石榴崗水閘重建工程水工整體模型試驗研究

王揚 麥棟玲 唐造造

摘 要：通過建立廣州市石榴崗水閘重建工程水工整體模型，研究分析了水閘的泄流能力、閘址附近流態(tài)、流速分布、船閘上、下游引航道口門區(qū)的流態(tài)及流速分布，提出了推薦清淤方案，試驗成果可供工程設(shè)計和水閘運行管理部門參考。

關(guān)鍵詞：航道整治;航標(biāo)設(shè)置及運用;新思路

中圖分類號：U644.3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0064-02

1工程概況

石榴崗河舊閘位于石榴崗河干流中段，距離石榴崗河口約2.8km，工程任務(wù)主要是防洪（潮）、排澇調(diào)蓄、景觀補水、引水灌溉及通航功能。石榴崗河舊閘于1960年建成投入使用，運行至今已50多年，經(jīng)過多年的運行，工程主體結(jié)構(gòu)老化損壞嚴(yán)重，個別閘門出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，水閘存在諸多安全隱患且標(biāo)準(zhǔn)過低。經(jīng)綜合評定為四類水閘，須拆除重建。

石榴崗河水閘重建工程為中型Ⅲ等工程，閘址位于石榴崗河口附近南環(huán)高速和南沙港快線之間，主要建筑物為水閘、船閘、右岸管理區(qū)和左岸觀景平臺等，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級（見圖1）。水閘設(shè)計防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，對應(yīng)外江設(shè)計洪（潮）水位為2.91m，擋潮時對應(yīng)的閘內(nèi)景觀水位為0.8m，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇24小時暴雨不成災(zāi)，20年一遇設(shè)計洪峰流量為112m3/s， 50年一遇設(shè)計洪峰流量為138m3/s。

水閘共設(shè)7孔，每孔凈寬13.5m，泄洪總凈寬94.5m;閘底板高程-4.0m，內(nèi)設(shè)工作閘門和檢修閘門，閘門外側(cè)設(shè)2.5m高胸墻。船閘布置于石榴崗河航道右岸，內(nèi)、外涌閘首長度各34.7m，閘室段有效長度為80m，閘室凈寬12m（見圖2）。

2 試驗研究的目的和內(nèi)容

測試和研究石榴崗水閘工程運行的水力特性、工程段河道水流變化規(guī)律，論證水閘重建工程布置的合理性。試驗研究的主要內(nèi)容為：

（1）測試和研究水閘泄流流態(tài)及內(nèi)、外涌水流銜接過渡流態(tài)等，復(fù)核水閘的過流能力;

（2）測試水閘內(nèi)、外涌消能工運行的流態(tài)及流速分布等，優(yōu)化消能工的體型和尺寸，妥善解決水閘內(nèi)、外涌水流消能銜接過渡的問題;

（3）通過試驗研究，提出清淤方案，為工程設(shè)計和水閘運行管理提供科學(xué)依據(jù)。

3 模型設(shè)計與制作

水工模型按佛勞德重力相似律設(shè)計為正態(tài)模型，水工斷面模型幾何比尺Lr=44，水工整體模型幾何比尺Lr=50。模型截取約1650m河段，其中閘內(nèi)涌河道約850m，外江河道約800m。

4 水閘泄流運行試驗[1-2]

進(jìn)行了設(shè)計方案水閘泄流運行試驗，試驗表明：受外江河勢及外江左岸觀景平臺附近淤積地形的影響，在排澇及排水工況時，出閘水流主流偏向右岸船閘一側(cè);在外江潮位為-1.08m，閘門開度e=1.0m時，測試的外江船閘口門區(qū)縱向流速較大值約1.6m/s，橫向流速較大值約0.28m/s，給船閘通航帶來了不利影響。

為了改善水閘排水時外江河道的水流流態(tài)，消除偏流可能帶來的通航安全隱患，對外江觀景平臺附近區(qū)域進(jìn)行了清淤方案比選試驗，確定了最終推薦方案（見圖3），本文僅對推薦方案攔河閘泄流運行試驗成果進(jìn)行具體闡述。

4.1 推薦清淤方案布置

（1）水閘消能工采用設(shè)計方案布置，共設(shè)7孔閘，單孔凈寬13.5m，閘底板高程為-4.0m，閘底板末端均以1∶6坡度與內(nèi)、外涌消力池相接。內(nèi)涌消力池底高程-4.5m，池深0.5m，水平段池長7.2m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長15m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長10m的防沖槽（高程-4.0m）。外江消力池底高程-4.5m，池深0.5m，水平段池長10.3m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長25m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長10m的防沖槽（高程-4.0m）（見圖3）。

（2）對外江觀景平臺附近區(qū)域進(jìn)行清淤，順?biāo)鞣较蚯逵匍L度約125.5m，垂直水流方向清淤長度48.5m ～68m，靠近河槽區(qū)域清淤至-3.5m高程，以1∶4.5的坡度順接至左岸邊（見圖3）。

4.2 閘門局部開啟運行試驗

水閘局部開啟運行時，內(nèi)涌水流較平穩(wěn)，進(jìn)閘水流較平順，閘內(nèi)涌河道流速較大值約1.7m/s。出閘水流直入消力池，隨著閘門開度增加，消力池內(nèi)水流紊動加劇，均未形成明顯的水躍，出池水流基本能與外江河道平順銜接，測試的消力池尾坎底流速較大值約2.0m/s。水閘外江河道偏流問題得到進(jìn)一步改善[3]，河道流速分布更均勻，測試的外江河道（樁號0+146斷面）流速較大值約2.0m/s，通航運行時船閘口門區(qū)縱向流速較大值約1.5m/s，橫向流速V橫≤0.25m/s。

4.3 閘門全開運行試驗

在外江水位分別為1.04m和0.96m情況下，閘門全開泄放317m3/s流量運行時，內(nèi)、外涌水流均較平穩(wěn)，測試的水閘內(nèi)涌水位分別為1.06m和0.98m，分別比設(shè)計值低0.06m和0.11m，水閘泄流能力滿足設(shè)計要求，測試的消力池尾坎底流速較大值約0.7m/s，樁號0+146斷面河道流速較大值約0.8m/s。

5 結(jié)語

（1）本項目對石榴崗水閘進(jìn)行水工模型試驗研究，優(yōu)化了工程設(shè)計方案，試驗研究成果可供工程設(shè)計和運行參考。

（2）設(shè)計方案的水閘試驗表明，受水閘外江河勢及外江左岸觀景平臺附近淤積地形影響，出閘水流主流偏向右岸船閘一側(cè)，對船閘通航不利。在對外江觀景平臺附近區(qū)域進(jìn)行清淤后，進(jìn)一步改善了水流偏流問題，測試的外江船閘口門區(qū)縱向流速滿足V縱≤1.5m/s、V橫≤0.25m/s的要求，有利于船閘安全運行。閘門全開泄流運行時，水閘泄流能力能夠滿足設(shè)計要求;閘門局部開啟泄流運行時，水閘內(nèi)涌水流較平穩(wěn)，進(jìn)閘水流較平順。

（3）工程運行時，可根據(jù)實際情況制訂更詳細(xì)合理的水閘調(diào)度運行方案，以確保工程安全運行。水工模型試驗提出的水閘運行管理措施的建議，可供工程設(shè)計和運行管理參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐造造，王 揚，麥棟玲. 廣州市海珠區(qū)石榴崗河水閘重建工程水工斷面模型試驗研究報告[R].廣州： 廣東省水利水電科學(xué)研究院，2015.

[2] 唐造造，王 揚，麥棟玲.廣州市海珠區(qū)石榴崗河水閘重建工程水工整體模型試驗研究[R].廣州： 廣東省水利水電科學(xué)研究院，2015.

[3] 華東水利學(xué)院主編.水工設(shè)計手冊（第6卷，泄水與過壩建筑物）[M].北京：水利水電出版社，1985.