二、 工 程 设 计

建国后,根据水利规划,完成了洪泽湖控制、骆马湖控制、沿海挡潮、分淮入沂、淮水北调、江水北调东引等一大批大型工程设计,包括河道、水闸、船闸、地涵、桥梁、抽水站、水电站等工程。一些大型水工建筑物,都是依靠广大科技人员集体智慧,自行设计完成的。工程设计的技术亦有较大发展,水工结构理论由弹性理论到塑性理论,闸底板设计计算由反梁到利用弹性力学按弹性地基梁计算,河网计算由均匀流水力条件到网络结合模拟水系;机电设计由小到大,从现场手动操作到集中程序控制;泵站设计由立式轴流泵肘型进水虹吸出水流道到混流泵钟型进水平面蜗壳出水流道,从真空破坏阀到液压快速闸门断流。

(一) 大型河道工程设计

建国以来,全省新开了新沂河、新沭河、淮沭新河、苏北灌溉总渠、入江水道、新通扬运河、斗龙港、黄沙港、太浦河、望虞河等一批大型流域性河道。这些工程的设计,从实际出发,因地制宜,综合治理,洪涝分治,高低分开,灌排分开,干支河配套,妥善处理洪涝旱、上下游、左右岸等水利矛盾,成为省内多功能的主要骨干河道,对全省国民经济和社会发展,发挥了很大作用。

新沂河工程 1949年冬起兴建的省内第一条全长186公里大型人工河道,使沂河洪水直接入黄海,改变了过去侵占南北六塘河等几条排水干河,洪涝不分,高低地不分,遍地漫流的局面。该工程设计采用“筑堤、束水、漫滩”的行洪方式,挖泓新筑两道大堤,堤距1~3公里,迫使洪水纳入两堤之间滩地下泄入海。河中滩地实行“一水一麦”,一年可收获一季庄稼,比挖深河开挖的土方量少,投资省,工期短。整个工程只经一个冬春的施工,于1950年汛前就建成一条行洪3500立方米每秒的排洪通道,当年汛期就经受了5次行洪考验,使沂河洪水归槽入海,保护了广大地区的农业生产和群众安全。以后50~60年代开挖的淮沭河、邳苍分洪道、入江水道等流域性河道亦采用这种设计。

淮沭河工程 1957年兴办“分淮入沂、淮水北调”工程中的主要项目,按照排洪、灌溉、除涝、航运综合治理进行设计。河道工程亦采用“筑堤、束水、漫滩”行洪方式,开挖东西两条偏泓结合筑堤,并用以向淮北送水和沟通淮阴至沭阳间的南北一条新航道。同时,总结以前开挖流域性大型河道,曾带来面上一些排灌水利矛盾的经验教训,对两岸面上排灌问题统一规划设计,将面上排涝标准提高到五年一遇。其工程项目包括干河土方工程、二河闸、淮阴闸、沭阳闸、六塘河地涵、淮沭河船闸、沭阳船闸、堤防块石护坡以及偏泓生产桥、两岸灌排工程处理等,做到“治理一条线,带动一大片”。以后开挖的入江水道、新沭河等流域性大型河道都将河道两岸面上灌排问题统一规划设计和实施。

京杭运河(苏北段) 建国后进行了3次大规模的整治,综合治理,综合开发。第一次整治,1954年江淮大水,京杭运河里运河段暴露出不少问题,危及里下河地区安全。省水利厅根据省委、省人委的指示,首先进行里运河段的整治。于1956年编制《里运河(西干渠)整治工程初步设计》上报水利部。该工程设计按防洪、灌溉、航运综合治理,以防洪为主进行。主要工程是从淮安节制闸至四里铺拓西堤,四里铺至高邮镇国寺拓浚建新东堤,镇国寺至邵伯闸拓西堤,东西堤筑块石护坡,并拆除原东堤上归海坝。东西堤堤顶高程设计为:西堤9.3米,并在堤顶加筑高1米的子埝;东堤10.5~11.5米,成为里下河地区的防洪屏障。1956年冬至1957年春,先完成了四里铺至高邮镇国寺段26.5公里新东堤。

第二次整治,1958年国家决定全面整治京杭运河,江苏省抓住这机遇,全面进行京杭运河江苏段整治规划设计。其工程规划设计的指导思想是航运交通结合洪涝旱的治理,工农业生产和群众生活用水全面考虑,综合治理,达到一河多用,一闸多用,一站多用,充分发挥京杭运河的潜在功能,最大限度地为沿线城乡发展服务。河线的设计经反复比较,徐州段采用西线方案,结合排洪要求,开挖湖西深槽通航,徐州至邳县大王庙扩大不牢河,并设蔺家坝、解台、刘山3个梯级。大王庙至长江段基本循原运河路线,局部改善,其中中运河段设皂河、宿迁、刘老涧、泗阳4个梯级。里运河设淮阴、淮安、邵伯、施桥4个梯级。苏南段由原镇江京口入运河,改为从谏壁入运河,设谏壁、浒墅关、平望北、平望南4个梯级。设计航道标准为2~3级,其底宽徐州至长江段不小于70米,其余各段不小于60米;水深不小于3.7米。船闸设计,徐州至长江段为230米×20米,水深不小于5米;其余各段为220米×16米,水深不小于4米。为排运西白马湖、宝应湖地区涝水,建穿运白马湖、宝应湖2个地涵。后由于国民经济调整,压缩建设规模,除苏北段主要的船闸、节制闸、地涵、桥梁按设计标准兴建,航道缩小标准开挖,苏南段未实施。六七十年代,江苏兴建江水北调工程,运河成为输水干道,沿线兴建抽水站,逐级抽江水至徐淮地区灌溉农田和补充航运用水。

第三次整治,80年代初,交通部编报《京杭运河(济宁至杭州)续建工程可行性研究初步报告》,经国务院同意,批准实施江苏徐扬段续建工程,基本按1958年的规划设计续建,并作局部完善补充,扩大港口建设和船闸通航能力。主要工程有不牢河段和淮泗段拓浚,淮安至界首段里运河中埂切除,新建9座复线大船闸,沟通高邮运东、运西航运的2座小船闸,新建3座公路桥,新建和扩改建抽水站8座,以及重点港口3个等等。经1982~1988年7个年头的紧张施工,全面建成,大大提高了防洪、灌排、江水北调和通航能力。

(二) 水利枢纽工程设计

建国后,全省建成了江都、淮安、淮阴、宿迁、秦淮新河、谏壁、犊山等一批具有防洪、灌溉、排涝、航运、抽水、发电等多功能的主要水利枢纽工程。工程布局设计科学合理,调度运用方便,效益显著。

淮阴枢纽工程 位于淮阴市西的杨庄附近,是京杭运河、废黄河及淮沭河的相交处,又是盐河、淮涟干渠的起点。民国期间,兴建了杨庄活动坝,排泄淮河及沂泗洪水循废黄河入海,又建淮阴船闸,以沟通杨庄到淮阴城区的航运。建国后,50年代末,兴建盐河闸(结合水力发电)和盐河船闸,以引水灌溉盐河两岸农田,沟通盐河的航运。50年代后期,开辟淮沭新河时,该处兴建淮阴闸及淮沭河船闸,以控制分泄部分淮河洪水由新沂河入海,并调淮水向北灌溉农田和沟通淮阴至沭阳、新海连市的航运;并建淮涟灌区的渠首淮涟闸以引水发展灌溉。扩建京杭运河时,该处又兴建淮阴大船闸,扩大南北航运。1979年建成杨庄活动坝水电站。在京杭运河续建时又建第二大船闸。至1987年,已建成9座水工建筑物,控制有关河道的水位、流量以利灌溉、航运、发电和安全行洪,改变了建国前该处淮河、运河等河流交汇的历史面貌。

淮安枢纽工程 位于淮安市的西南,里运河与苏北灌溉总渠的相交处。50年代初,兴建苏北灌溉总渠时,建成运东节制闸和淮安闸后,随着京杭运河拓浚工程、江水北调工程的兴建,陆续在2平方公里范围内建成一个有水闸、船闸、地涵、抽水站、水电站等22座水工建筑物,有效地处理了各方面的矛盾, 形成能抽水、能排洪、能灌溉、能排涝、能发电和水陆交通四通八达的枢纽工程。东面的运东节制闸、船闸、水电站,以控制向苏北灌溉总渠送水、排洪、发电,并沟通运河与苏北灌溉总渠的东西航运。南面的淮安引江闸、京杭运河一、二线大船闸,以引江水供盐城市和淮安市农田灌溉,并沟通南北航运。西面的淮安一、二抽水站、沙庄引江闸、新河北闸、运西水电站节制闸等,可抽调江水北送和抽排白马湖地区涝水,又可引淮水灌溉里下河地区及排洪、发电。还有跨京杭运河的淮安地下涵洞排运西渠北涝水,跨淮安引江河的头闸地下涵洞可引运东闸上淮水以灌溉运东渠南的高地及发电。

宿迁枢纽工程 位于宿迁县北部,1957年汛期大水后兴建宿迁控制工程时建成。在京杭运河上建宿迁节制闸和船闸,跨六塘河建了六塘河闸和六塘河拦河坝,成为骆马湖二线控制,还兴建骆马湖北堤和西堤,以提高骆马湖防洪标准,并使六塘河不再分洪,成为地区的引排河道。六塘河闸又是来龙灌区的渠首,发展自流灌溉种植水稻。为壅高自流灌区渠首水位,在六塘河闸下建六塘河壅水闸。80年代,江水继续北调,在建刘老涧抽水站时,于宿迁闸下建井儿头抽水站,抽提江水入宿迁闸上京杭运河,补充骆马湖水源,又可为宿迁县提江水灌溉。并在京杭运河续建工程时,又兴建了第二座大船闸。此处有水闸、船闸、抽水站等14座,亦成为水工建筑较密集,多功能的水利枢纽。

江都枢纽工程 位于江都县通扬运河与芒稻河交汇处,从1961年开始兴建江水北调工程的江都抽水站第一站起,经17年的建设,逐步建成了江水北调第一个梯级。至1987年,整个枢纽已有4座抽水站以及配套的水闸、涵洞、船闸等水工建筑13座。该工程抽提的江水可循邵仙河(高水河)穿过邵仙闸入京杭运河北上;可从江都西闸引江水,经江都东闸、宜北闸、宜陵闸自流入里下河地区灌溉及沿海冲淤洗碱;可经三阳河、穿过宜北闸以抽排里下河地区涝水入江;当淮水较多时,可从邵仙洞引水经通扬运河入里下河地区及经宜陵地涵而入通扬运河灌溉和航运;从京杭运河南下的淮水经邵仙闸引入江都第三站发电及经江都送水闸引入新通扬运河向东送水;芒稻闸可排泄经运盐闸下泄的淮河洪水入江,又可使抽排的里下河地区的涝水入江;芒稻船闸、五里窑船闸、江都船闸和宜陵船闸沟通航运,保持了原有河道的通航能力,形成排洪、灌溉、排涝、抽水、发电、通航等多种功能(枢纽位置图见第五章跨流域调水)。

(三) 涵 闸 设 计

明永乐十四年(1416年)在江苏泗水与淮河、运河交汇处建福光闸(俗称三闸)和清江闸,万历七年(1579年)建通济闸(俗称二闸),清康熙年代建惠济闸(俗称头闸)、双金闸。这些闸除双金闸为双孔,每孔净宽5.8米外,其余各闸为单孔,孔宽6.7~7.5米,闸高11米左右,闸门为插板门,用叠木梁堵水,闸基打木桩,闸的上下游进出口处打马齿关土桩,闸底板为石灰三合土,上铺条石,岸墙和翼墙用条石砌成整体,以糯米汁石灰为胶结材料。民国期间,引进近代技术,开始采用钢筋混凝土结构和机械启闭闸门设备。民国10~11年(1921~1922年)建了启东七门闸和南通九门闸,改建双金闸,民国25年长江水利委员会在常熟白茆口建白茆闸,导淮委员会兴建邵伯、淮阴、刘老涧3座船闸和杨庄活动坝,均为钢筋混凝土结构,岸墙采用钢板桩,闸基打松木桩,其规模和技术有所发展。

建国初期,大规模治淮工程全面展开,在老一辈专家带领下,一批青年技术人员,结合江苏实际自行设计了一批大中型涵闸工程。这些涵闸设计改变过去不管地基坚实情况都打基桩,改为不打桩直接建在天然地基上,节省了投资,缩短了工期。闸门设计为轻便、灵活、适用的弧形钢闸门,启闭机为手摇、电动两用卷扬式。在大型水闸工程设计过程中,还进行了水工模型试验,以改进设计,确保工程安全。1952年冬兴建的国内第二大闸63孔的三河闸工程,就采取不打基桩,直接建在天然地基上,并对上游翼墙及岸墙设计为空箱式,以减轻重量,确保闸身稳定安全。这些改革措施,不仅节省投资12%左右,而且施工期大大缩短,仅花10个月就于次年汛前建成投产。1956年冬,在射阳河入海口兴建的大型射阳河挡潮闸35孔,其中两孔为通航孔。该闸地基为粉砂土和软细砂质粘土,为防止粉砂土流失和液化,设计三道板桩防渗。闸基仍采用无桩基础,岸墙和翼墙为空箱式以减轻重量,并取消门墩,以闸墩支承闸门。闸底板的应力分析,由传统的反梁法改用比较符合实际的弹性地基梁法。

50年代中后期,全省开展设计技术革新,推广新技术、新工艺、新材料,以节省原材料和投资。50年代后期兴建的万福闸、谏壁闸等,因地制宜将闸底板改为一块底板用2个闸墩设2孔,底板两侧成悬臂式,减少三分之一闸墩,并取消空箱岸墙,以边墩挡土,翼墙亦采用重力或衡重式。启闭机在嶂山闸、淮阴闸和沭阳闸等工程中曾改为一机开四门,节省四分之三启闭机台数,但实际运行中不太灵活方便,80年代逐步改为一门一机。

50年代后期开始兴建闸站结合和立交的水工建筑,一闸多用。1957年兴建的朱码头闸,8孔中有4孔装上水轮机,既能蓄水灌溉、排涝、调节航运水位,又能水力发电。1959年兴建的盐河闸亦按此设计,节制闸与水电站相结合。1959年建成的沭阳闸,是一座立交建筑物,分上下两层,上层25孔节制闸,控制淮沭河分泄洪水入新沂河,设计流量3000立方米每秒,并可向北送灌溉水。下层22孔的地下涵洞,承泄淮沭河以西大涧河流域的涝水向东排入柴米河,并可用以蓄水灌溉。以后兴建的邵仙闸、总沭河王庄闸均采用这种类型,控制相交河道的水位和水量。

翼墙及挡土墙的设计,50年代后期,开始在中等密实度的地基上采用重力式或钢筋混凝土扶垛式墙,改变以前只在墙高8米以下才用重力式。空箱式翼墙只在软弱地基上采用。以后翼墙的形式又有发展,有衡重式、空腹式、重力扶垛式、扶垛上加砌预制拱板的重力墙等多种形式。

闸底板的设计,一般是平底板。70年代,淮安引江闸、金湾闸、太平庄闸,黄沙港闸、梁垛河南闸以及淮安二站、红山窑站等建筑物的底板采用反拱底板,节省了不少材料和投资。但反拱底板由于建在沙性土及软土上,易产生不等沉陷而导致底板裂缝,80年代起就极少采用。闸门启闭机亦开始采用新型的油压启闭机,有些闸门采用钢丝网水泥制的双曲扁壳门,虽节省钢材,但只能承受正向水压力。而且,混凝土保护层及钢丝网水泥门厚度较薄,钢筋和钢丝网极易锈蚀损坏,已逐渐更换成钢质闸门。

在一闸多种功能的设计上亦有所发展。1971年兴建的江都通江闸,有上下两个闸首,在闸室近上闸首的两侧各建抽水站一座,下闸首东侧建鱼道,两侧闸墙内各建水力发电站一座,还建一座跨闸公路桥,具有引水、排涝、抽水、发电、通航、挡潮蓄水、过鱼等多种功能。但运用中有些功能互相影响,不能同时发挥作用。1978年兴建的秦淮新河闸,一侧是节制闸、一侧是抽水站,是水闸与抽水站相结合的建筑物。1980年兴建的北凌新河闸,在其上游引河两侧各建一座抽水站,利用闸的空箱墙作流道,出水口引入闸下,是又一种结合形式。

1986年,徐州市从广东引进橡皮坝技术,作控制建筑物,在铜山程头建成第一座,以后又在峰山、倚宿、李庄、夹河等处建橡皮坝。

(四) 大型抽水站设计

1960年,为解决淮北地区灌溉水源,经国务院批准同意江苏兴建苏北引江灌溉工程,建大型抽水站直接抽引江水,逐级送水北上。1961年冬,江都抽水站第一站开工,这是国内第一座大型抽水站。在工程设计、设备制造、建筑安装等没有先例的情况下,依靠自力更生,艰苦奋斗,采取设计施工单位、科研院校、生产企业等各方面密切结合,共同努力,攻克一个个难关。该站采用当时国内最大的1.6米直径立式轴流泵,配同步电机8台套,总装机容量6400千瓦,设计流量64立方米每秒。站身采用堤身式整体结构,后墙兼挡上游高水,进出水流道蜷曲在站身之中,电机是开敞式通风降温。接着1964年建成同一站规模一样的二站。1969年又建成三站,该站是抽水结合发电,设计较一、二站有较大的改进。机泵设备采用新型的直径2米的全调节可逆式轴流泵、配立式可逆电机10台套,既能抽水又能发电,总装机容量1.6万千瓦,设计抽水流量135立方米每秒,超过一、二站总和,并可利用淮河余水发电3000千瓦。站身结构改为堤身式分离厂房,使主机在堤后,虹吸出水管与站身分离,布置在土堤上,站房并设检修和控制室,用管道通风降温。1977年3月又建成第四站。该站为满足抽水流量200立方米每秒的要求,采用更大机泵,由生产厂研制的直径3.1米的立式全调节轴流泵,配立式同步电机直联,共安装7台套(包括备机2台),每台机组抽水30立方米每秒,共计流量210立方米每秒。装机总容量2.1万千瓦。站身工程设计在三站基础上作些改进,如进水流道改为肘形,提高效率,把第二节出水流道的前端简支在站身的后墙上,克服两节出水管不等下沉而发生错口问题等。江都抽水站为集中统一管理4个站,设立了总调度室,采用遥控、遥测、遥信、遥调综合远动自动化装置。该站被国家评为优秀设计和优秀工程金质奖。

1975年,在镇江市江边兴建的谏壁抽水站,采用直径2.8米立式全调节轴流泵6台(包括备机1台),总容量9600千瓦,流量120立方米每秒。站身设计是堤身整体结构,用上下两层双向进出水流道,是当时国内最大的双向“X”型流道,既可抽引江水,又可抽排太湖湖西地区洪水。并采用液压快速闸门断流,集中控制启闭。并同附近谏壁电厂的循环水泵站合建,可利用电厂冷却水,每年解决灌溉用水1.5亿立方米,省电近200万千瓦时,做到综合利用,一水多用。该站被评为国家优秀工程银质奖。

1979年2月建成的淮安二站(淮安一站是1974年建成,工程设计类似江都二站),采用直径4.5米的立式全调节轴流泵2台,每台配5000千瓦立式同步电机,设计流量120立方米每秒。站身设计为半堤后式结构,进水流道为肘形,出水流道为与站分离的虹吸式。电机用内循环冷却降温。并在站内设控制室和检修间以利管理检修。1979年5月建成的淮安县茭陵抽水站,安装12台轴流泵,装机总容量9600千瓦,设计流量96立方米每秒。站身设计类似江都二站,但进水池为两个,可分别抽排高、低地涝水。其东侧进水池抽排高地水,用8台机组抽排,西侧进水池抽排低地水,用4台机组抽排,两池间的隔墙上有闸门,可以灵活调度两侧来水。

1983年4月建成的泗阳抽水站,是一座抽水结合发电的站,安装20台直径1.2米立式全调节可逆式轴流泵,配立式变极可逆式同步电机,设计总流量100立方米每秒,装机总容量1万千瓦,逆转可发电2400千瓦。该站设计是堤身式整体结构,进出水管都结合在堤身,用快速闸门断流。

1985年7月建成的皂河抽水站,安装的机泵是国内最大的,直径6米全调节立式混流泵2台套,装机总容量1.4万千瓦,设计总抽水流量为195立方米每秒。站身设计为半堤后式,与平直的出水流道分离,进水流道为钟形,水泵叶轮之后设蜗壳出水室,与出水流道相接,在出水流道末端设液压快速闸门断流。并因该站位于郯庐地层断裂线附近,按照地震烈度9度进行抗震设计。被国家评为优秀设计金质奖。