湖水生态修复工程项目可行性研究报告

湖水生态修复工程项目可行性研究报告工程任务与规模6.1工程任务本工程的任务是采用污染控制、水网连通、生态修复的手段，同时加强监测评估研究，经过一段时间的管理调度运行，使**湖水体水质达到III类水功能区划目标，生态得以恢复并良性发展。“三大工程”和“一个平台”内容如下：污染控制工程：包括集中点源控制和城市面源控制等。集中点源控制任务是在有关控污规划的基础上，按照“全收集、全处理”的要求，进一步完善污水处理厂配套收集系统。面源控制主要是雨水工程建设，最大限度减少城市面源污染进入**湖，有效保护城中湖的水体环境。水系连通工程：构建江河湖连通的水网，通过生态型水网的构建，形成多样的水形态和水生境，恢复水生生境的完整性，为湖泊、港渠的自我修复创造条件。生态保护工程：主要是选择条件适宜的水域，对不同污染程度的区域采用清淤疏浚、水生植被重建、鱼类和底栖动物群落重建等生态修复技术，促进水体修复，实现湖泊生态系统良性循环。监测评估研究平台：为确保**湖生态系统安全稳定运行，建立**湖水环境监控系统和评估平台；以“控源－水系连通－修复－长效管理”为研究体系，依托于**湖水生态修复工程，开展相关关键技术的研究，建立水污染控制与水环境综合治理技术研究平台。6.2水系连通方案6.2.1总体方案1、内河与外江水系连通及引提水工程根据前文对长河流域水资源配置的研究分析，为了同时解决长河流域灌溉用水保证率不满足要求及长河水环境问题，需要在长河上游冯家墩处新建规模为5m3/s的冯家墩泵站，扩建唐家渡泵站规模至2.5m3/s，提水至白潭湖区。为同时解决长河和**湖水生态恶化问题，本项目拟从唐家渡泵站引水至长河，再从长河引水至**湖。主要工程包括扩建唐家渡泵站、疏通唐家渡与长河连通渠系，从长江引提水入长河；在三台河下游（桩号K9+450处）建一座橡胶坝挡水工程；从长河引水至2、长河流域内河道与**湖水系连通工程鉴于目前黄州城区内湖泊污染严重的现实，在实现长河与外江水体联通的条件下，引提外江水充蓄湖泊，对湖泊水体进行置换达到改善湖泊水环境的目的。河湖连通方案：于三台河右岸建设涵管（暗管）至**湖西湖，连通长河和**湖，管长2.0km，由西湖入东湖，最后置换的东湖水体经过磨盘咀节制闸入长河。该方案的实施，可实现**湖与长河及外江的水体连通，促进了黄州主城区湖泊水生态环境的恢复和改善。引水线路为：长河—涵管（暗管）—**湖西湖—**湖东湖—东湖闸—东湖沟—长河。三台河设计水位为19.8m以上，**湖西湖湖底高程16.4m本工程的目标之一是实现江与湖的季节性连通，恢复江湖关系的本来面目。6.2.2引水方案6.2.2（一）长江向长河引水通过唐家渡泵站提长江水入鸡窝湖区渠系，通过渠系龙山沟入长河，此方案可解决长河黄州城区堵城以下河段的水生态环境用水问题。目前，唐家渡泵站过流能力仅0.95m³/s，且无唐家渡与长河干流的连通渠道，故规划扩建唐家渡泵站，新建连通渠3.7km，经过地区地形最高点为24.70m。引水路线为：唐家渡泵站—新开渠道—龙山沟—龙山口闸—长河。（二）长河向**湖引水拟在三台河下游倪家地区附近（桩号K9+450）修筑一座橡胶坝，用来拦蓄引入的长江水，供**湖引水。目前长河水质为劣V类，主要是TN超标严重，如作为引水水源暂时不太可行；但规划唐家渡泵站扩建工程及其向长河引长江水的工程竣工后，长河水质将会有较大的改善。因此，从长河向**湖引水的设想可行。鉴于长河目前的水质现状，建议在西湖边择地建设人工湿地，对长河水质进行处理后再引入**湖，以实现改善**湖水环境的目的。可选择的引水方案有：直接引长河水入西湖和引长河水预处理达标后入西湖。（1）直接引长河水入西湖方案唐家渡泵站向长河引入外江水的工程完成后，长河水质大有改善，则采取此方案。路线：三台河→新港一路→西湖（2）引长河水预处理达标后入西湖方案从唐家渡泵站向长河引入外江水后，若长河的TN依然超标，则采取此方案。路线：三台河→新港一路→西湖边人工湿地→新港一路→西湖引水工程以改善**湖的水体流动条件为目的。线路的设置考虑了引水水质的优劣，引水水质达到III类时，采用线路1，否则采用线路2。（1）引水期引水期选择依据两个方面：一是根据长江水位情况，二是根据**湖水质的年内变化情况。根据武汉关1993年~2003年水位（吴淞高程）统计分析，自流引水期分布在5~11月。因此，从长江水位情况分析，引水期应选在5~11月。长河流域河湖的水体水质的年内变化情况是：11月至次年4月由于城市气温相对较低，水体溶解氧含量相对较高，水质相对较好；5~11月气温相对较高，特别是7~8月，天气十分炎热，此时水体溶解氧含量很低，容易出现翻塘死鱼、水体黑臭现象。因此，从水质的年内变化情况分析，引水期也应选在5~11月。综上所述，引水期拟选在5~11月。这一时段可分为3个阶段：汛初5~6月、汛中7~8月和汛末9~11月。=1\*GB3①汛初（5～6月）该时段长江流域水体含沙量相对较小。3～6月为长江鱼类产卵期，5~6月引水可建立江河湖之间的生态通道，引江纳苗，为长河、**湖等水体输入新鲜血液。同时借助自然力量优化河湖的渔业结构，提升河湖生态品质。=2\*GB3②汛中（7~8月）这一时期一般天气炎热，水体溶解氧含量很低，容易出现黑臭现象，引长江水可有效缓解这一现象。黄冈市7~8月一般有防洪任务，但有些年份7~8月长江水位在防洪警戒水位或设防水位以下。且降雨较多，降雨量较大，但有些年份夏旱情况也比较严重，需从外江引水。=3\*GB3③汛末（9～11月）这一时期降雨较少，且长江水位适中，含沙量较小，防洪排涝任务轻，适合引水。（2）引水时段黄冈市的降雨量一般集中在5~10月份（见表6.2-1），这就决定了连续引水时间不可能太长。表6.2-1黄冈5-10月降雨量统计表单位：mm年份5月6月7月8月9月10月2000146.8114.820.2175.9146.7104.3200197.9160.382122.24.468.42002201160295.4158.531.665.62003130.5194.2237111.717602004138.5343.9129.5122.53402005125.792.1101103.6190.314.92006160.157.790.37235.461.92007224.4142.6292.367.5820.4在实际引水时，不但需要考虑长河水位和降雨量，还需考虑防汛要求，当长江武汉段水位达到警戒水位27.30m（吴淞高程）时，为了保障区内居民和工矿企业的安全，将不再适宜引长江水。综合考虑上述条件，1990～2003年，实际可从长江引水入河的情况分别为：连续引水2天的为30.71次/年，3天的为19.07次/年，4天的为12.00次/年，5天的为8.71次/年，6天的为6.93次/年，7天的为4.79次/年，8天的为3.50次/年，9天的为3.21次/年，10天的为2.57次/年（具体情况见表6.2-2）。表6.2-2不同引水天数可从长江引水情况统计表单位：次/年年份连续2天可引水连续3天可引水连续4天可引水连续5天可引水连续6天可引水连续7天可引水连续8天可引水连续9天可引水连续10天可引水19902415965322119913521161197654199223168665322199339241512843331994221485531111995302013984442199623137644111199720139553332199821148662222199934211310954442000513222151211885200129191110753332002412215106654320033823141175433最高值513222151211885最低值20137542111年均30.7119.0712.008.716.934.793.503.212.57短时引水2～4天时，多年平均值分别为30.71、19.07、12.00次/年，引水保证率相当高；其中连续2天可引水年最高次数达51次/年，最低为20次/年；连续3天可引水年最高次数为32次/年，最低为13次/年；连续4天可引水年最高次数为22次/年，最低为7次/年。据上述数据，综合考虑河湖水位、降雨量、防汛要求、河湖水体交换率和总引水水量等，初步拟定一次引水天数为6天较为合适，多年平均可引水次数为6.93次/年，最高可引水次数为12次/年，最低可引水次数也达4次/年，基本可满足引水要求。（1）引水量确定原则与现有水利设施现状及规划引、排能力紧密结合；与**湖水系水量平衡紧密结合；与**湖水质改善需求相结合。（2）引水量与引水流量=1\*GB3①水体交换率及交换量**湖属于小型湖泊，可调蓄水位变幅有限，引水可交换水体集中分布在湖泊主流区，湖泊主流区的大小与湖泊进出水的配水口数量及位置有关，综合以上因素分析，**湖主流区面积占湖泊总面积的比例为20%~60%。主流区的流速分布特征是从湖面到湖底逐渐减少，初步确定可交换水量占主流区总水体量的70%，即乘以0.7的调整系数。经计算，初步确定**湖最大水体交换率为28%，相应最大水体交换量为116.6万m3。=2\*GB3②引水流量湖泊一次循环最大交换水量116.6万m3，综合考虑确定10天循环一次，相应设计引水流量为1.3m6.3工程规模6.3.1总体规模（1）参照《城市污水处理工程项目建设标准》，本项目污染控制工程建设规模为Ⅱ~Ⅳ类（已污水处理量计），污水处理级别为二级处理，部分处理级别为深度处理。（2）参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）等相关标准，本项目水网连通工程为=2\*ROMANII等、工程规模为大（2）型。（3）参照《环境影响评价技术导则地面水环境》（HJ/T2.3-93）中对湖泊大小规模的划分标准，本项目生态修复工程的规模为大型水生态修复工程。6.3.2污染控制工程规模（1）点源控制工程规模集中点源控制工程包括完善污水处理厂工程、污水收集系统工程。（2）面源控制工程规模面源控制工程针对**湖周边区域的城市面源的控制，主要是初雨带来的城市面源。6.3.3水系连通工程规模（1）引水流量引水流量为1.3m3/s，考虑长河水位、降雨以及防汛要求等约束条件，引水时段为5~10月。理论年均引水天数为60天，年均可引水量为673.9万m3。由于三台河橡胶坝的拦水作用，在不影响长江、长河防洪的前提下，（2）工程规模新、改、扩建2条港渠，新建引水闸2座，扩建泵站1座，新建橡胶坝1座。6.3.4生态保护工程规模生态保护工程主要在**湖中开展，根据湖泊现状，拟开展鱼类群落重建和渔业结构调整工程、水生植被重建与恢复工程、人工湿地工程、多塘处理工程，岸边植物截流防护带工程，砾石接触氧化工程；生态修复工程规模为：底泥清淤疏浚18.67×104m³，人工湿地180亩，湖泊滨岸带修复11.65×104m2，水生植被恢复2.82km2，6.3.5监测评估研究平台在实施**湖水生态修复工程的同时，进行一系列多模式下的生态、环境、水文等基础数据的监测；建立一个丰富的基础研究数据库，探索和整合一批适宜城中水体水环境的治理技术，开展新型排水收集系统构建与面源污染控制技术、水网连通与水质水量调配技术、水体生态修复技术、战略水源地功能提升与保障技术、突发事件应急与安全保障等多个课题的研究，建立一个城市水系污染控制与水环境综合治理技术研究平台。7主要工程设计7.1工程等别和标准7.1.1工程等别**湖总汇水面积2.82km2，湖泊总容积0.04亿m3。目前主要灌溉泵站单站装机流量小于10m3/s。参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），确定本工程等别为=2\*ROMANIV等、工程规模为小（1）型，主要建筑物级别4级，次要建筑物级别5级。三台河桥（桩号12+260.9）以下长河右岸取50年一遇洪水标准，根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98），黄州城区堤防为2级堤防，三台河干堤上的引出水口建筑物为2级建筑物。根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288—99），唐家渡引水渠设计流量为5.96m3/s，确定本工程等别为Ⅳ等、工程规模为小（1）型，主要建筑物级别4级，次要建筑物级别5级；长西干渠引水渠设计流量为1m3/s，确定本工程等别为根据《城市污水处理工程项目建设标准》，按5万m3/d污水处理规模，**湖污水处理厂工程属于IV类；按处理级别，已建污水处理厂按深度处理升级。7.1.2防洪标准《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《堤防工程设计规范》（GB50286-98），以及《湖北省黄冈市城市防洪规划报告》中要求完成防洪保护封闭圈（长城堤、106国道、三台河以下长河堤防形成封闭圈）的要求，三台河桥（桩号12+260.9）以下长河右岸取50年一遇洪水标准，三台河桥以下左岸及三台河桥以上取20年一遇洪水标准。湖泊防洪标准同长河河道防洪标准。引排水渠道渠顶高程取渠内最大流量时的水位+0.5m、设计流量时渠内水位+0.7m的外包值；连通渠道渠顶高程按连通湖泊最高控制水位＋0.3m、湖泊正常控制水位＋0.5m的外包值。7.1.3地震设防烈度根据《中国地震烈度区划图》（GB18306-2001），确定本区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。设计烈度也取6度，可不进行抗震计算，依据有关规范采取必要的抗震措施。7.2工程总体布置7.2.1工程总体布置**湖生态修复工程总体构建以控污为基础，以水系连通为支撑，以科学治理为保障，通过水生态系统的自然修复和人工辅助修复，恢复水体功能目标，最终重建**湖健康的水生态系统。工程主要包括污染控制、水系连通、生态修复及监测评估研究平台。7.2.1大量污染物（特别是氮、磷）进湖是湖泊污染的主要原因。湖泊生态修复要求必须全面截污。实践证明，如果不完全截污，治理成果也会被新入湖的污水抵销殆尽，就会步入污染、治理，再污染、再治理的恶性循环之路，所以全面截污是**湖环境保护工作的重中之重。污染源的控制是**湖修复和水质改善的前提条件。尽管近年来政府部分采取了一系列措施治理**湖的污染源入湖控制问题，**湖的外源污染在一定程度上得到了控制，但目前**湖仍面临着严重的点源污染和面源污染。目前，**湖在外源污染控制方面主要的工作是如何控制降雨造成的地面径流入湖。**湖污染控制的主要措施有：（1）点源污染的控制——改造市政排污和处理系统：通过初步调查来看，城市地下管网建设滞后，环保执法不力和污水处理厂处理能力有限是导致截污不彻底的主要原因。目前**湖主要的问题是雨污没有分流，大量的污染物随降雨通过市政管网直排入湖。要加强城市地下管网和提升泵站的规划和建设，使其尽快适应城市发展要求，确保城市每个区域的污水都能进入城市地下管网；要切断一切入湖管道，切实做到环湖截污，并完善市政污水管道，实现雨、污分流，把所有污水导流到污水处理厂集中处理，必要时可增建、扩建污水处理厂。目前**湖区主要污水处理设施为**湖污水处理厂工程。**湖污水厂位于黄州大道与三台河交汇处的南面，已于2008年12月建成并投入使用。**湖所在的黄州主高新技术开发区为雨污水分流制。由于沿湖的污水收集管网截污不彻底，本工程拟完善沿湖污水管网，对**湖周边排污口进行截流。（2）面源污染控制——完善市政雨水收集系统和滨岸带修复：雨水形成的地面径流是目前**湖污染物入湖的主要问题。雨水的控制，一方面要靠完善市政路面雨水收集系统，另一方面可以结合岸带防护工程，通过修复湖滨岸带来控制。湖滨带是水陆生态交错带的一种类型，是湖泊水生生态系统与湖泊流域陆地生态系统间一种非常重要的生态过渡带，不仅对水、陆生态系统间物流、能流、生物流及信息流发挥着重要作用，而且对提高区域内的生物多样性、净化水体、消浪护岸、调节微气候、美化环境等方面具有重要的潜在价值。湖滨带独特的环境特征使该区域内的生态因子兼有相邻系统的部分特征而又不同于其相邻系统，成为与两者密切相关的独立的生态系统。同时又具有独特的植被、土壤、地形地貌和水文特性。通过物质、能量和物种的交换同相邻的水生生态系统和陆地生态系统发生强烈的相互作用。因而湖滨带具有明显的边缘效应和丰富的生物多样性，是湖泊水环境与陆地环境之间的景观廊道，具有缓冲、净化带的作用，可保护湖岸免受风浪的直接冲刷和侵蚀，提高湖岸的稳定性，保持生物多样性并提供野生动植栖息地，同时具有很高的经济和美学价值。近年来为了防洪和湖滨开发的需要，**湖的湖滨带被改造成近直立人工湖岸、鱼塘滩地及农田，湖泊沿岸原有的天然滩地大量消失。传统的湖滨带堤岸护坡工程（如立式砌石驳岸）隔绝了土壤与水体之间的物质交换，使整个湖滨带生态系统的食物链断开，原先在湖滨带生长的湿生植物及水生植物难以在硬化的堤岸上继续生存；湖滨带的一体化使水生动物丧失栖息场所；外源污水不经经过任何消减沿堤岸坡面直接进入湖泊，引起湖滨带生态系统的逆向演替，湖滨带生态功能严重削弱。因此，湖滨带的恢复是**湖湖泊生态系统修复的重要内容。生态护岸是湖滨带修复的有效措施。生态护岸是指湖滨带基底改造形成边坡以后，通过种植植物，利用植物与土壤的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护加固，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡固坡手段。通过生态护岸技术可以防止湖滨带边坡的水土流失。生态护坡的构建包括底质的改造和大型植物的种植。植物的护坡功能是通过它的水文效应与根系力学来实现的。植物的根系对边坡基质起加筋固锚及支撑作用，同时提高基质的抗拉及抗剪能力，增强边坡的稳定性。滨岸带水生植被作为湖泊生态系统的基本成分，不仅对于净化水体、维护湖泊生态系统的健康具有重要作用，同时也是湖面景观中最具视觉效果的区域。通过合理配置挺水、浮叶、沉水植物群落结构，形成挺水-浮叶-沉水植物全序列的湖滨带植被结构，提高滨岸带植被覆盖率，丰富湖泊生态系统的生物多样性。根据水下地形特点和水位涨落的变化规律，挺水植物区的适宜区域应为靠近湖岸线的区域。浮叶植物在距挺水植物区边界外的水域范围内栽种，而沉水植被的种植区域分布在浮叶植物外围的远岸水域。考虑到水生植物配置在湖泊景观格局中所起的重要作用，植物品种的选择就需按照全盘布局的思路，既要按照湖滨湿地植物种类的多样性进行配置，提高物种多样性，又要兼顾湿生、水生植物的生态特性和生境要求，使挺水、浮叶和沉水植被在生态和景观上呈现明显的梯度变化；要尽量采用乡土植物，避免有害外来物种的入侵，并从空间层次上考虑不同植被类型湿地植物配置，将挺水植物群落（如芦苇、香蒲、菖蒲、水葱、旱伞草、茭草等）、浮叶植物群落（如睡莲、荇菜等）、沉水植物群落（如黑藻、菹草、苦草、金鱼藻、马来眼子菜等）融为一体，构成较完整的湖滨带湿地植物生态演替系列，通过将各种层次上的湿地植物进行合理搭配，构成湖滨湿地丰富的生态景观。多种类植物的搭配不仅在视觉效果上相互衬托，形成层次丰富而又错落有致的景观效果，对水体污染物净化的功能也能互相补充，采用发达茎叶类植物阻流促淤，沉降泥沙；发达根系类植物固持底泥，防止底泥再悬浮；挺水植被拦截外源污染，起到水面保洁的作用。这样，既能保持湖滨湿地生态系统的完整性，带来良好的生态和水体净化效果，又增强生态系统的自修复能力，其稳定性也得以提高，有利于实现湖滨湿地生态系统向良性循环方向发展。（3）内源污染控制——降低或取消**湖的渔业活动**湖已经进行过底泥疏浚，但**湖目前仍存在渔业活动。鱼类不仅可以通过下行效应影响其饵料生物种群的发展，其营养盐的排泄还会影响湖泊的营养盐循环，其活动还可以扰动湖泊沉积物，促进沉积物的再悬浮，降低水体透明度，增加湖泊内源污染。因此，为了改善**湖水质，必须取消**湖的渔业活动。7.2.1**湖本是由长河冲刷而成、与长河是相连的河湖相通的湖泊，但上世纪五六十年代开始的围湖造田等经济活动，除直接导致湖泊面积萎缩外，河流与湖泊的通道被阻隔，导致原本长河与**湖间的“河湖相通”无法实现。湖泊的自我净化能力、污染消解能力、生态修复能力大大削弱。目前，**湖基本上属于一个相对封闭性的典型市内湖泊，主要靠集雨面积内的降雨和城市污水补给，平时流量很小，湖水近乎静止，不利于水体自净和污染物的稀释扩散。通过“河湖连通”工程，实现生态调水，增强湖水的流动性和交换能力，提高水体自净和污染物扩散能力，应该成为**湖水质改善的重要内容之一。生态调水对**湖水质改善的作用机制主要有：1.稀释作用。治理后的长河水质将有明显好转，通过生态调水可以有效稀释湖水污染物浓度；2.提高自净能力。引水过程可产生湖流，带动水体的流动，增强水体与空气的接触，提高水体溶解氧，促进污染物的氧化分解及挥发性污染物的释放；3.加速污染物的输出。通过生态调水，推动湖水整体流动，使污染物随水流经出湖口排出**湖，湖水的污染物总量得以降低。生态调水的方案详见7.4节水系连通工程。通过唐家渡泵站提长江水入鸡窝湖区渠系，通过渠系龙山沟入长河。扩建唐家渡泵站，新建连通渠3.7km，经过地区地形最高点为24.70m。引水路线为：唐家渡泵站—新开渠道—龙山沟—龙山口闸—长河。在三台河桥橡胶坝址上游修建涵管（暗管）至**湖西湖，连通长河和**湖。管长2.0km，由西湖入东湖，最后置换的东湖水体经过磨盘咀节制闸入长河。引水线路为：长河—涵管（暗管）—**湖西湖—**湖东湖—东湖闸—东湖沟—长河。引水埋管工程桩号为：(引)0+000.00m~(引)2+000.00m，引水流量为1.3m3主要工程包括基坑开挖、管渠基础处理、管渠安装、管渠镇墩浇筑、管渠填土等项目。7.2.1**湖水环境现状是一个生态系统的问题。**湖湖泊生态系统现处于稳定的浑水态，自维持能力强，必须通过人工干预，从生态系统的高度着手，通过对**湖整个湖泊生态系统的修复来实现湖泊水质的显著改变。本项目的生态修复工程主要在湖泊和港渠中开展。**湖湖体主要采用底泥清淤，人工湿地构建、水生植被恢复，鱼类和底栖动物群落调控等生态修复综合技术，恢复**湖湖泊生态系统的各种功能。连通港渠水体修复，根据其功能和特点，采取水生植被重建与恢复、港渠生态护坡、岸边植物截流防护带等生态修复技术。7.2.1通过**湖生态修复工程，集成“污染控制－水系连通－生态修复－长效管理”链式的城市水系污染控制与水环境综合治理技术体系，建立一套水环境监控系统和效益评估体系，对工程实施全过程及工程完成后的效益进行监测与评估，确保本工程“高质量、高效率、高效益”完成，生态水系的长效稳定运行。7.3污染控制工程7.3.1集中点源控制工程目前，黄州城区的**湖污水处理厂已于2008年12月建成投入使用，规模为5万m³/d，污水处理采用A²/O法，污水处理厂尾水排入长河。根据《黄冈市城市总体规划》与《黄冈市**湖水污染综合治理工程初步设计》，黄州区规划扩建**湖污水处理厂，主要对主城区和周边城镇城市生活污水进行集中处理。根据《黄冈市**湖水污染综合治理工程初步设计》，至2010年，黄州主城区**湖污水处理厂服务范围内污水收集率为90%，污水处理厂服务面积15.98km²，服务人口35.2万人，处理能力达到10万m³/d，污水集中处理率90%。根据《黄冈市城市总体规划》至2020年，黄州区污水集中处理率达100%。《黄冈市城市总体规划》与**湖污水处理厂设计报告确定的污水处理厂服务面积和人口见表7.3-1。表7.3-1**湖污水处理厂规划服务人口一览表（规模调整前）污水处理厂服务面积(km²)服务人口（万人）污水处理厂规模（万m³/d）尾水排放水体处理深度及工艺投资（万元）备注**湖15.984510长河A²/O工艺8224.35已建注：1.**湖污水处理厂规模为2010年旱季10万m³/d，雨季14万m³/d；2.污水处理工程和污水收集系统工程投资已经列入城建部门城市污水处理建设项目之中，不纳入本规划项目资金。而根据《黄冈市**湖水污染综合治理工程初步设计》，**湖污水处理厂的服务范围涉及黄州区约75%的区域（即黄州东门路（106国道）以南），至2020年其服务范围内的人口按黄州主城区总人口的75%计，即45万人。而该初设报告未对2020年的污水处理厂规模进行论证设计，至2020年10万m³/d的处理能力达已不能满足规划45万人的污水处理要求，故长河流域总体规划按黄州主城区人均日综合生活污水量350L/人.d，并综合考虑其它因素规划调整2020年**湖污水处理厂规模，详见表7.3-2。表7.3-2**湖污水处理厂规划处理规模一览表（规模调整后）污水处理厂服务人口（万人）污水处理厂规模（万m³/d）尾水排放水体处理深度及工艺投资（万元）备注**湖4520长河A²/O工艺20000规划注：1.污水处理工程和污水收集系统工程投资已经列入城建部门城市污水处理建设项目之中，不纳入本规划项目资金。随着黄州区城市化发展，结合**湖生态修复工程的要求，拟进一步完善**湖污水处理厂配套收集管网，至2015年实现**湖区污水收集处理率达100%。7.3.2面源污染控制工程本项目位于黄州城区，项目区的面源污染为城市面源污染，主要是初期雨水带来的城市面源。考虑到最大限度保护**湖水体不受污染，本工程拟采用初期雨水控制方案布置**湖周边城区雨水工程设施。即通过工程措施，在降雨时，一部分雨水在小区或者相关单位进行分散利用，一部分雨水经过源头控制初期雨水后排入到雨水管道中。在雨水排入**湖前，有条件的区域雨水进入雨水塘处理，无条件进入雨水塘的雨水通过管道进入**湖湖边的人工湿地进行处理，最后排入**湖。初期雨水的源头控制初期雨水指每年中的第一、二场雨水及之后每场雨水在刚刚产生地表径流导致河流（管道）中水质状况最差的那部分雨水。1）初期雨水水量的计算方法初期雨水量的确定，与一个区域的暴雨强度、汇流历时、汇水区域的下垫面状况及面积等有关。暴雨强度需对该片区域内的历年降雨资料进行统计和研究，汇流历时与地面坡度、下垫面状况等有关，对于黄冈市而言，从降雨到产生地面径流并汇集的时间大约在15分钟左右。另外，由于下垫面及汇水面积不同，初期雨水的量还与工程设计紧密相关，如管网的布设、通畅程度等等。因此，对于黄冈市的初期雨水量的计算目前尚无较为精确的方法，必须作进一步的深入研究。根据对黄冈市历史暴雨的研究情况，洪水主要是由45分钟暴雨造成，因此，呈贡新城初期雨水量的确定主要从45分钟暴雨来考虑。重现期按1年一遇设计，45min暴雨量为18.2mm，则降雨期间前15分钟的暴雨量为6.1mm，每1km2汇水面积所产生的暴雨水量为6100m3，由于规划后的下垫面为城市固化面，径流系数取0.60，则实际产生径流的水量为3630m32）初期雨水的污染（1）大气污染物由于大气的污染，雨水在降落过程中将大气中的部分污染物带入降水中，降水中污染物的多少主要取决各城市的空气状况，也可能由大气的迁移，从外域带入部分污染物。同时天然雨水中也含有一些污染成分，如SS、COD、硫化物，氮氧化物等，但浓度相对较低。（2）地面污染物降雨降落到地面，一部分降落到屋顶上；另一部分降落在地面上。根据地面形成径流状况可以将地面分为固化地面（如道路、广场等）和可渗透地面（如草坪等）。在可渗透地面的雨水一般在开始降雨期间直接渗透到地下，随着降雨时间的增加才开始形成径流，所以在可渗透地面一般不形成初期雨水。而固化地面降雨后很快形成径流，地面上的污染物很快被带入水体进入到管道中而进入水体中，形成初期雨水污染。屋面上的大气沉降物以及屋面材料的老化是其初期雨水污染物主要来源。其中屋面材料对径流水质有非常明显的影响，沥青油毡类屋面比水泥砖、瓦质类屋面的污染量高许多倍,在北京的一些屋面初期雨水的SS可达到100～250mg/L，其COD的含量可以达到1000～3000mg/l；同时材料老化和夏季的高温曝晒，径流中的污染物浓度都会有显著的升高，而且色度大，主要为溶解性COD，在初期雨水中，浓度可达到数千毫克/升。影响固化地面初期雨水水质的因素更复杂。路面材料、汽车排泄物，生活垃圾、裸露或植被地带冲出的泥沙等等。其成分复杂且随机性很大。道路上的污染物主要来源于汽车尾气的排放，根据目前的检测，汽车尾气主要有CO、NOx、SO2、Pb、Bsb等，这些物质一部分随大气扩散到空气中，一部分降落在地面上。一到降雨，路面上的初期雨水中的BOD、COD、Pb、石油类显著增加。检测表明，城市路面初期雨水COD浓度超过1000mg/l，甚至可以达到3000mg/l；石油类浓度超过100mg/l；SS浓度可达到2000mg/l以上，初期雨水中污染物浓度远远高于城市污水厂进水浓度。（3）影响初期雨水水质的其他因素城市初期雨水的水质除了受地面状况影响外，还与两场降雨间隔时间长短和暴雨强度有关。在未降雨期间，污染物降落在屋面和地面上慢慢积累，一般来说时间越长，积累的污染物就越多。因此在两次降雨时间间隔越长，初期雨水的水质将越差。地面沉积的大量污染物，在降雨期间被雨水冲刷到水体中，降雨强度越大，其冲击力越大，进入到水体的污染物越多，同时降雨强度越大，径流量就越大，将降低初期雨水污染物的浓度。3）初期雨水的源头控制由于初期雨水水质较差，而且水量比较大，它对环境的影响比较大，特别是在湖泊及景观要求比较高的河流地区，初期雨水对水环境的影响是更不容忽视。因此对初期雨水的收集处理是非常必要的。初期雨水的收集比较复杂，成本较高，且效果不一定明显。源头控制初期雨水是一高效经济的措施，源头渗透是控制初期雨水的最有效的手段。屋面初期雨水的控制①集蓄利用系统。雨水的集蓄利用系统可以设置为单体建筑物分散式和小区集中式。主要由集雨区、输水系统、截污净化系统（如过滤）、储存系统（地下水池或水箱等）及配水系统等几部分组成。对雨水量较大、雨水相对集中的地区还可设置渗透设施，与储水池相连，将溢流出的水渗透涵养地下水。德国城市家庭典型雨水集蓄利用系统的示意图如下图所示。若集蓄系统的净化系统不能满足雨水水质净化的效果时，还可以在雨水收集的立管上安装旋流过滤器等净水设备，加强水质的净化。另外，对水量较大的区域，还可将集水池设在地面上，形成水面景观或直接开挖人工坑塘、湖泊等具有景观功能的蓄水设施，将雨水净化、利用与城市景观作用结合起来。屋顶花园系统。雨水屋顶花园利用系统是削减城市暴雨径流量、控制雨水污染的重要途径之一，也可作为雨水集蓄利用的预处理措施为了确保屋顶花园不漏水和屋顶下水道通畅还可在屋顶花园的种植区和水体（水池、喷泉等）中再增加一道防水和排水措施。下图是德国**种城市屋顶花园构造的示意图。图7.3-1城市家庭典型雨水集蓄利用系统的示意图1.粗过滤2.进水管3.砖砌过滤墙4.水泵吸水管．5.水泵6.水表；7.应急供水管8.庭院浇洒水龙头:9溢流；10.侧所；11.洗衣机图7.3-2城市屋顶花园渗透构造示意图(2)道路雨水。道路雨水一般控制的途径是通过城市下水道排入城市污水集中处理厂进行处理后排入地表水体，或经路面下集雨窖简单处理后排入地表水体或渗透补充地下水。由于污水厂和雨窖的规模有一定限制，所以在路面雨水控制中还应首先考虑采取合理的措施控制减少地表道路的径流量，如道路系统尽可能使用可渗透的铺装材料，步行道用铺地石和透水砖铺设；树池以疏松的树皮、木屑、碎石、镂空金属盖板等覆盖。其次，在住宅区的道路两侧沿着排水道可修建渗透浅沟，表面覆盖植被，以利于雨水向地下入渗。这种开放的排水系统与传统的排水系统相比，减少了下游的洪峰流量和流速，道路雨水携带的污染物得到过滤，并通过渗透补充了地下水，涵养了地下水源，同时减轻了城市道路排水系统游的压力。（3）绿地雨水。绿地径流基本以渗透为主。同时因为绿地植物-土壤系统对污染物质有显著的净化作用，利用绿地渗透补充地下水质均较好。因此，在项目区的初期雨水源头控制的原则为：屋面材料杜绝采用高污染材料（如沥青，油毡等），尽量使屋顶绿化；地面尽量增加绿化地带和可渗透地面，减少固化地面；主干道的雨水直接进入下水道；对庭院的道路排水道可修建表面覆盖植被渗透浅沟。初期雨水源头控制示意如下：城市城市初期雨水道路绿地屋面道路绿地屋面自然渗透绿地净化地面渗透雨水集贮绿地净化屋顶花园自然渗透绿地净化地面渗透雨水集贮绿地净化屋顶花园初期雨水的集中处理初期雨水源头控制后，由于各种因素，初期雨水可能还具有一定的污染性，根据保护**湖的高要求，这部分城市面源污染仍然不可忽视，因此必须对雨水作进一步处理。建议将初期雨水接入市政管网，送往城市集中污水处理厂进行处理；不能接入市政管网的，接入邻近地区的雨水塘或者人工湿地进行预处理，尽量对雨水进行截留后再排入**湖。初期雨水控制处理对**湖的贡献目前，黄冈市初期雨水水质的资料比较少，本可研对黄州区的初期雨水的水质分析依据国内外一些城市水质资料进行分析。表7.3-4武汉市雨水污染物监测结果监测项目CODBODSSTNTP数值12.87-61.782.88-8.8644-1381.46-3.230.051-0.198单位面积径流负荷值（kg/ha.a）52.525.3117.831.12.66美国国家环保局（EPA）根据全美600座城市的雨水监测分析结果，得出单位面积污染物产生量如下：表7.3-5单位面积径流量产生污染物量（kg/ha.a）地面分类TSSTPTNBODCODPb商业11211.77.569.5470.83停车场452.7302.70.9高密度居住区430.3190.60.9中密度居住区213.00.62.814.680.70.2低密度居住区11.2000.2公路986.51.08.90工业区92.7公园3.401.72.20平均值441.8209.40.9本可研借鉴相关资料计算**湖区周边的排水区域污染物年排放量如下：表7.3-6径流污染物年排放量名称BOD(t/a)COD(t/a)SS(t/a)TP(t/a)TN(t/a)污染物量90.43582.121844.693.1415.19对初期雨水采取源头控制和集中处理后，各污染物按照60%的截留率处理，则**湖湖区每年入湖的污染物量见下表：表7.3-7初期雨水入湖量名称BOD(t/a)COD(t/a)SS(t/a)TP(t/a)TN(t/a)地面径流携带量90.43582.121844.693.1415.19截留量54.26349.271106.821.889.11入湖量36.17232.85737.881.266.087.4水系连通工程7.4.1由于唐家渡引水渠兼顾着灌溉的任务，故本次采用明渠。根据现场探勘，本着少占耕地和减少投资的原则，尽量利用现有的沟渠和选择最优的引水线路。其引水线路为：桩号0+350～2+300利用西沟现有的排水渠进行引水，桩号3+390～4+850为利用现有小沟渠扩挖而成，桩号2+300～3+390为新开渠道。7.4.1唐家渡引水渠设计流量为5.96m3/s，根据《灌溉与排水工程设计规范》渠道加大流量按设计流量的1.25倍考虑，加大流量为7.45m3/s。桩号0+350～2+300（利用西沟）按其排洪流量进行设计，即设计流量为8m3（1）过流能力计算不受节制闸壅水影响的渠道过流能力按恒定均匀流公式计算，即式中Q——渠道的设计流量（m3/s）；A——渠道过水断面面积（m2）；R——渠道过水断面的水力半径（m）；C——谢才系数，；——渠道比降；——渠道糙率，按土渠取0.03。（2）水头损失计算建筑物进口水头损失计算按下式计算:式中V——建筑物输水段的平均流速(m/s)；V1——上游渠道断面的平均流速(m/s)；ξ1——进口局部水头损失系数，根据进口渐变段形式可取0.1～0.3。建筑物出口水头损失计算按下式计算:式中V——下游渠道断面的平均流速(m/s)；ξ2——出口局部水头损失系数。出口断面回升一般较小，在本次设计中未加考虑，这样可使渠道的水头有富余，偏于安全。（3）渠顶高度计算根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），对于4～5级渠道，堤顶超高按下式计算:式中——渠道堤顶超高（m）；——渠道通过加大流量时的水深（m）。根据上述公式计算，来综合确定各渠段的堤顶超高。渠道纵断面设计首先要保证设计水面线平顺衔接，然后根据渠道上建筑物的底部高程，并考虑建筑物的水头损失，确定渠底高程及渠道比降。渠道横断面形式均为梯形。对于现有沟渠上开挖的渠道底宽根据现状宽度确定，挖方深度较小、边坡较缓的渠道边坡系数也根据现状确定，填方渠道渠堤外边坡不小于1:1.5。为防止风浪对渠床的淘刷，衬砌护面应有一定的超高，根据相关规范和资料，本次设计衬砌高度按照设计水深加上0.3m超高确定。表7.4-1渠道设计标准断面特征表项目设计流量Q水深h底宽b左边坡m1右边坡m2糙率n纵坡I流速V桩号工况0+350～2+300设计8.001.775.00340000.592加大10.001.995.00340000.6292+300～4+850加大7.452.052.00325000.714设计5.961.852.00325000.675表7.4-2渠道各断面设计参数表桩号地面最低点高程（m）设计底高程（m）渠底宽度（m）设计水位（m）计算渠顶高程（m）衬砌高程（m）设计左渠顶高程（m）设计右渠顶高程（m）备注0+40019.8418.94520.7121.6321.0121.6321.630+60019.5318.89520.6621.5820.9621.5821.580+80019.0218.84520.6121.5320.9121.5321.531+00018.7718.79520.5621.4820.8621.4821.481+20018.7918.741020.5121.4320.8121.4321.431+40018.9518.698.520.4621.3820.7621.3821.381+60018.2218.64620.4121.3320.7121.3321.331+80018.8918.5910.520.3621.2820.6621.2821.282+00018.5818.547.520.3121.2320.6121.2321.232+20018.5618.499.520.2621.1820.5621.1821.18溢流堰2+25018.47西沟倒虹吸2+30518.072+31020.4218.052.0019.9020.8220.2020.8220.822+35020.4918.032.0019.8820.8020.1820.8020.802+45020.7217.992.0019.8420.7620.1420.7620.762+65021.1217.912.0019.7620.6820.0621.0221.012+78017.86中沟倒虹吸2+82917.462+85020.5117.452.0019.3020.2219.6020.5020.523+05020.7217.372.0019.2220.1419.5220.7220.713+35020.7417.252.0019.1020.0219.4020.7820.803+45019.9117.212.0019.0619.9819.3621.0620.703+65019.3217.132.0018.9819.9019.2821.0121.113+85019.1117.052.0018.9019.8219.2020.9420.404+05019.0816.972.0018.8219.7419.1220.8120.944+25018.8316.892.0018.7419.6619.0421.0720.984+45018.7616.812.0018.6619.5818.9620.6820.974+65018.3216.732.0018.5819.5018.8819.6620.984+85016.7816.652.0018.5019.4218.8019.4219.4（1）渠道横断面设计1）对唐家渡渠道中现有沟渠的整治原则为：当现有断面满足设计的标准横断面的要求时，尽量保持现有沟渠的底宽，不缩小其现有断面的原则；如现有断面小于设计断面时，则按设计断面进行设计。2）对桩号2+300～4+850段渠道即新开渠道采用以下两个方案进行比选。方案1：渠道横断面采用梯形断面型式：渠道设计底宽2m，边坡1：1.5，高度2.77m，渠道底部和边坡均采用植草砖+草皮护坡。方案2：渠道横断面采用矩形结构型式：设计底宽2.5m，高度2.56m，采用U形槽结构，壁厚30cm钢筋混凝土结构。表7.4-3两方案投资比较表项目单位单价梯形断面矩形断面数量合价数量合价土方开挖m31712.1205.721.07358.12土方回填m326012.20317.20草皮护坡m2610.160.60.00植草砖m23510.1353.5永久占地m24814.67704.168.50408.00C20混凝土m332002.47789.12钢筋t660000.171139.29合计1323.963011.73经过比较，方案1比方案2经济投资少，而且从生态的角度来考虑，采用草皮护坡比混凝土结构要好得多，故选用方案1。由于本段渠道在过水断面基本为挖方渠道，且均为粉质粘土地层，渠道本身具有一定的防渗功能，为防止渠道冲刷，从生态的角度考虑，本次渠道的横断面衬砌方式为：设计水位+0.3m以下渠坡和渠底采用植草砖+草皮护坡；设计水位+0.3m以上渠坡采用草皮护坡。（2）渠道滑弧稳定计算稳定计算断面的选择根据地形地质条件，选择渠身最高的断面进行渠坡稳定分析计算。计算工况a、施工期渠内坡及的稳定计算。b、设计水位下稳定渗流期的渠内坡稳定计算。c、水位骤降工况渠内坡稳定计算。计算方法本计算方法是根据武汉水利学院编制的土坝稳定分析的计算程序，采用毕肖普法计算。计算在稳定渗流条件下内外渠坡的稳定安全系数。采用有效应力法计算，施工期、水位降落其同时采用总应力法计算。计算参数计算参数是根据地质提供的地基土层物理力学参数表选取。表7.4-4渠坡稳定计算结果表计算工况毕肖普法备注计算值规范值水位骤降期1.361.15满足要求施工期1.221.05满足要求设计水位稳定期1.261.15满足要求.2根据相应的设计引水方案，拟在长河右岸桩号K9+900附近引水至**湖，设计引水流量为1.3m3/s，设计引水位为17.93m。因长河枯水期水位较低，一般低于设计引水位，因此需在引水口附近新建拦河挡水建筑物，以保证引水需求。因长河桩号K10+000附近的设计河床底部高程在12.75m左右，因此新建的拦河建筑物挡水高度在5m左右，属低水头拦河建筑物。（1）坝型选择引水工程中的拦河建筑物为低水头拦河建筑物，可选方案有拦河节制闸、拦河橡胶坝和水力自控翻板闸。引水口附近的长河河道底宽在45m～110m之间，平均宽约70m，如果全断面修建拦河节制闸，将大大增加投资；若部分建闸，则需要建设辅助坝段，不利于洪水期的行洪。另外，拦河闸总的来说投资大，技术复杂，对闸址地基要求高，.运行维护保养费用高。拦河橡胶坝结构简单新颖，坝袋是用合成纤维织物和合成橡胶制成的薄壁柔性结构，代替钢和钢筋混凝土结构。与拦河闸相比，由于橡胶坝单跨长度大，大大减少了中墩数量，基本不影响河道原有行洪断面，另外还不需要修建闸墩上的工作桥、机架桥等钢或钢筋混凝土结构。相比之下，橡胶坝结构简单，三材用量显著减少，一般可节省钢材30～50%，水泥20～50%，木材60%以上。根据相关统计资料，与同规模的常规拦河闸比较，橡胶坝的造价一般可减少30～70%。此外，与拦河节制闸比较，拦河橡胶坝还具有施工期短、止水效果和抗震性能好、操作灵活、运行维护费用低等特点，特别适合于平原河道上的低水头溢流坝。水力自控翻板闸是利用水力和闸门自重平衡原理，增设阻尼反馈系统来达到闸门随上游水位升高，而逐渐开启泄流；上游水位下降，而逐渐回关蓄水，使得上游水位始终保持在要求的范围内。水力翻板闸能根据上游水位自动调节，造价低，结构简单，施工期短，管理运行方便，但也存在很多问题，主要有：一是阻水，经不住大洪水的冲击，易被洪水冲毁，全国每年都有大批翻板闸门被洪水冲毁。二是易被漂浮物卡塞或上游泥沙淤积，造成不能自动翻板而影响防洪安全。三是洪水过后，翻板闸门再关上时被异物卡住，造成大量漏水，无法正常蓄水工作。四是上游漂浮物无法清理，使河道脏乱。经综合论证比较，本拦河建筑物型式选为袋式充水橡胶坝，锚固方式采用双线不穿孔螺栓压板式锚固。（2）坝址选择根据现场勘察，拟有两个坝址可选，坝址一为桩号K10+000处，坝址二为桩号K9+450处，两址相距550m。坝址一位于坝址二的上游，此处河面相对较宽，根据《长河初设》，河道底部设计高程为12.75m，设计洪水位为17.93m；坝址二位于坝址一的下游，此处河面相对较窄，根据《长河初设》，河道底部设计高程为12.73m，设计洪水位为17.93m。因长河设计纵坡缓（此段为1/13000）水位落差非常小，两址处的设计坝高均可为5m，选择坝长较短处建坝可减少工程投资。因此拟选坝址二为橡胶坝的坝址，即长河桩号K9+450处。7.4.2本橡胶坝工程由上游连接段、坝基段和下游连接段组成。上游连接段包括铺盖和护坡，顺水流向长为20m，梯形断面，底宽50m，边坡坡比1：2.5。坝基段包括坝底板、橡胶坝袋、两侧岸墙和泵房及控制室等。底板顺水流向长为20m，设计底板高程13.00m。橡胶坝坝顶长度75m，设计坝高5m，坝顶高程18.00m。左右岸墙的墙顶高程为19.80m，右岸墙内布置泵房，顶部设控制室。下游连接段包括护坦（消力池）、海漫、防冲槽和左右岸护坡。消力池为底流消能，池底高程11.50m，池长16m（包括1：4的斜坡段），底宽50m，左右边坡坡比为1：2.5。海漫长15m，防冲槽长10m，底宽50m，左、右边坡坡比均为1：2.5。橡胶坝袋设计（1）坝袋参数拟定坝袋须拟定的参数有：坝高H1；内压水头H0；内压比；上游坝面曲线段长度S1；下游坝面曲线段长度S；上游贴地段长度n；下游贴地段长度X0；坝袋有效周长L0；坝袋单宽容积（坝袋断面面积）V。各参数详见图7.4-5。图7.4-5橡胶坝坝袋计算模型简图本橡胶坝设计坝高取为m，内压比取。坝袋各参数计算采用查表法计算。根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98），查附录B中的表B.2.2-1充水式橡胶坝坝袋设计参数表，计算可得坝袋各项参数，计算结果详见表7.4-6。表7.4-6橡胶坝坝袋各项参数计算表袋壁拉力上游段弧长下游段弧长下游段贴地长度上游段贴地长度上游段曲率半径双锚坝袋有效周长（不包括锚固长度）坝袋底垫片有效长度（双锚）坝袋单宽容积T（kN/m)S1（m）S（m）X0（m）n（m）R（m）L0（m）n+X0（m）V（m3/m）208.78758.85552.9386.4556.666517.6439.39343.01（2）坝袋选择1）坝袋经向计算强度由查表法计算可知，坝袋经向计算强度kN/m。2）坝袋设计强度根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98）第3.1.5项的规定，坝袋强度设计安全系数充水坝不应小于6.0。根据相应的条文说明，确定坝袋纬向强度设计安全系数的方法是一种经验的和近似的方法。根据试验结果分析，橡胶坝坝体纵断面采用梯形或矩形布置，在边墙、边坡采用压板锚固时，纬向强度设计安全系数取用经向强度设计安全系数的0.8～1.0倍。在确定坝袋强度安全系数时还应考虑下列因素：坝袋胶布材料加工制成胶布时强度损失一般达15％～25％左右，并且材料强度存在不均匀性；坝袋在使用过程中因老化所造成的强度损失，及工程规模和重要性等。综上所述，橡胶坝坝袋的经向及纬向设计强度取为800kN/m，坝袋型号选定为JBD5.0-300-3，胶布型号为J300300-3，经（纬）向强度为900（900）kN/m。另外，橡胶坝袋应满足下列构造要求：在胶布加工条件许可的情况下，应尽量选用布幅较大的帆布；坝袋胶布的帆布层数不宜超过三层；坝袋胶布各层胶中，外覆盖胶的厚度应大于2.5mm，夹层胶厚度为0.3～0.5mm，外覆盖胶的厚度应大于2.0mm；坝袋胶布布幅间的搭接强度应大于坝袋纬向设计强度。（3）坝袋锚固坝袋采用不穿孔螺栓固定压板双锚固。上下游锚固线在底板上的距离为坝袋上下游贴地长度，即为坝袋底垫片有效长度9.393m。为使坍坝时坝袋平整不阻水，充坝时坝袋褶皱较少，斜坡部分的锚固线上游侧为相切于坝袋设计外形的折线布置，下游侧为直线布置。上游锚线在边坡上延长一段，然后分布若干折线向上布置，以便在坝袋充涨时减少纬向应力。两坝端坝高取设计坝高的1.1倍。①单根螺栓承载计算根据“橡胶坝规范”，螺栓间距取值范围：0.2～0.3m，本工程选取0.2m。每根螺栓承受的荷载可按下式计算：式中：Q0—螺栓承受拉力（kN）；K1—螺栓紧力及扭转力影响系数，取为1.75；T0—单位长度螺栓计算荷载（kN/m）；n—1m长度内螺栓根数。计算可得，Q0=35kN。②螺栓直径计算螺栓直径可按下式计算：式中：d—螺栓直径（cm）；[]—螺栓允许拉应力（N/cm2）。螺栓选用3号钢，允许拉应力拉=16000N/cm2。考虑扭转应力的影响，允许应力[拉]=0.75拉=12000N/cm2。经计算，螺栓直径为2.2cm。因此选用地脚螺栓（GB799–88）M36，即d=36mm。（3）螺栓的埋置深度Lm螺栓与底板钢筋焊接，以增加螺栓与砼的结合。Lm=15d=530=450mm选用螺栓为（GB799–88），M36–500–60，表面需镀锌钝化处理。（4）坝袋构造充水橡胶坝设置安全溢流装置，并在坝顶设置排气阀。另外，橡胶坝设置底垫片，底垫片应不漏水并具有一定的抗拉强度。土建工程设计（1）坝底板①顺水流向长度确定坝底板顺水流方向长度即底板宽度应满足坝袋坍落线的宽度要求，并在上下游应留足安装检修的交通道。双锚固橡胶坝的底板宽度可按下式估算：式中：L2—底板顺水流方向长度，m；L02、L03—分别为双锚固时坝袋有效周长和贴地长度，m；l1—上游安装、检修通道，为锚固线至上游底板端部长度，m；l2—下游安装、检修通道，为坝袋坍落线至下游底板端部长度，m。经计算后确定，L2=20m。②底板结构底板结构型式为现浇C25钢筋混凝土平底板，设计底板高程略高于原设计河床高程（12.73m），为13.00m。底板厚度为1.5m，下设厚0.1m的现浇C10素混凝土垫层，其上、下游端则各设置深度为1m的齿槽。底板中间设一道顺水流向的沉陷缝，缝宽2cm，缝内设紫铜片止水，并用沥青砂板填缝。（2）上游防渗铺盖为延长渗径，降低渗透压力和渗透坡降，拟在上游设置防渗铺盖。铺盖采用现浇C25钢筋混凝土结构，长度为20m，厚0.5m，下设厚0.1m的现浇C10素混凝土垫层。铺盖在顺水流向设两道沉陷缝，缝距为16.67m，缝宽2cm，缝内设紫铜片止水，并用沥青砂板填缝。（3）消能防冲设计①泄流能力计算橡胶坝泄洪能力可按堰流公式计算：式中：Q—过坝流量（m3/s）；—堰流侧收缩系数，与边界条件有关，取值同水闸；—淹没系数，可取宽顶堰的试验数据；m—流量系数；B—溢流断面的平均宽度（m）；h0—计入行近流速水头的堰顶水头（m）；h1、h2—坝上、下游水深，m；H—运行时坝袋充胀的实际坝高，m；H0—坝袋内压水头，mH1—设计坝高，m。为避免振动，坝袋充起时，坝顶溢流深度控制在0.5m内。当坝顶溢流深度为0.5m时，橡胶坝坝顶过流量可达到42.3m②消能设计计算橡胶坝采用底流式消能，即采用挖深式消力池进行消能，并紧接消力池后设置海漫和防冲槽，用于保护消力池后的河床免遭水流冲刷。橡胶坝工程下游消能计算公式采用《水闸设计规范》（SL265-2001）中的附录B消能防冲计算公式，主要确定消力池、海漫及防冲槽的结构尺寸。计算时，一般设定在设计流量或给定流量的条件下，计算在坍坝过程中不同坝袋高度及所对应的下游河床水深下的消力池的池深、池长等，选取上述最不利的计算值，作为消力池结构尺寸的设计依据。也就是通过试算确定消力池的池深、池长和底板厚度。根据现有橡胶坝的运行经验，一般情况下，为避免橡胶坝袋的强烈振动，当上游来水、坝顶溢流水深超过0.5m时，橡胶坝应排水坍坝运行。因此，消能计算时，橡胶坝上游水位定为18.5m，即高出设计坝高0.5m，计算取坝高5m、坍坝0.5m、坍坝1m、坍坝1.5m和坍坝2m等工况分别进行试算，最后确定消能设施的各个结构尺寸。A、消力池消力池深度计算公式如下：式中——消力池深度（m）；——水跃淹没系数，可取1.05～1.10；——跃后水深（m）；——收缩水深(m)；——水流动能校正系数，可取1.0～1.05；——过坝单宽流量(m2/s)；——消力池首端宽度（m）；——消力池末端宽度（m）；——由消力池底板顶面算起的总势能（m）；——出池落差（m）；——出池河床水深(m)；——流速系数，一般采用0.95；消力池长度计算公式如下：式中——消力池长度(m)；——消力池斜坡段水平投影长度(m)；——水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8；——水跃长度(m)。消力池底板始端厚度可按抗冲和抗浮要求分别计算，并取其大值。计算公式如下：抗冲抗浮式中——消力池底板始端厚度，m；——坝顶溢流水时上、下游水位差，m；——消力池底板计算系数，可采用0.15～0.20；——消力池底板安全系数，可采用1.1～1.3；——作用在消力池底板的扬压力，kPa；——作用在消力池底板顶面的水重，kPa；——作用在消力池底板上的脉动压力，kPa；——消力池底板的饱和重度，kN/m3。试算后确定，消力池池深取1.5m，池长16m，底板厚度为1m，采用现浇C25钢筋混凝土结构，下设厚0.4m的砂石反滤层，底板末段设Φ100mm的PVC排水管，排距和孔距均为1.5m，梅花型布置。B、海漫海漫长度可按下式计算：式中－海漫长度(m)；——消力池末端单宽流量，m2/s；——海漫长度计算系数。经计算确定，海漫长度取15m，采用M10浆砌石结构，厚度0.5m，下设厚0.4m的砂石反滤层。海漫段M10浆砌石底板上设置Φ100mm的PVC排水管，排距和孔距均为1.5m，梅花型布置。C、下游防冲槽海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算：式中dm—海漫末端河床冲刷深度，m；qm—海漫末端单宽流量，m3/（s﹒m）；[v0]—河床土质允许不冲流速，m/s；hm—海漫末端河床水深，m。经计算，dm=m。参照实际工程经验，下游防冲槽的深度一般采用1.5m～2.5m。本工程取2.0m，槽顶与海漫末端齐平，堆石粒径30～50cm。防冲槽上下游边坡为1：2、1：3，两侧边坡坡度与两岸岸坡相同，为1：2.5。（4）两侧边墩及护坡设计橡胶坝坝袋与两岸采用斜坡式岸墙进行连接，斜坡坡度为1：2.5。左、右岸墙均采用现浇C25钢筋混凝土结构，顺水流向长度为20m，墙顶高程为19.80m，其中右岸岸墙内设置充排水用泵房。岸墙具体结构型式及尺寸详见图纸。为防止水流冲刷，上游铺盖、消力池、海漫及防冲槽段两侧边坡均进行护砌。护砌采用现浇C20混凝土结构，除消力池段的混凝土护坡厚度为0.5m外，其它各段的混凝土护坡厚度为0.2m，护坡下设厚0.1m的砂石垫层。混凝土护坡每隔4m设一道沉陷缝，缝宽2m，并用沥青砂板填缝。充排水系统（1）供水水源为减少工程运行费用，利用上游水源充足的条件，从橡胶坝上游铺盖边缘的透砂砌块大口井取水，取水口安装在井内，进水口比护坦低1.0m，而护坦比坝底板顶面低0.5m，因此即使在坍坝且下游无水状态时，上游护坦上尚有0.5m深的水，水源充足，能满足坝袋充水量需要。河水经沉淀后作为供水水源，可保证供水水源含沙量较小。（2）供、排水系统设计①水泵设计流量确定水泵的选型应根据坝的规模、充（坍）坝时间及拟定的系统确定水泵的流量。在设计情况下，坝袋充水量约为2688m3式中Q－计算的水泵所需要最小流量，m3/h；V－坝袋的充水容积，2688.1m3n－水泵台数（2台），1用1备；t－充坝或坍坝所要求的最短时间，h。经计算，橡胶坝水泵设计流量为896m3②水泵扬程的确定水泵扬程应该根据管路的布置分别计算充坝或坍坝时所需水压力，即式中HB－水泵所需的扬程，m；－水泵出水管管口高程，m；当出水管直接向坝袋充水时，则；H1－橡胶坝坝高，m；－坝袋内压比；本工程橡胶坝内压比为1.3；－坝底板高程；－水泵进水管最低水位，m；－水泵进水管、充排水管等管道系统的水头损失总和，m。经计算，橡胶坝扬程为9.5m。③水泵选型根据流量和扬程，结合水泵性能特点，选择水泵型号350S16A，其特性参数详见表7.4-7。选择机组2套（其中1套备用）。当洪水突来须紧急坍坝时，可同时启动两台机组。表7.4-7水泵特性参数表型号转数n(r/min)流量Q(m3/h)扬程H(m)效率η（%）功率(kW)必需气蚀余量(m)配带电机型号重量（kg）轴功率电机功率泵重电机重350S16A148080013.77440.345Y250M-4380VIP4489542096711.57838.87.111678.67039（3）充排水管路布置为节约工程投资，减小占地面积，坝袋的充水、排水管合用，充、排水泵合用，供排水调度时运用电动蝶阀控制。在河道右岸边墩内布置供、排水泵房，在坝底板下铺设一条压力钢管供充排水用，管道设4个进出水口。充排水管道的直径按下式计算：式中Q－管段内最大计算流量，m3/s；v－管道采用的计算流速，m/s。充排水管径计算以机排为控制条件，根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98），水泵吸水管中的流速在1.2～2m/s中选取；压水管中的流速在2～5m/s中选取。管径选取结果详见橡胶坝充排水系统原理图。（4）橡胶坝运行方式①充水运行橡胶坝由水泵从蓄水坑供水管取水，经埋于坝底板下方的充（排）水管路，由进（出）水口向坝袋供水。为避免坝袋超压运行，在坝端设超压溢流管，当坝袋内水压超过设计值（6.5m）时，将溢流出水，此时应立即停止向坝内充水。②排水运行橡胶坝在排水时，采用自流与动力混合排水方式，充排水系统公用一套水泵装置，出水管经水泵室的阀门切换将水排向坝下游消力池的出水坑。③立坝运行在调水期需向**湖引水时，才进行立坝操作，向橡胶坝袋充水，橡胶坝的具体操作参见橡胶坝充排水系统原理图。在立坝过程中，观察坝体的变化，如发生异常现象，应立即关闭相应的阀门进行检修，当超压溢流管向外溢水时停泵。④坍坝运行在非调水期特别是汛期，不需要向**湖引水时，需进行坍坝操作。正常情况下，当坝顶溢流水深超过0.5m时，橡胶坝即开始坍坝，直至坍平为止，以保证橡胶坝的安全。非调水期应坍坝运行。（5）泵房设计泵房主要是用来布置水泵机组及设备，其平面尺寸主要是考虑机组设备安装、管道、吊物孔和楼梯的布置及工作人员操作，检修等，同时还须考虑工程经济，减小滞洪影响。由于橡胶坝袋为端锚式，泵房可布置于边墩内，根据本工程实际情况和方便运行管理，泵房布置于右侧的边墩内。根据管理方便及防洪的需要，泵房的上部布置控制室。泵房控制室高程为19.80m，平面尺寸7m20m，泵房内布置了2台350S16A型离心泵、1台QS25-7-2.2型潜水电泵、阀门及附件；橡胶坝上游给水井中配置1台QS65-18-5.5型潜水电泵作为橡胶坝的辅助充水泵。由于泵房层高程较低，设计时考虑泵房内防渗、排水、通风、操作人员工作及设备起吊、检修等。（6）坝袋的安全监测和自动控制系统为防止坝袋超压，橡胶坝在两侧岸墙内设置安全溢流管与坝袋相连通，其管出口位置与坝袋设计内压水头齐平，当充坝高度超过设计内压时，水就从超压溢流管溢出，可保证坝袋不致因超压而破坏，两根溢流管径与充排水管直径相同，保证超压溢出的水流量大于坝袋充水流量，该管设置逆止阀。溢流管兼作排气用。本橡胶坝设置一套安全监控和自动化控制系统，具有数据实时采集、历时资料查询编报、远程与现地控制、非法入侵监测、异常情况报警及自我图文宣传等功能，由安全监控、水位流量监测、系统报警、软件、多媒体演示等模块组成。各模块的功能任务为：安全监控：监视橡胶坝上下游安全保护区以及坝袋运行的实时状况。坝体监控：橡胶坝充排水阀门和调节闸阀等的自动启闭、坝袋高度的自动调节。水位流量监测：上下游水位、来水量、泄流量、坝体高度、坝袋内压及坝体其它参数的监测。系统报警：当有人员、船只或物体闯入安全保护区，或当水位、坝袋内压和坝袋高度等参数超过设定值时，系统自动声光报警。软件：数据采集、存储、显示、打印、报表生成、数据查询、远程传输和网络服务等。多媒体显示：对本橡胶坝工程情况及有关背景材料进行解说、演示操作等。7.4.2橡胶坝的稳定性验算包括坝基的渗透稳定，坝底板及岸墙的稳定验算等，均参照《水闸设计规范》（SL265-2001）中相应的规定进行计算。本橡胶坝的工程等别和建筑物级别为Ⅲ等和3级，参照《水闸设计规范》（SL265-2001），本橡胶坝为的稳定计算应满足下列要求：各种计算情况下，土基上的坝底板及边墩的平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；中等坚实土基上，其基底应力的最大值与最小值之比和沿基底面的抗滑稳定安全系数均应不小于表7.4-8中的允许值。表7.4-8橡胶坝稳定计算各项允许值荷载组合计算允许值（3级建筑物）抗滑稳定安全系数Kc基底应力最大值与最小值之比η=Pmax/Pmin地基允许承载力（kPa）基本组合1.252.00特殊组合Ⅰ1.102.50Ⅱ1.05（1）坝基渗透稳定性验算橡胶坝地下轮廓形状初步拟定后，须要验证橡胶坝的防渗长度L，只有实际防渗长度L>[L]，橡胶坝防渗措施才是可行的。橡胶坝工程采用《水闸设计规范》（SL265-2001）中规定的闸基防渗长度计算公式进行渗透计算，计算公式如下：式中L—坝基防渗长度，即坝基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m；ΔH—上、下游水位差；C—允许渗径系数值。粉质粘土根据工程布置，上游设置了长20m的C25混凝土铺盖，橡胶坝C25混凝土底板长20m，实际防渗长度大于40m。因此，坝基防渗满足规范要求。（2）坝基及坝底板稳定计算①计算工况根据橡胶坝的实际运行中可能出现的各种情况，坝基及坝底板稳定计算工况选取两种最不利情况进行计算：工况一是试坝时，即坝的上下游均无水，坝基底不承受浮托力和渗透压力，地基只承受坝袋内水重和坝底板自重；工况二是橡胶坝正常蓄水情况，即设计工况时，橡胶坝充胀挡水，上游水位与坝顶齐平，坝下游无水。具体计算工况及其荷载组合详见表7.4-9。表7.4-9橡胶坝计算工况荷载组合计算工况自重水重静水压力扬压力土压力浪压力基本组合工况一√—————工况二√√√√√√②计算公式土质地基上的坝底板沿基底面的抗滑稳定安全系数按下式计算：式中——沿坝基底面的抗滑稳定安全系数；——坝基底面与地基之间的摩擦系数，取0.20；——作用在坝底板上的全部竖向荷载（包括坝底板基础底面上的扬压力在内）之和，kN；——作用在坝底板上的全部水平向荷载，kN。坝基底应力及其最大值与最小值之比（不均匀系数）按下式计算：式中——坝基底应力的最大值或最小值，kPa；——作用在坝底板上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩之和，kN·m；——坝基础底板基底面的面积，m2；——坝基础底板基底面对于该底面垂直水流向的形心轴的截面矩，m3。③计算结果及结论根据上述公式计算的成果详见下表。表7.4-10坝基稳定计算成果表计算工况抗滑稳定安全系数Kc基底应力（kPa）不均匀系数η地基允许承载力（kPa）计算值规范值PmaxPminP平均计算值规范值工况一1.2570.5267.6269.071.052.00180工况二2.611.2566.4851.3658.921.292.00由计算可知，在试坝和坝体正常挡水情况下，坝基抗滑安全系数、基底应力不均匀系数、地基承载力均满足规范要求。（3）边墩稳定计算根据工程布置和橡胶坝的实际运行中可能出现的各种情况，取左岸岸墙进行稳定验算，计算公式同上。岸墙稳定计算工况选取两种最不利情况进行计算：工况一是完建时，即墙前无水，墙后挡土，但不考虑墙后地下水的影响；工况二是橡胶坝正常蓄水情况，即设计工况时，橡胶坝充胀挡水，上游水位与坝顶齐平，坝下游无水，此时坝体前段岸墙的墙前挡水，后