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1、沿海擋潮閘水力設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題探究 摘要:[JP2]感潮河道上擋潮閘的水力設(shè)計(jì)與上游澇水、下游潮位漲落情況關(guān)系密切且復(fù)雜,目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法。某沿海擋潮閘外移建設(shè)中由于未足夠重視基礎(chǔ)資料收集,消能設(shè)計(jì)水位組合不甚合理,造成工程消能設(shè)施損壞嚴(yán)重,[JP3]因此有較長(zhǎng)港道的擋潮閘外移時(shí),重新論證新閘處潮位數(shù)據(jù)顯得非常重要。通過(guò)剖析工程存在的問(wèn)題根源,在該工程加固改造設(shè)計(jì)過(guò)程中,深入分析了擋潮閘閘孔總凈寬計(jì)算、消能防沖設(shè)施設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,可供類(lèi)似擋潮閘設(shè)計(jì)工作參考。[JP]關(guān)鍵詞:擋潮閘;閘孔孔徑;消能防沖;關(guān)鍵問(wèn)題中圖分類(lèi)號(hào):TV653文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1研究背景淤長(zhǎng)
2、型海岸的匡圍活動(dòng)在保護(hù)沿海人民的生命財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí),還可起到促進(jìn)灘涂經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)、增加土地資源儲(chǔ)備的巨大作用[1]。但是隨著灘涂圍墾范圍的不斷擴(kuò)大,不可避免地重塑區(qū)域局部水下地形,也迫使部分沿海擋潮閘下移,以保證流域排澇安全[2]。某擋潮閘工程建成于2003年,位于20世紀(jì)60代初建成的老擋潮閘下游側(cè)約6.511km處,直接臨海,為一座擋潮、排澇與通航相結(jié)合的水利樞紐,由擋潮閘和通航套閘組成。[JP2]其中擋潮閘分為6孔,總凈寬62m;通航套閘有效尺寸為190m×12(16)m×3.6m。樞紐運(yùn)行至今,主要存在下列問(wèn)題。[JP](1)閘孔過(guò)流能力不足。工程建成后,排澇能力達(dá)
3、不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),區(qū)域暴雨無(wú)法及時(shí)排出,產(chǎn)生內(nèi)澇,對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活造成一定影響。(2)閘孔上、下游沖刷嚴(yán)重,河床存在較深沖刷坑。2003年7月3日工程投入試運(yùn)行,7月5日擋潮閘下游西側(cè)引河堤防出現(xiàn)坍塌險(xiǎn)情,遂停止排澇。其后,檢測(cè)發(fā)現(xiàn),上游側(cè)護(hù)底末段、下游側(cè)海漫部位局部沖刷深度達(dá)6.0m,閘下消力池底部順?biāo)飨蛱涂臻L(zhǎng)度大于3m,致使消力池末端出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。2004年、2007年、2009年管理部門(mén)雖采取了一些補(bǔ)救措施,但仍未能徹底解決河床沖刷問(wèn)題。在對(duì)擋潮閘水力計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行充分分析基礎(chǔ)上,本文提出改造現(xiàn)有消能設(shè)施,同時(shí)在工程西側(cè)適當(dāng)擴(kuò)建新閘,以消除工程隱患并提高泄洪
4、能力。2工程存在問(wèn)題的根源剖析2.1潮型、潮位等基礎(chǔ)水文資料缺乏工程地處江蘇省潮差最大區(qū)域,但原先工程設(shè)計(jì)時(shí),在缺少區(qū)域外海低潮位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)情況下,未充分論證上游6.5km處老閘閘下港道淤積[3]及壅水情況[4],直接借用老閘閘下潮位進(jìn)行新閘水力設(shè)計(jì),即:平均低潮位0.8611m,最低潮位-1.04m。而本次實(shí)測(cè)新閘處平均低潮潮位-1.75m,大潮平均低潮位值-2.65m,分別較原設(shè)計(jì)采用值低2.6m、1.6m。表明原設(shè)計(jì)對(duì)閘下低潮位預(yù)料不足,與實(shí)際情況出入較大。2.2閘孔總凈寬不足根據(jù)區(qū)域水系及地形特點(diǎn),該工程日常調(diào)度運(yùn)行方式為:閘上水位達(dá)2.80m時(shí),平潮開(kāi)閘;下游潮位上
5、漲與內(nèi)河平時(shí),關(guān)閘防止潮水倒灌。原設(shè)計(jì)中按閘上排澇高水位遭遇閘下平均高潮位進(jìn)行消能設(shè)計(jì),具體水位組合為:閘上水位3.50m,閘下水位3.10m。由此確定閘底板面高程-1.5m,下游外海側(cè)河底高程-1.5m,消力池池底頂面高程-2.5m,池深1.0m。上述消能計(jì)算中,閘下游側(cè)采用下游外海側(cè)高潮位,人為抬高了下游水深,而未考慮到下游低潮位時(shí)可能出現(xiàn)不利水位組合時(shí)的過(guò)閘水流動(dòng)能消散情況,造成下游河床刷深、干砌塊石海漫沖毀,并發(fā)生溯源沖刷,導(dǎo)致消力池出現(xiàn)水毀?,F(xiàn)狀消能工消能效果復(fù)核成果見(jiàn)表1。表1現(xiàn)狀閘下消力池消能效果由表1可知,按現(xiàn)有消能設(shè)施,上游水位達(dá)警戒水位2.8m,下游水位
6、低于1.36m時(shí),消力池不能滿(mǎn)足消能要求,需控制閘門(mén)開(kāi)啟度。如當(dāng)下游水位0.0m時(shí),閘門(mén)開(kāi)度控制在0.9711m。但在實(shí)際運(yùn)用時(shí),往往由于上游持續(xù)高水位,下游水位低于0.0m時(shí),仍需保持1m左右開(kāi)度進(jìn)行排澇。特別是當(dāng)上游出現(xiàn)超過(guò)2.8m水位的嚴(yán)重汛情時(shí),需趁下游低潮位進(jìn)行搶排,因此工程在消能設(shè)施不滿(mǎn)足要求的情況下強(qiáng)迫排澇,導(dǎo)致下游海漫沖刷嚴(yán)重。[BT2][STHZ]3改造工程水力計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題擋潮閘的水力設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括:閘孔總凈寬計(jì)算及閘孔尺寸確定;消能防沖設(shè)施設(shè)計(jì);擬定閘門(mén)控制運(yùn)用方式等。水力設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮建閘后上下游河床可能發(fā)生淤積或沖刷以及閘下水位變動(dòng)情況對(duì)過(guò)流能
7、力和消能防沖設(shè)施產(chǎn)生的不利影響。加固改造工程方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)水力計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了深入研究,重點(diǎn)在于根據(jù)工程任務(wù)進(jìn)行閘孔總凈寬計(jì)算,并提出安全可靠的消能防沖設(shè)施方案。3.1閘下排澇潮型的選擇墾區(qū)地勢(shì)較高,排澇受高高潮控制。排澇天數(shù)按3d雨型雨后1d排出標(biāo)準(zhǔn),確定為4d。采用汛期連續(xù)4d平均高高潮位進(jìn)行頻率計(jì)算,潮型選用高高潮位P=50%平均潮型。通過(guò)分析2005年-2011年逐日高潮位及2009年-2012年5月閘下每日最低潮位的實(shí)測(cè)資料,經(jīng)排頻后,參考《江蘇省水文手冊(cè)》[7],擬合出閘下排澇潮型過(guò)程線,見(jiàn)圖1。3.2閘