王揚(yáng) 麥棟玲 唐造造

摘 要：通過(guò)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(yàn)成果可供工程設(shè)計(jì)和水閘運(yùn)行管理部門參考。

關(guān)鍵詞：航道整治;航標(biāo)設(shè)置及運(yùn)用;新思路

中圖分類號(hào)：U644.3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(bǔ)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(yùn)行至今已50多年，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，工程主體結(jié)構(gòu)老化損壞嚴(yán)重，個(gè)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(guò)低。經(jīng)綜合評(píng)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(tái)等，主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為4級(jí)（見(jiàn)圖1）。水閘設(shè)計(jì)防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，對(duì)應(yīng)外江設(shè)計(jì)洪（潮）水位為2.91m，擋潮時(shí)對(duì)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(shí)暴雨不成災(zāi)，20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為112m3/s， 50年一遇設(shè)計(jì)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(zhǎng)度各34.7m，閘室段有效長(zhǎng)度為80m，閘室凈寬12m（見(jiàn)圖2）。

2 試驗(yàn)研究的目的和內(nèi)容

測(cè)試和研究石榴崗水閘工程運(yùn)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(yàn)研究的主要內(nèi)容為：

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

（2）測(cè)試水閘內(nèi)、外涌消能工運(yùn)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(guò)渡的問(wèn)題;

（3）通過(guò)試驗(yàn)研究，提出清淤方案，為工程設(shè)計(jì)和水閘運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

3 模型設(shè)計(jì)與制作

水工模型按佛勞德重力相似律設(shè)計(jì)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(yùn)行試驗(yàn)[1-2]

進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案水閘泄流運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：受外江河勢(shì)及外江左岸觀景平臺(tái)附近淤積地形的影響，在排澇及排水工況時(shí)，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(kāi)度e=1.0m時(shí)，測(cè)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(lái)了不利影響。

為了改善水閘排水時(shí)外江河道的水流流態(tài)，消除偏流可能帶來(lái)的通航安全隱患，對(duì)外江觀景平臺(tái)附近區(qū)域進(jìn)行了清淤方案比選試驗(yàn)，確定了最終推薦方案（見(jiàn)圖3），本文僅對(duì)推薦方案攔河閘泄流運(yùn)行試驗(yàn)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(jì)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(zhǎng)7.2m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長(zhǎng)15m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長(zhǎng)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(zhǎng)10.3m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長(zhǎng)25m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長(zhǎng)10m的防沖槽（高程-4.0m）（見(jiàn)圖3）。

（2）對(duì)外江觀景平臺(tái)附近區(qū)域進(jìn)行清淤，順?biāo)鞣较蚯逵匍L(zhǎng)度約125.5m，垂直水流方向清淤長(zhǎng)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(jiàn)圖3）。

4.2 閘門局部開(kāi)啟運(yùn)行試驗(yàn)

水閘局部開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，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(kāi)度增加，消力池內(nèi)水流紊動(dòng)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(cè)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(wèn)題得到進(jìn)一步改善[3]，河道流速分布更均勻，測(cè)試的外江河道（樁號(hào)0+146斷面）流速較大值約2.0m/s，通航運(yùn)行時(shí)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(kāi)運(yùn)行試驗(yàn)

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

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本項(xiàng)目對(duì)石榴崗水閘進(jìn)行水工模型試驗(yàn)研究，優(yōu)化了工程設(shè)計(jì)方案，試驗(yàn)研究成果可供工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行參考。

（2）設(shè)計(jì)方案的水閘試驗(yàn)表明，受水閘外江河勢(shì)及外江左岸觀景平臺(tái)附近淤積地形影響，出閘水流主流偏向右岸船閘一側(cè)，對(duì)船閘通航不利。在對(duì)外江觀景平臺(tái)附近區(qū)域進(jìn)行清淤后，進(jìn)一步改善了水流偏流問(wèn)題，測(cè)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(yùn)行。閘門全開(kāi)泄流運(yùn)行時(shí)，水閘泄流能力能夠滿足設(shè)計(jì)要求;閘門局部開(kāi)啟泄流運(yùn)行時(shí)，水閘內(nèi)涌水流較平穩(wěn)，進(jìn)閘水流較平順。

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐造造，王 揚(yáng)，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(yàn)研究報(bào)告[R].廣州： 廣東省水利水電科學(xué)研究院，2015.

[2] 唐造造，王 揚(yáng)，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(yàn)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(jì)手冊(cè)（第6卷，泄水與過(guò)壩建筑物）[M].北京：水利水電出版社，1985.