城市河道河口闸站的运行工况及控制运用

魏玉翠，薛 晶，吴 倩，廖 辉，吕俊华

(1.镇江市工程勘测设计研究院有限公司，江苏 镇江 212003；2.镇江新区丁卯街道办事处，江苏 镇江 212003)

1 概 况

太平河位于镇江市东北部，为江苏省骨干河道名录河道。太平河西起孩溪村长江口，东入长江扬中夹江，是沿江地区的主要排洪河道。河道现状被隧洞分为东西两段，西段自孩溪村长江口至纪庄输水隧洞北口，习称新竹河；东段全长自隧洞南口向东至扬中夹江，其中隧洞南口至团结闸段习称团结河，团结闸至扬中夹江段习称姚桥镇太平河。新竹河是镇江新区境内的一条重要行洪河道。该河道发源于镇江新区西南片的丘陵地区，南起金港大道，北至长江，全长3.325 km，总汇水面积12.16 km2。经2008年血防整治后，新竹河现状行洪断面及堤顶高程满足防洪要求。

2 工程设计

新竹河闸站采用整体式底板进行合建，节制闸位于西侧，泵室位于东侧。闸室净宽10.00 m，闸室顺水流方向长17.50 m，闸室底板顶高程为0～1.00 m。闸墩顶部高程为8.20 m，顺水流方向的长度与闸底长度相同，为17.50 m。泵室选用2台800ZLB-125双向轴流泵，单台设计流量2 m3/s，配2台115 kW电动机。考虑到新竹河水环境风险系数较高，水泵壳体采用普通铸铁和碳钢材质+内壁防腐，叶轮和轴转子部件采用不锈钢，其中轴可以选20Cr13或者316L，叶轮可采用304或者316；防腐采用重防腐工艺，喷涂熔融结合环氧粉末。泵室顺水流长17.50 m，泵室底板顶高程-0.50 m，进水池每孔净宽2.50 m，闸墩顶高程为8.20 m。泵室进出水侧均设闸门控制引排，分别配备4台QLW-2*5T双吊点螺杆式启闭机，4扇工作闸门(2.0 m宽×1.4 m高)[1]。

新竹河闸工作闸门采用露顶式直升平面钢闸门，结构尺寸为10.08 m×5.05 m(长×高)，闸底板顶高程为1.00 m，闸门顶高程为6.05 m，采用QP2*200型卷扬式启闭机，配套电机功率15 kW。为保持新竹河闸站内河侧常水位，简化闸站的控制运用，减少频繁开启钢闸门，在钢闸门面板上设溢流小闸孔，孔口尺寸为2.00 m×1.00 m(长×高)，孔口底高程为3.50 m，采用1台3 t手动启闭机控制。

3 运行工况

3.1 蓄水、挡水

捆山河为镇江新区的主要防洪排涝干河之一，北接龟山闸入江，南接太平河。根据《团结河、捆山河水情调度运行方案》，团结河日常水位设定为4.08 m，最高水位设定为4.58 m，最低水位为3.58 m[2]。团结河与新竹河通过纪庄隧洞相连，因此新竹河蓄水水位拟定为3.50～4.00 m。新竹河临江桥至入江口段堤防为2级堤防，经2008年整治后新竹河堤顶高程满足规划防洪要求。新竹河闸站主要工程任务为蓄水及污水应急处理，无防洪需求。为保障新竹河闸站内河侧保持常水位，结合闸站实际运用及投资情况，本次新竹河闸长江侧最高挡水水位拟定为10 a一遇高潮位6.05 m，闸门顶高程与10 a一遇高潮位6.05 m同高。当长江侧水位即将超过6.05 m时，需提升闸门，不再保持新竹河侧蓄水水位为3.50～4.00 m。

遭遇降雨时，当长江侧水位低于3.50 m时，通过闸门上小闸孔泄水；当长江侧水位高于4.00 m时，开机抽排内河侧雨水入江。

水闸蓄水、挡水工况水位组合详见表1、表2。

表1 水闸挡水工况水位组合 m

表2 水泵运行工况水位组合 m

3.2 水循环、补水

3.2.1 水循环

水循环线路：利用位于捆山河的引水泵站(共3台，单台泵流量1.00 m3/s)从捆山河向团结河调水，水流自东向西经过团结河、纪庄隧洞入新竹河，设计流量2.00 m3/s。

新竹河蓄水高水位4.00 m，新竹河与团结河通过纪庄隧洞相连，位于捆山河的引水泵站开启2台600ZLB-160型立式轴流泵(单台泵流量1.00 m3/s)对团结河进行补水，若新竹河口长江侧水位低于3.50 m，通过闸门上小闸孔溢流；若新竹河口长江侧水位高于4.00 m，新竹河泵站开启1台泵向长江侧抽排。长江侧水位在3.50～4.00 m时，开闸补水、活水。

本工程设计新竹河水循环长度3.325 km，根据水泵最低淹没水位要求，新竹河侧水循环水位为3.00～3.50 m，考虑水流坡降及损失，按新竹河蓄水低水位推至站前3.30 m遭遇长江1 a一遇平均高潮位4.80 m作为设计工况，按新竹河蓄水低水位推至站前3.30 m遭遇长江10 a一遇高潮位6.05 m作为校核工况，水循环总量2.90万m3，规划4 h内完成。通过计算，为满足水循环要求，设计流量为2.0 m3/s。

3.2.2 补水

本工程以新竹河水循环、蓄水为主要任务，兼顾补水。补水线路：通过新竹河闸站引长江水入新竹河，自西向东经过纪庄隧洞、团结河入太平河后出长江。

根据水循环工况确定的水泵安装高程及水泵最低淹没水位要求推算，在长江侧水位高于1.78 m时，可向新竹河补水(1—3月、12月利用潮差伺机补水，详见表3)。

表3 镇江水位站多年平均潮位

根据2017—2020年新竹河水位统计数据，引水能力按每天可连续开机超3 h计算，新竹河闸站建成后泵站非汛期引水保证率均在94%以上，详见表4。

表4 2017—2020年泵站非汛期引水能力统计 %

新竹河设计抽引补水长度3.325 km，将水位由1.78 m提升至4.00 m，补水总量9.38万m3，设计流量与正向相同，为2.0 m3/s。水泵运行工况水位组合见表5。

表5 水泵运行工况水位组合 m

3.3 污水应急处理

不下雨时，有清水从雨水排口流入新竹河的企业分别有正丹(500 t/d)、润晶(50 t/d)、优利德(50 t/d)、润港(30 t/d)、江南有机硅(40 t/d)。当以上企业突发污染泄漏(1辆23 000 L罐车泄漏)，存在污染物随清水从雨水排口入河时，新竹河关闭闸门挡污，污水由责任部门按照相关规范处理达标后排放。最大挡污标准为：新竹河水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相当于中到大雨)时两岸厂区突发1辆23 000 L罐车泄漏，最大纳污量为4473 m3。若新竹河沿线出现紧急水质污染时预测新竹河水位将超过6.05 m，需架设泥浆泵预降新竹河水位，将受污水体排至附近污水管网。

污水应急处理正向极限工况为新竹河侧蓄水高水位4.00 m遭遇24 h降雨30 mm(相当于中到大雨)时两岸厂区突发1辆23 000 L罐车泄漏，最大纳污量为4473 m3，长江侧无水。反向极限工况为新竹河侧蓄水低水位3.50 m遭遇24 h降雨30 mm(相当于中到大雨)时两岸厂区突发1辆23 000 L罐车泄漏，最大纳污量为4473 m3，长江侧水位为10 a一遇高潮位6.05 m。如表6所示。

表6 污水应急处理工况水位组合 m

3.4 行 洪

根据《镇江新区新竹河水利血防整治工程初步设计变更报告》，新竹河行洪标准为20 a一遇，设计暴雨洪水过程线推求得最大行洪流量为117.3 m3/s[3]。在汛期时，能安全泄洪，不造成壅水，保障河道及周边居民安全是新竹河闸站功能之一。因此新竹河闸的设计流量与河道设计行洪流量相同，取117.3 m3/s。根据平底闸堰流计算公式，由闸下水位推求闸上水位使得上下游水位差控制在0.30 m以内，由此得到满足设计要求行洪工况水位组合，详见表7。

4 控制运用

新竹河闸站工程的调度运行，根据确保安全，确保重点，兼顾一般，水循环、补水服从防洪排涝，局部服从整体的原则调度，力求满足各方面的需求，最大限度地提高工程防灾减灾效益。

(1)蓄水、挡水。为了维持新竹河生态水位，非汛期关闸蓄水保持新竹河水位为3.50～4.00 m。遭遇降雨时，当长江侧水位低于3.50 m时，通过闸门上小闸孔溢流泄水；当长江侧水位高于4.00 m时，开机抽排内河侧雨水入江。当长江侧水位即将超过6.05 m时，需提升闸门，不再保持新竹河侧蓄水水位为3.50～4.00 m。

(2)水循环。利用位于捆山河的引水泵站(开启2台水泵，单台设计流量为1.00 m3/s)从捆山河向太平河调水，水流自东向西经过丁岗团结河、纪庄隧洞入新竹河。长江侧水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m时，新竹河闸开闸活水；长江侧水位高于新竹河侧水位4.00 m时可开启新竹河水泵向长江排水，促进水体循环；长江侧水位在3.50～4.00 m时，开闸活水。

(3)补水。通过新竹河闸站引长江水入新竹河，自西向东经过纪庄隧洞、丁岗团结河入太平河后出长江。枯水期长江侧水位低于新竹河蓄水低水位3.50 m时反向抽引江水蓄水；长江侧水位在3.50～4.00 m时，开闸补水。

(4)应急处理。新竹河水质出现紧急水质污染时，在长江水位不超过6.05 m时，可以通过新竹河闸挡水、拦污，在污水处理达标后排入长江。若新竹河沿线出现紧急水质污染时预测新竹河水位将超过6.05 m，需架设泥浆泵预降新竹河水位，将受污水体排至附近污水管网。

(5)行洪。汛期时开闸泄洪。

5 结 语

新竹河闸站通过引长江水，增强水体流动强度，维持河道生态基流，增强水体的自净能力和水环境容量，改善水环境，同时增强河网水体的有序流动、置换；通过蓄水可以为改善区域水环境创造有利条件，并可改善工程受益范围沿线的投资环境；新竹河水质出现紧急水质污染时，通过应急关闸处理可以避免污染区域范围扩大，为区域经济的可持续发展创造有利条件。