葛平磊

中山市堤圍管理中心 廣東 中山 528400

1 工程概況

案例水閘位于中山市民三聯(lián)圍三角堤段西干堤，舊閘始建于1959年，后于1995年原址重建，是三角鎮(zhèn)外江堤防上一座重要的中型水閘，主要功能為防洪(潮)、排澇，經(jīng)歷了幾次大的臺(tái)風(fēng)暴雨，案例水閘成為所在區(qū)域防洪排澇體系的重要組成部分，為三角鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了保障。水閘原設(shè)計(jì)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位為3.6m，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。水閘共3孔，閘孔總凈寬17m，閘底板面高程-1.4m。水閘外江為雞鴉水道與黃沙瀝水道交匯處，經(jīng)過多年實(shí)際運(yùn)行，水閘出現(xiàn)了運(yùn)行安全問題[1]。

2 采用的重要水位資料

2.1 外河設(shè)計(jì)洪潮水位

外江（黃沙瀝水道）的設(shè)計(jì)洪潮水面線，直接采用《關(guān)于發(fā)送珠江三角洲主要測(cè)站設(shè)計(jì)潮位復(fù)核成果協(xié)調(diào)會(huì)會(huì)議紀(jì)要的函》（珠水規(guī)計(jì)函〔2011〕321號(hào)）的成果，如表。

表1 外江設(shè)計(jì)洪潮水位

由上表可知，外江50年一遇洪潮水位位3.39m。

2.2 案例水閘特征潮水位

根據(jù)計(jì)算需要，通過水文站數(shù)據(jù)資料，現(xiàn)已整理2000～2019共計(jì)20年的實(shí)測(cè)外江水位資料，可推算案例水閘潮位值。

表2 案例水閘潮位特征值

2.3 內(nèi)河水位以及各種工況下水位組合

根據(jù)中山市水務(wù)局文件《關(guān)于執(zhí)行各聯(lián)圍內(nèi)河最高運(yùn)行水位及內(nèi)河堤加高標(biāo)準(zhǔn)的通知》（中內(nèi)河〔2015〕1號(hào)），并結(jié)合三角鎮(zhèn)地面高程情況，保證鎮(zhèn)內(nèi)低洼地澇水能順利排出，確定民三聯(lián)圍三角鎮(zhèn)內(nèi)河最高運(yùn)行水位為1.50m。

各種工況下水位組合如下：

設(shè)計(jì)防洪工況：外河水位3.39m （P-2%外江潮水位）

內(nèi)河水位：1.50m (內(nèi)河最高水位）

正常運(yùn)行工況：外河水位0.22m （外江多年平均潮水位）

內(nèi)河水位：0.22m（外江多年平均潮水位）

校核工況：外河水位3.79（歷史最高水位）

內(nèi)河水位1.50m （內(nèi)河最高水位）

3 防洪標(biāo)準(zhǔn)研究分析

3.1 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

本次分別采用圈面積法、流量分配法以及水文模型法三種方法求得20年一遇洪峰流量，三種方法求得20年一遇洪峰流量分別為74.3m3/s，65.6m3/s，56m3/s。三種方法各有缺點(diǎn)，故結(jié)合實(shí)際情況，為安全起見，取三種方法的計(jì)算最大值即74.3m3/s作為設(shè)計(jì)洪峰流量成果。

3.2 堤頂高程復(fù)核

根據(jù)上述設(shè)計(jì)洪水工況，設(shè)計(jì)洪水位采用50年一遇洪水位3.39m，計(jì)算風(fēng)速采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍，中山市石岐站計(jì)算的歷年汛期最大風(fēng)速平均值是16m/s，計(jì)算風(fēng)速為24m/s。堤頂超高以及風(fēng)浪要素計(jì)算公式：

上述公式中，Y-為堤頂超高，Rp-為頻率為P時(shí)的波浪爬高，e-為設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度，A-為安全加高值，為平均波高，為平均波周期，V-計(jì)算風(fēng)速，F(xiàn)-風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，K-為綜合摩阻系數(shù)，m-為斜坡坡率。根據(jù)上述計(jì)算公式和參數(shù)，堤頂高程結(jié)果如表：

表3 堤頂高程計(jì)算表

（續(xù)表）

案例水閘所在堤防已按30年防洪潮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了達(dá)標(biāo)整治。通過對(duì)水閘兩側(cè)堤防高程按50年一遇洪水水位加堤頂超高進(jìn)行復(fù)核，得出堤頂高程如上表結(jié)果5.01m，而實(shí)際現(xiàn)狀案例水閘左右岸堤頂高程分別為4.61m、4.52m，現(xiàn)狀堤頂高程均不滿足要求[2]。

3.3 水閘閘頂高程復(fù)核

《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）第4.2.4條規(guī)定，“擋水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于正常蓄水位或最高擋水位加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)安全超高之和”。同上，設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)洪水位采用50年一遇洪水位3.39m，計(jì)算風(fēng)速為重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速28m/s；校核工況下洪水位采用歷史最高潮水位3.41m，計(jì)算風(fēng)速采用多年平均最大風(fēng)速16m/s。有關(guān)計(jì)算公式如下：

上述公式中，Z-為閘頂高程，h0-為計(jì)算潮水位，A-為安全超高，hm-為平均波高，v0-為計(jì)算風(fēng)速，D-為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，Hm-為風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深，Tm-為平均波周期，Lm-為平均波長(zhǎng)，H-閘前水深，hp-為相應(yīng)于波列累計(jì)頻率p的波高，hz-為波浪中心超出計(jì)算水位的高度。根據(jù)上述計(jì)算公式和參數(shù)，閘頂高程結(jié)果如表：

案例水閘所在堤防為2級(jí)堤防，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，烏沙水閘段設(shè)計(jì)堤頂高程為5.01m，現(xiàn)狀水閘閘頂高程為4.54m，由計(jì)算可知，水閘閘頂高程在設(shè)計(jì)工況和校核工況下分別為4.27m、4.46m，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中“位于防洪、擋潮堤上的水閘，其閘頂高程不得低于防洪、擋潮堤頂高程”，水閘閘頂高程不滿足要求[3]。

表4 閘頂高程計(jì)算表

4 過流能力復(fù)核

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，水閘的過閘差值應(yīng)該根據(jù)上游淹沒影響允許的過閘單寬流量和水閘工程造價(jià)等因素綜合比較選定，一般情況下，平原區(qū)水閘的過閘水差應(yīng)采用0.1～0.3m。參考相關(guān)規(guī)范，結(jié)合本區(qū)實(shí)際情況，該水閘過流能力計(jì)算設(shè)計(jì)水位采用外江多年平均低潮水位-0.08m作為過流能力計(jì)算的邊界條件。計(jì)算公式：

對(duì)于平底閘，當(dāng)為堰流時(shí)，水閘泄流能力計(jì)算根據(jù)規(guī)范中的水力計(jì)算公式：

上述公式中：Q-為過閘流量，δ-為堰流淹沒系數(shù)，ε-為側(cè)收縮系數(shù)，B0-為閘孔總凈寬，m-為堰流流量系數(shù)，hs-為由堰頂算起的下游水深，H0-為計(jì)入行近流速水頭的堰上水深對(duì)于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒度時(shí)，即hs/H00.9，水閘的過流能力計(jì)算公式：

表5 過閘流量計(jì)算結(jié)果

案例水閘20年一遇洪峰流量為74.3m3/s，由計(jì)算結(jié)果可知，水位差在0.1～0.3m時(shí)，水閘過流能力均小于20年一遇洪峰流量。根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，結(jié)合水閘過流能力安全性、閘頂與堤頂計(jì)算分析，可定義案例水閘的防洪標(biāo)準(zhǔn)安全性等級(jí)為C級(jí)。

5 結(jié)束語

水閘安全綜合評(píng)價(jià)包括結(jié)構(gòu)安全、抗震、金屬結(jié)構(gòu)、滲流、防洪標(biāo)準(zhǔn)以及機(jī)電設(shè)備等安全評(píng)價(jià)，防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核評(píng)價(jià)只是其中部分內(nèi)容，后期可根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》要求進(jìn)行多方面綜合分析，確定對(duì)水閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固還是報(bào)廢重建。在采取對(duì)應(yīng)措施之前，都應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案，強(qiáng)化工程管理，做好工程監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào)工作，確保運(yùn)行安全。