四女寺(水利)枢纽,海河流域漳卫南运河中下游重要的防洪控制枢纽,上游接卫运河,下游分别接漳卫新河与南运河,是一座具有防洪、排涝、灌溉等综合利用功能的大型水闸。
工程背景
四女寺枢纽,也称四女寺水利枢纽,位于山东省德州市武城县四女寺村东北,处在卫运河、漳卫新河和南运河的衔接,即:卫运河尾端,漳卫新河和南运河的入口处。因地得名。为漳卫河中下游主要控制枢纽。
四女寺枢纽所在地区,为武城县的浅平洼地——四女寺大洼,是公元前602年至公元11年间的黄河故道。为古黄河决口尾闾沉积而成,周围与缓平坡地或岛状微高地相连,形状如碟,有明显洼底。底缘相对高差0.5米左右。为其上游高地、坡地集水区,无自然排水出路,涝的问题较为突出。
黄河改后,卫河(及卫运河)在其故道上形成发展。该河含沙量大,弯道险工多,滩地高出堤外地面,为半地上河,古代及至解放前曾多次决口灾害严重。
四女寺枢纽的前身是四女寺闸。1490年(明弘治三年)于四女寺设闸并疏浚后,始称四女寺减河。1705年(清康熙四十四年)重建四女寺减河闸,1730年(清雍正八年),将四女寺闸改建为滚水坝。其后,在乾隆、光绪年间均曾进行过疏浚并扩建四女寺滚水坝。1901年漕运停止后,未再治理。
解放后历年岁修,特别是1958年、1971年两次扩大治理,裁弯取直,切滩退堤,加深展宽河床,培厚加高大堤,建成祝官屯及四女寺枢纽,减少险工29处,搬迁县城和18个村庄,河道行洪能力由解放初的400秒立米提高到4000秒立米。
工程构成
四女寺枢纽工程,由南、北进洪闸、节制闸、船闸、兄弟灌区引水涵洞、电站等建筑物组成。电站部分,1972年扩建时已拆除。
节制闸,位于旧河右岸、南运河河口。为钢筋混凝土结构。三孔,每孔净宽8米。闸室长16米,底板为整体式,高程为16.5米;闸顶高程26.5米。闸孔设钢筋混凝土胸墙,底部高程为21.9米,采用8.8×5.6米平板钢闸门控制。机架桥桥面高程33.9米,安装人力、电动两用卷扬式启闭机3台,启闭力30吨,电动机功率21千瓦。桥面一端建有操纵室。在闸顶上游一侧设有钢筋混凝土交通桥,桥面高程27米,标准为汽-6。
下游一侧设有工作桥。交通桥与工作桥均设有检修门槽。闸室上游的钢筋混凝土铺盖和干砌石铺盖长分别为24米、10米。下游钢筋混凝土静水池长12米,池底高程15米。海曼连同防冲槽长43米,两侧翼墙均为力式钢筋混凝土结构。上下游护坡分别长84米和120米,均为浆砌块石结构。
1972年进行了改建,改建后的节制闸,闸墩、上游翼墙和交通桥面高程均抬高29米,胸墙顶高程由26.5米加高到28米。工作桥、下游翼墙按原设计不变,启闭机由原2×18吨改为2×40吨。左岸上游翼墙随着墙体和大堤加高,也相应延长4米,交通桥抬高后,为与两岸连接,右侧增一跨,左侧加两跨。
进洪闸(南进洪闸),位于老减河河口,12孔钢筋混凝土结构。每孔净宽10米,总宽135.6米,闸室长14.5米。底板采用三孔一联,底板高程21米,闸顶高程27米。闸缝墩宽2米,中墩1.2米,边墩1米。孔口采用10×5.5弧形钢闸门控制。机架桥桥面高程32.5米,装有人力、电动两用卷扬式启闭机,启闭力为2×7.5吨,电动机功率16.5千瓦。
闸顶上游端设有钢筋混凝土结构的工作桥,桥面高程27米,桥面设有检修门槽;闸项下游端设钢筋混凝土结构单车道公路桥,标准为汽-10,拖-40。桥面高程与工作桥同。
闸两端建有操作室。闸上游钢筋混凝土和浆砌块石铺盖,长度分别是15米和16米,在铺盖前缘设有深2.5米的干砌石防冲槽。闸室下游钢筋混凝土静水池长17米,末端设有消力坎。下游接钢筋混凝土和干砌石海漫,长度分别为10米和20米。干砌石海漫坡比为1:7,下与干砌石防冲槽相连。两侧上下游翼墙均为半重力式钢筋混凝土结构。上游护坡为浆砌块石,左岸长70米,右岸长350米,上端与河道护坡相接。下游、左、右岸护坡设计长均为100米,其中浆砌石50米。
1972年又进行改建。改建后,闸顶高程为29米,公路桥桥面加宽为7米,桥面抬高至29米。桥两端各增设一跨引桥与岸相联。工作桥利用原有桥面也抬高至29米,两侧各增一跨引桥与岸相联。上游翼墙与加高后的堤顶平,翼墙延长4米,墙体采用钢筋混凝土悬臂式。闸下游干砌块石海曼,结合改建做了水泥砂浆勾缝。
船闸,可通过400-1000吨船队,钢筋混凝土结构,总长252.5米,为连接南运河与卫运河的枢纽。闸室为“U”型结构,长210米,净宽15米,底板与侧墙为整体浇筑,底板高程16.5米,边顶高程26.5米。上下闸首顶高程均为27.77米,人字形钢闸门。上闸首闸门规格6.5×8.0米,下闸首9×8米。上、下闸首底板高程分别为20米和16.5米。
闸室两侧设操纵室,装有人力、电动两用卷扬式启闭机,启闭力10吨,电动机功率7.5千瓦。上、下闸首设有深孔廓道。上闸首左右岸充水廓道断面为2.5×4.0米,孔口顶高程20米,底高程16米,安装2.88×4.5米的平板钢闸门。下闸首泄水廓道断面为2.5×2.7米,配置2.88×2.9米的平板钢闸门。启闭力8吨,电动机功率为2.2千瓦。一并安装于两岸操纵室。船闸上游钢筋混凝土铺盖长25米,以1:10坡与浆砌石护底相接。护底高程为20米,长25米,1962年又接长20米。船闸下游钢筋混凝土护坦长20米,高程为16.5米。上、下游闸首翼墙为半重力式船舶混凝土结构。顶高程分别为27米和26米。上、下游两侧护坡长分别为50米和70.7米,均为浆砌块石。
为了适应防洪和通航水位的提高,1972年又将上、下闸首、闸室、船闸人字门及上游翼墙等部位均加高。上闸首两侧边墙与翼墙顶高程加高2米,达29米。为不增加闸首边荷载,墙后填土高程仍为原设计26米。由于堤顶高程抬高,新增设一段悬臂式钢筋混凝土翼墙,顶高程29米。为便于工作人员进出闸首,新老翼墙顶部均设有0.7米的悬臂。
人字形闸门顶高程自26.5米抬高至28.2米。闸门梁系进行了补强加固;相应的人字门启闭机座高程自27米抬高到28米。上闸首廓首门启闭力由单吊点1×8吨更换为2×10吨平板固定式启闭机。闸室边墙自高程26米加高1.2米,达27.2米。原有墙顶相应抬高至27.2米。为便于行走和观察室内情况,沿边墙外侧设一混凝土道,道路顶高程为26.5米,宽0.5米。下闸首边墙自26米抬高1米,达27米。人字门高程自26米加高至26.5米。人字门启闭机室由25.7米抬高至26.6米,起闭机不变。
为改善两岸交通条件,在下闸首下游,增设便桥一座。为钢架结构,共3跨,中跨长17.6米,两侧边跨各长12米,桥面宽1.5米,中跨桥面高程29.58米,桥底高程28.38米,最高通航水位23.05米,通航净空为5.2米
兄弟灌渠放水洞,位于南、北进洪闸之间,由于地形限制,采用涵洞形式,设计引水流量为10立方米/秒,相应水位21.5米。灌渠进口为喇叭口矩形断面,至闸门处断面高2.5米,宽2.3米,底高程19米,进口段全长9.4米。闸门设在检修竖井内,竖井顶高程29米与地面相平。竖井尺寸3.3×5.5米。为便于检修,在高程24.5米处设有检修平台。闸门为平桥钢闸门,采用单吊点1×8吨固定式启闭机,设于操纵室内。灌渠涵洞长1073米,纵坡为1/2500,管道线路略斜穿下游北进洪闸右岸大堤,至902米附近出岔河右堤,后接出口段,设浆砌块石消力池,底高程18.07米,长10米,深0.5米,下接浆砌石护底长10米,两岸边坡用浆、干砌块石护坡。建成后未发挥作用,已破坏。
北进洪闸,位于岔河进口处,右侧与南进洪闸相联,左侧与节制闸相接。该闸共12孔,每孔净宽10米,总净宽120米,总宽137.4米,从上游铺盖至下游防冲槽总长137米。闸室总长22米,防渗段长47米。闸底板与节制闸相平,高程为16.5米。中间8孔,采用反拱底板;两侧,两孔一联,采用整体式底板。反拱底板与整体底板之间设有伸缩缝,用缝墩分开。中墩宽1.4米,缝墩宽2.4米,边墩底宽2.0米,顶宽1.2米。闸墩顶部上游设有工作桥,桥面有修理门槽。
中部设有机架桥,桥面装有启闭机。下游端设有公路桥。闸左右两侧修建了操纵室。闸室上游端接钢筋混凝土铺盖,高程16.5米,长25.0米;再上游为浆砌石护底,长10米,与上游河道相接。闸室下游接钢筋混凝土消力池,池底高程15米,消力池末端为消力坎。钢筋混凝土海漫,长10米,高程16米。砌石海漫长35米,自20米处开始,从高程16米以1:10斜坡与防冲槽相接。防冲槽高程14.5米,以1:3倒坡接下游河道。
旧河堵坝,位于节制闸左岸,坝长96米,坝顶高程27米,坝脚最低处15.5米。坝面原设计宽12米(后因坝下大量堆积电站施工弃土,使坝下游增宽),上下游为干砌护坡。
兄弟灌渠进水闸,位于节制闸与进洪闸之间,为浆砌块石结构。两孔,孔净宽1.5米,孔底高程21米。设计引水流量17立方米/秒。
电站,位于节制闸以东,南卫河右岸堤外,为钢筋混凝土结构,设计发电机组12台,每台450千瓦,计划总装机5400千瓦。上游引水高程24.5米。工程只完成了土建部分,1972年拆除。
控制水系
漳河、卫河于徐家万仓汇合后至武城县四女寺称卫运河。自四女寺枢纽工程以下河道分两支(前段为三支)。一支从四女寺向北称南运河,另一支从四女寺向东、东北分别为岔河、四女寺减河,两河在河北省吴桥县与山东省宁津县交界处汇合为漳卫新河。漳卫新河的前身为四女寺减河(老减河)。减河从御河(即卫河)东岸四女寺开始至九龙庙,全长6公里,然后入老黄河故道。1973年将减河加宽、筑堤,并从四女寺至德州市东至河北省吴桥县大王铺新辟一条岔河,从此把原四女寺减河和岔河更名为漳卫新河。
漳卫新河,起自武城县四女寺枢纽进洪闸,流经德州、平原、陵县、宁津、乐陵、庆云、无棣7县市,于无棣县海丰入渤海。长244公里(含岔河长43.4公里),流域面积3144平方公里。
控制参数
枢纽工程设计泄洪流量为3800立方米/秒,其中:南泄洪闸位于减河入口处,设计流量1500立方米/秒,校核流量2200立方米/秒;北闸位于岔河入口处,设计流量2000立方米/秒,校核流量2800立方米/秒;节制闸位于南运河入口处,控制南运河泄流量不超过300立方米/秒。
建设维护
四女寺枢纽的前身上明清时期的四女寺减河上口闸。明弘治三年(1490年)在四女寺减河上口设闸控泄,清初减河及闸均淤废。康熙四十四年(1705年)重建四女寺减水闸,后又淤废。雍正八年(1730年)疏通减河后,将闸改为滚水坝。乾隆二十七~二十八年(1762~1763年)曾将滚水坝落低展宽,1949年前夕已淤废。1955年四女寺减河按泄洪400立方米每秒扩挖后,在上口设底宽170米的临时分洪口门及宽20米、高1米的低水闸孔与滚水坝相接。
四女寺枢纽工程于1957年破土兴建,1958年9月16日完工验收。1972年又新建了北进洪闸和兄弟灌渠放水洞,改建了南进水闸、节制闸、船闸。
1957年9月由水利部与冀、鲁两省水利部门联合成立卫运河、四女寺减河办事处,并编报《四女寺减河扩大工程初步设计》,按承泄卫运河洪水850立方米每秒扩挖河道,在四女寺村北兴建枢纽工程。
1957年11月至1958年5月,由水利部北京勘测设计院设计,水利部第六机械工程总队施工,完成节制闸、南进洪闸、船闸和电站土建工程。
1957-1958年枢纽初建时,完成钢筋混凝土3.9万立方米,砌石3.7万立方米,投资901万元。扩建改建工程完成土方195万立方米,砌石3.9万立方米,钢筋混凝土、混凝土2.7万立方米,投资1045万元。
1958年7月,采用“三边”方式动工兴建卫运河四女寺水电站,后因怕造成农田盐碱化和水源不足,未能装机,于1962年报废。
1972年-1973年7月,进行扩建、改建,新建北进洪闸,兄弟灌区放水洞;改建南进洪闸、节制闸、船闸。由水电部海河勘测设计院设计,水电部第十三工程局建工处施工。
1996-1997年,除险加固南进洪闸,投资990万元。北进洪闸1999年度汛应急,投资100万元;2000年-2001年度汛应急,节制闸1998年除险加固。
2009年3月,四女寺枢纽北进洪闸被鉴定为三类闸。
2010年,新建倒虹吸工程,作为引黄济津潘庄线路的重要组成部分和控制性节点工程。
2013年3月,国家文物局以京杭大运河附属建筑的形式将四女寺枢纽列入第七批全国重点文物保护单位名单,对工程建筑设施列入文物保护范围。
2019年1月,水利部以(水许可〔2019〕8号)同意北进洪闸进行除险加固建设,建设任务主要包括原中8孔一联反拱底板闸室拆除重建,左右各2边孔闸室改造加固,全闸机架桥、排架柱、检修桥、交通桥等上部结构拆除重建等,工程总投资9940万元,总工期14个月。
行政管理
1958年3月,水利电力部、农业部联合成立农业部、水利电力部漳卫南运河管理局。1962年后,漳卫河及漳卫新河(原四女寺减河)划归水电部十三下程局,1963年10月,漳卫南运河管理局接管聊城、德州两专署卫运河工程管理局,改称为聊城、德州专区卫运河修防管理处,同时在山东增设无棣县四女寺减河修防管理段。1970年6月,漳卫南运河管理局划归水电部十三工程局领导,12月改制为该局生产指挥部河道管理组。1971年12月,水电部下达“关于原漳卫南运河管理局所属管理处、段分别划归所在省管理问题”的文件确定,除四女寺枢纽管理处隶属水电部第十三工程局外,其余各处、段均交各所在省。1972年2月在德州市办理交接,山东省接受聊城、德州两修防处和无棣修防段,具体业务由鲁北根治海河指挥部代替。1980年8月,漳卫南运河管理局恢复,隶属水电部海河水利委员会领导,并接管山东省聊城、德州两修防处和无橡修防段。
运用开发
四女寺枢纽建成后在汛期控制上游洪水宣泄,当恩县洼暴雨致涝时,采取将南进洪闸间歇开启及全关措施,排除内涝积水。经受了1958年、1963年、1996年大洪水考验,其中1963年,南进洪闸最大行洪流量达1170立方米每秒,节制闸最大下泄483立方米每秒;1996年南进洪闸、北进洪闸、节制闸最大行洪流量分别为600、1000、150立方米每秒。
枢纽建成后,发挥了较大的输水效益,第一次引黄济津,引水1.19亿立方米;第二次引济津,引水1.248亿立方米,第三次引黄济津,引水1.59亿立方米,第四次引黄济津,引水10.23亿立方米,第五次引黄济津,引水6.36亿立方米。以上五次给天津市送水,均经过四女寺枢纽,为角天津市缺水之急发挥了很大作用。
此外,工程建成后平时为解决沿河各县的用水问题发挥巨大作用。
航运效益也曾经很显著,自1958年船闸通航于1974年,过闸船只107080只,运输物资达902万吨。20世纪70年代以后,由于上游来水减少,断流时间增加,南运河失去航运作用,四女寺船闸多年未启用。
作为京杭运河的重要节点和漳卫南运河水利风景区的重要组成部分,海委漳卫南运河四女寺枢纽工程管理局依托枢纽工程以及河道交错形成的430余亩三角洲,将占地1100余亩的四女寺水利风景区分为工程景观、自然景观与文化景观三大部分。