d)、潤港(30 t/d)、江南有機(jī)硅(40 t/d)。當(dāng)以上企業(yè)突發(fā)污染泄漏(1輛23 000 L罐車泄漏)，存在污染物隨清水從雨水排口入河時(shí)，新竹河關(guān)閉閘門擋污，污水由責(zé)任部門按照相關(guān)規(guī)范處理達(dá)標(biāo)后排放。最大擋污標(biāo)準(zhǔn)為：新竹河水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相當(dāng)于中到大雨)時(shí)兩岸廠區(qū)突發(fā)1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3。若新竹河沿線出現(xiàn)緊急水質(zhì)污染時(shí)預(yù)測新竹河水位將超過6.05 m，需架設(shè)泥漿泵預(yù)降新竹河水位，將受污水體排至附近污水管網(wǎng)。

污水應(yīng)急處理正向極限工況為新竹河側(cè)蓄水高水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相當(dāng)于中到大雨)時(shí)兩岸廠區(qū)突發(fā)1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3，長江側(cè)無水。反向極限工況為新竹河側(cè)蓄水低水位3.50 m遭遇24 h降雨30 mm(相當(dāng)于中到大雨)時(shí)兩岸廠區(qū)突發(fā)1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3，長江側(cè)水位為10 a一遇高潮位6.05 m。如表6所示。

表6 污水應(yīng)急處理工況水位組合 m

3.4 行 洪

根據(jù)《鎮(zhèn)江新區(qū)新竹河水利血防整治工程初步設(shè)計(jì)變更報(bào)告》，新竹河行洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，設(shè)計(jì)暴雨洪水過程線推求得最大行洪流量為117.3 m3/s[3]。在汛期時(shí)，能安全泄洪，不造成壅水，保障河道及周邊居民安全是新竹河閘站功能之一。因此新竹河閘的設(shè)計(jì)流量與河道設(shè)計(jì)行洪流量相同，取117.3 m3/s。根據(jù)平底閘堰流計(jì)算公式，由閘下水位推求閘上水位使得上下游水位差控制在0.30 m以內(nèi)，由此得到滿足設(shè)計(jì)要求行洪工況水位組合，詳見表7。

4 控制運(yùn)用

新竹河閘站工程的調(diào)度運(yùn)行，根據(jù)確保安全，確保重點(diǎn)，兼顧一般，水循環(huán)、補(bǔ)水服從防洪排澇，局部服從整體的原則調(diào)度，力求滿足各方面的需求，最大限度地提高工程防災(zāi)減災(zāi)效益。

(1)蓄水、擋水。為了維持新竹河生態(tài)水位，非汛期關(guān)閘蓄水保持新竹河水位為3.50～4.00 m。遭遇降雨時(shí)，當(dāng)長江側(cè)水位低于3.50 m時(shí)，通過閘門上小閘孔溢流泄水；當(dāng)長江側(cè)水位高于4.00 m時(shí)，開機(jī)抽排內(nèi)河側(cè)雨水入江。當(dāng)長江側(cè)水位即將超過6.05 m時(shí)，需提升閘門，不再保持新竹河側(cè)蓄水水位為3.50～4.00 m。

(2)水循環(huán)。利用位于捆山河的引水泵站(開啟2臺(tái)水泵，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量為1.00 m3/s)從捆山河向太平河調(diào)水，水流自東向西經(jīng)過丁崗團(tuán)結(jié)河、紀(jì)莊隧洞入新竹河。長江側(cè)水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m時(shí)，新竹河閘開閘活水；長江側(cè)水位高于新竹河側(cè)水位4.00 m時(shí)可開啟新竹河水泵向長江排水，促進(jìn)水體循環(huán)；長江側(cè)水位在3.50～4.00 m時(shí)，開閘活水。

(3)補(bǔ)水。通過新竹河閘站引長江水入新竹河，自西向東經(jīng)過紀(jì)莊隧洞、丁崗團(tuán)結(jié)河入太平河后出長江。枯水期長江側(cè)水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m時(shí)反向抽引江水蓄水；長江側(cè)水位在3.50～4.00 m時(shí)，開閘補(bǔ)水。

(4)應(yīng)急處理。新竹河水質(zhì)出現(xiàn)緊急水質(zhì)污染時(shí)，在長江水位不超過6.05 m時(shí)，可以通過新竹河閘擋水、攔污，在污水處理達(dá)標(biāo)后排入長江。若新竹河沿線出現(xiàn)緊急水質(zhì)污染時(shí)預(yù)測新竹河水位將超過6.05 m，需架設(shè)泥漿泵預(yù)降新竹河水位，將受污水體排至附近污水管網(wǎng)。

(5)行洪。汛期時(shí)開閘泄洪。

5 結(jié) 語

新竹河閘站通過引長江水，增強(qiáng)水體流動(dòng)強(qiáng)度，維持河道生態(tài)基流，增強(qiáng)水體的自凈能力和水環(huán)境容量，改善水環(huán)境，同時(shí)增強(qiáng)河網(wǎng)水體的有序流動(dòng)、置換；通過蓄水可以為改善區(qū)域水環(huán)境創(chuàng)造有利條件，并可改善工程受益范圍沿線的投資環(huán)境；新竹河水質(zhì)出現(xiàn)緊急水質(zhì)污染時(shí)，通過應(yīng)急關(guān)閘處理可以避免污染區(qū)域范圍擴(kuò)大，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。