城市河道河口閘站的運行工況及控制運用

魏玉翠，薛 晶，吳 倩，廖 輝，呂俊華

(1.鎮江市工程勘測設計研究院有限公司，江蘇 鎮江 212003；2.鎮江新區丁卯街道辦事處，江蘇 鎮江 212003)

1 概 況

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

2 工程設計

新竹河閘站采用整體式底板進行合建，節制閘位于西側，泵室位于東側。閘室凈寬10.00 m，閘室順水流方向長17.50 m，閘室底板頂高程為0～1.00 m。閘墩頂部高程為8.20 m，順水流方向的長度與閘底長度相同，為17.50 m。泵室選用2臺800ZLB-125雙向軸流泵，單臺設計流量2 m3/s，配2臺115 kW電動機?？紤]到新竹河水環境風險系數較高，水泵殼體采用普通鑄鐵和碳鋼材質+內壁防腐，葉輪和軸轉子部件采用不銹鋼，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，噴涂熔融結合環氧粉末。泵室順水流長17.50 m，泵室底板頂高程-0.50 m，進水池每孔凈寬2.50 m，閘墩頂高程為8.20 m。泵室進出水側均設閘門控制引排，分別配備4臺QLW-2*5T雙吊點螺桿式啟閉機，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，結構尺寸為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型卷揚式啟閉機，配套電機功率15 kW。為保持新竹河閘站內河側常水位，簡化閘站的控制運用，減少頻繁開啟鋼閘門，在鋼閘門面板上設溢流小閘孔，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3 t手動啟閉機控制。

3 運行工況

3.1 蓄水、擋水

捆山河為鎮江新區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《團結河、捆山河水情調度運行方案》，團結河日常水位設定為4.08 m，最高水位設定為4.58 m，最低水位為3.58 m[2]。團結河與新竹河通過紀莊隧洞相連，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級堤防，經2008年整治后新竹河堤頂高程滿足規劃防洪要求。新竹河閘站主要工程任務為蓄水及污水應急處理，無防洪需求。為保障新竹河閘站內河側保持常水位，結合閘站實際運用及投資情況，本次新竹河閘長江側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。當長江側水位即將超過6.05 m時，需提升閘門，不再保持新竹河側蓄水水位為3.50～4.00 m。

遭遇降雨時，當長江側水位低于3.50 m時，通過閘門上小閘孔泄水；當長江側水位高于4.00 m時，開機抽排內河側雨水入江。

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 水泵運行工況水位組合 m

3.2 水循環、補水

3.2.1 水循環

水循環線路：利用位于捆山河的引水泵站(共3臺，單臺泵流量1.00 m3/s)從捆山河向團結河調水，水流自東向西經過團結河、紀莊隧洞入新竹河，設計流量2.00 m3/s。

新竹河蓄水高水位4.00 m，新竹河與團結河通過紀莊隧洞相連，位于捆山河的引水泵站開啟2臺600ZLB-160型立式軸流泵(單臺泵流量1.00 m3/s)對團結河進行補水，若新竹河口長江側水位低于3.50 m，通過閘門上小閘孔溢流；若新竹河口長江側水位高于4.00 m，新竹河泵站開啟1臺泵向長江側抽排。長江側水位在3.50～4.00 m時，開閘補水、活水。

本工程設計新竹河水循環長度3.325 km，根據水泵最低淹沒水位要求，新竹河側水循環水位為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作為設計工況，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，水循環總量2.90萬m3，規劃4 h內完成。通過計算，為滿足水循環要求，設計流量為2.0 m3/s。

3.2.2 補水

本工程以新竹河水循環、蓄水為主要任務，兼顧補水。補水線路：通過新竹河閘站引長江水入新竹河，自西向東經過紀莊隧洞、團結河入太平河后出長江。

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

表3 鎮江水位站多年平均潮位

根據2017—2020年新竹河水位統計數據，引水能力按每天可連續開機超3 h計算，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計 %

新竹河設計抽引補水長度3.325 km，將水位由1.78 m提升至4.00 m，補水總量9.38萬m3，設計流量與正向相同，為2.0 m3/s。水泵運行工況水位組合見表5。

表5 水泵運行工況水位組合 m

3.3 污水應急處理

不下雨時，有清水從雨水排口流入新竹河的企業分別有正丹(500 t/d)、潤晶(50 t/d)、優利德(50 t/d)、潤港(30 t/d)、江南有機硅(40 t/d)。當以上企業突發污染泄漏(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，新竹河關閉閘門擋污，污水由責任部門按照相關規范處理達標后排放。最大擋污標準為：新竹河水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相當于中到大雨)時兩岸廠區突發1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3。若新竹河沿線出現緊急水質污染時預測新竹河水位將超過6.05 m，需架設泥漿泵預降新竹河水位，將受污水體排至附近污水管網。

污水應急處理正向極限工況為新竹河側蓄水高水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相當于中到大雨)時兩岸廠區突發1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3，長江側無水。反向極限工況為新竹河側蓄水低水位3.50 m遭遇24 h降雨30 mm(相當于中到大雨)時兩岸廠區突發1輛23 000 L罐車泄漏，最大納污量為4473 m3，長江側水位為10 a一遇高潮位6.05 m。如表6所示。

表6 污水應急處理工況水位組合 m

3.4 行 洪

根據《鎮江新區新竹河水利血防整治工程初步設計變更報告》，新竹河行洪標準為20 a一遇，設計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，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。因此新竹河閘的設計流量與河道設計行洪流量相同，取117.3 m3/s。根據平底閘堰流計算公式，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，由此得到滿足設計要求行洪工況水位組合，詳見表7。

4 控制運用

新竹河閘站工程的調度運行，根據確保安全，確保重點，兼顧一般，水循環、補水服從防洪排澇，局部服從整體的原則調度，力求滿足各方面的需求，最大限度地提高工程防災減災效益。

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

(2)水循環。利用位于捆山河的引水泵站(開啟2臺水泵，單臺設計流量為1.00 m3/s)從捆山河向太平河調水，水流自東向西經過丁崗團結河、紀莊隧洞入新竹河。長江側水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m時，新竹河閘開閘活水；長江側水位高于新竹河側水位4.00 m時可開啟新竹河水泵向長江排水，促進水體循環；長江側水位在3.50～4.00 m時，開閘活水。

(3)補水。通過新竹河閘站引長江水入新竹河，自西向東經過紀莊隧洞、丁崗團結河入太平河后出長江?？菟陂L江側水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m時反向抽引江水蓄水；長江側水位在3.50～4.00 m時，開閘補水。

(4)應急處理。新竹河水質出現緊急水質污染時，在長江水位不超過6.05 m時，可以通過新竹河閘擋水、攔污，在污水處理達標后排入長江。若新竹河沿線出現緊急水質污染時預測新竹河水位將超過6.05 m，需架設泥漿泵預降新竹河水位，將受污水體排至附近污水管網。

(5)行洪。汛期時開閘泄洪。

5 結 語

新竹河閘站通過引長江水，增強水體流動強度，維持河道生態基流，增強水體的自凈能力和水環境容量，改善水環境，同時增強河網水體的有序流動、置換；通過蓄水可以為改善區域水環境創造有利條件，并可改善工程受益范圍沿線的投資環境；新竹河水質出現緊急水質污染時，通過應急關閘處理可以避免污染區域范圍擴大，為區域經濟的可持續發展創造有利條件。