柴桥港水闸重建工程水工整体模型试验研究

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1、柴桥港水闸重建工程水工整体模型试验研究麦栋玲，罗岸，黄智敏，陆汉柱，付波，杨骅（广东省水利水电科学研究院，广州，510610）摘要：本文进行了惠来县柴桥港水闸重建工程水工整体模型试验研究，对水闸的泄流能力、流态、流速分布以及水闸下游消能设施的水力特性进行了测试分析，提出了水闸开启运行操作方法，试验成果可供工程设计和水闸运行管理部门参考。关键词：水闸；水工模型；胸墙；消力池；防冲槽1工程概况柴桥港水闸位于广东揭阳市惠来县东部关门水流域下游，靖海、周田、仙庵三镇的京陇、青州、葛山三个村交界处，距下游西石湖水闸3km，距离出海口6km。水闸闸址上游汇

2、流区集雨面2积62.77km，主河道长为11.99km。水闸的主要工程任务是蓄水灌溉、防洪、排涝兼交通，保障区域内仙庵、周田、靖海三镇1.3万亩农田的灌溉，五千多亩渔池的养殖，镇内二万余人的生命安全。在初期建设时，由于缺乏综合、科学论证，且限于初建期的施工材料和设计条件，水闸工程存在严重质量缺陷，至今已经过三十多年的运行，建筑物年久失修成为危闸，机械及电气设备陈旧、老化、破损。经安全鉴定评定该水闸为四类闸，拟全闸拆除重建。柴桥港水闸重建工程为中型水闸，Ⅲ等3级，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时3建筑物为5级；设计洪水标准为20年一遇，相

3、应设计流量为462.1m/s，设计洪水位为3.26m；校3核洪水标准为50年一遇，相应校核流量为561.28m/s，校核洪水位为3.71m；10年一遇的排涝流3量为336.04m/s。2试验研究的目的和内容柴桥港水闸重建工程水工整体模型试验研究的目的是：测试和研究柴桥港水闸工程运行的水力特性、工程段河道水流变化规律，论证水闸工程布置的合理性。试验研究的主要内容为：（1）根据水闸断面模型试验成果，进行水工整体模型试验，测试和研究水闸的泄流能力、流量系数、流态及流速分布，提出改善措施；（2）测试水闸下游消能设施的水力特性，妥善解决水闸的消能防冲问题

4、；（3）对水闸的运行管理方式进行试验研究，为水闸运行管理提供科学依据。3模型设计与制作水工整体模型按佛劳德重力相似定律设计为正态模型，选取模型几何比尺为Lr=40。模型截取范围：上游河道截取250m；闸下游桩号0+100处有一个弯道，为了使模型能更好地演示弯道的水流特性，闸下游截取的下游河段长约400m。水闸枢纽平面布置图及纵剖面图见图1、图2。89图1柴桥港水闸枢纽平面布置图图2柴桥港水闸纵剖面图4试验成果及分析4.1泄流能力4.1.1现状河床泄流能力试验在泄放校核洪水频率流量和设计洪水频率流量时，进行水闸泄流能力试验，测得的闸上游水位见表1

5、。本工程的闸室底高程为-2.0m，由于现状的闸下游河床较高（高程约-2.0m～-1.0m），造成水闸区域段泄流不畅顺。由表1可知，水闸泄流能力不能满足工程设计的要求。表1柴桥港水闸泄流能力表（现状河床）洪水频率泄流量上游水位（m）下游水位3P（%）Q（m/s）试验值Z2设计值Z2＇Z2-Z2＇Z（m）2561.283.973.710.263.465462.13.383.260.123.074.1.2闸下游河床开挖后的泄流能力试验模型对下游防冲槽后200m长的河床主河槽进行开挖，河床开挖至高程约-3.5m～-3.0m，测试的水闸泄流能力见表2。表

6、2柴桥港水闸泄流能力表（下游河床开挖后）洪水频率泄流量上游水位（m）下游水位泄流综合流量系数3Z(m)MP（%）Q（m/s）试验值Z2设计值Z2＇Z2-Z2＇2561.283.763.710.053.460.1915462.13.213.26-0.053.070.183柴桥港水闸为平底水闸，闸室内设置胸墙，胸墙底高程为1.75m，闸底高程-2.0m，表中各试验组次的e/H＞0.65，泄流流量按公式（1）计算：901.5Qm=σεBg2H（1）0式中：σ——淹没系数；ε——侧收缩系数；m——流量系数；B——闸室净宽，B=48m；2H0——闸上全水

7、头，H0=H+v，H为闸上水头，v为闸室上游行进流速。2g令综合流量系数M=σεm，同时忽略水闸上游行进流速水头的影响，则（1）式可简化为：1.5QM=BgH2（2）由（2）式可计算得水闸泄流综合流量系数M（见表2）。由表2结果可知，水闸下游河床开挖后，一定程度上增加了过流断面面积，使水闸区域段过流更为畅顺，在设计洪水频率流量（P=5%）运行时，测试的闸上游水位值为3.21m，比设计值低0.05m；在校核洪水频率流量（P=2%）运行时，测试的闸上游水位值为3.76m，比设计值高0.05m。因此，柴桥港水闸泄流能力基本可满足工程设计的要求。4.1

8、.3闸门开度与泄流能力关系的试验上游维持正常蓄水位0.5m、下游为较不利水位-0.4m、局部开启8孔闸门的情况下，测试水闸的泄流能力。试验成果列于表3