江新联围除险加固应急项目大洞口水闸工程水工模型试验.PDF

江新联围除险加固应急项目大洞口水闸工程水工模型试验 罗岸，陈灿辉，陆汉柱，麦栋玲 （广东省水利水电科学研究院，广州，510610 ） 摘 要：大洞口水闸位于经济发达的珠江三角洲的新会市，是一宗集防洪、防台风暴潮、通航等功能 为一体的综合性水闸。要求水闸设计既满足防洪防潮通航要求，又要兼顾城市的景观要求。设计的水 闸通航孔是目前亚洲最大的通航孔，正常情况下要求通航孔闸门平卧于闸室底，遇台风暴潮时提升闸 门挡潮。大洞口水闸水工模型试验是一项集水工、河工和潮汐一体的综合性研究项目，通过模型试验 研究，对水闸的设计方案进行了修改，并提出了通航孔冲沙防淤设计和维护措施，使水闸既满足防洪、 防台风暴潮要求，又满足安全通航要求。 关键词：水闸；通航孔；防洪；消能防冲；冲沙防淤；安全通航 1 试验研究任务的由来 江新联围位于西、北江三角洲西部西江干流下游右岸，属珠江三角洲西部网河区。目前，江 新联围大部分江堤段未达到防御50 年一遇洪水的标准，感潮堤段防御台风暴潮的能力约5 年～10 年一遇，工程存在不少隐患，不利于江门市社会经济的可持续发展，难以保障联围内人民生命财 产安全，迫切需要进行全面的除险加固，同时，要求加固后的大洞口水闸要成为联围内规划建设 的四座挡潮闸之一，大洞口水闸的重建对实现联围的防洪、防潮至关重要。 大洞口水闸枢纽工程布置为：常规水闸共8 孔，每孔净宽 16m，闸孔溢流堰型采用开敞式平 底宽顶堰。两岸各布4 孔水闸，中间设2 孔通航孔，每孔净宽55m。受江门市新会水利局的委托， 我院开展了江新联围除险加固应急项目大洞口水闸工程水工模型试验研究。 2 试验研究的目的 试验研究目的：论证水闸枢纽工程布置方案的合理性，研究水闸、通航孔等建筑物运行的水 力特性；优化水闸消能工的设计方案，妥善解决水闸下游消能防冲的问题；改善工程的通航条件， 提出工程的防淤减淤措施，为工程设计和运行提供科学依据。 3 模型试验的技术路线 根据《江新联围除险加固应急项目大洞口水闸工程水工模型试验任务书》的要求及试验内容， 试验建立三个模型：建立水工整体模型，论证水闸枢纽工程布置方案的合理性、优化消能工的体 型和尺寸、对闸门运行进行科学调度等内容；建立潮流悬沙模型，进行潮流悬沙试验，模拟河道 的泥沙淤积情况，并测试通航孔运行流态、淤积形态，为通航孔单体试验提供边界条件；建立通 航孔单体模型，主要是测试和分析通航孔闸孔靠底板处设置的冲沙水管的水力参数和冲淤效果， 优化冲淤水管的布置和尺寸，提出通航孔闸门区域防淤减淤的措施。 4 水闸枢纽整体水工模型试验 4.1 模型的建立 根据试验任务内容，试验把水工整体模型与潮流悬沙合为一模型，在进行模型设计时，要求 模型既要满足水工整体试验的要求，又要满足潮流悬沙试验的要求。综合了潮流悬沙模型试验和 水工整体试验的要求后，确定正态模型比尺为 Lr=60 ，模型的截取范围为：上游边界截取至大洞 82 口大桥，长约1000m，下游截取至闸下游2000m （见附图1）。模型按佛劳德重力相似律建立比 尺为Lr=60 的正态模型。模型各物理量的比尺为： 几何比尺 Lr=60 流速比尺 Vr=Lr1/2=7.746 流量比尺 Qr=Lr5/2=27885.5 糙率比尺 nr=Lr1/6=1.9786 时间比尺 tr=Lr1/2=7.746 4.2 设计方案试验成果 原设计水闸两侧各布置 5 孔×16m 常规水闸，闸室底高程为-4.50m ；2 孔×55m 通航孔居中 -3.50m，闸室底高程为-8.90m。 在设计方案布置下，进行闸门全开泄流能力试验，成果显示：泄放校核和设计洪水流量时， 水面线比较平稳，上下游的水流衔接过渡较顺畅，闸上游水位均低于设计值，表明设计方案满足 泄洪要求。 观察各组次试验的流态，测试工程河段的流速平面分布，结果显示：闸前水流集中于通航孔 及通航孔两侧的常规水闸泄流，边孔的泄流较小，尤其在低潮位（-0.9m ）泄洪时，左右两岸闸前 出现回流区，2 孔边孔泄流较小甚至不过流，需对原设计方案进行修改。 4.3 修改方案试验成果 4.3.1 修改方案的比较试验及方案的推荐