流溪河大坳拦河闸坝除险加固工程消能试验研究

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1、流溪河大坳拦河闸坝除险加固工程消能试验研究陈卓英，黄智敏，陈灿辉，钟勇明（广东省水利水电科学研究院，广州，510610）摘要：由于工程运行时间较长、河床下切、下游河道水位下降等原因，导致消力池下游海漫段和河床出现冲刷，存在启闭设备落后、岸坡不稳定及闸基有淤泥夹层等众多安全隐患。为确保工程安全运行，通过试验研究，提出了工程优化方案和改造方案，较好地解决了枢纽工程消能防冲的问题。关键词：泄洪闸；消力池；消能；试验研究1工程概况大坳拦河闸坝是广州市流溪河灌区的渠首枢纽工程，工程位于流溪河中下游的从化市神岗境内，始建于1958年8月。工程以灌溉为主

2、，兼顾防洪、发电和供水，是广州市重要的水利枢纽工程。2006年6月中上旬，大坳拦河闸坝出现险情。泄洪闸下游浆砌石海漫防冲设施被冲坏，其中####6～9、28～32孔的消力池部分被冲毁，严重影响拦河坝闸室主体安全。经防洪抢险，险情得到控制。有关部门对海漫段损毁原因分析认为：工程出险的主要原因是坝址下游河床不断下切，工程运行的水文条件发生了很大的变化，致使工程现状的消能设施发挥不了应有的功效。为确保工程安全运行，广州市流溪河灌区总管理处委托我院对流溪河大坳拦河闸坝枢纽下游消能工进行水工模型试验研究。33拦河闸设计洪水频率泄流量为2010m/s（

3、P=2%），校核洪水频率泄流量为2265m/s（P=1%）。拦河闸坝总宽237.4m。拦河闸为38孔，其中37孔每孔净宽5m，另外由原拦河坝筏道改为一孔的泄水闸，闸孔宽4.21m，闸孔总泄流净宽189.21m，闸墩厚1m。闸底为平底宽顶堰，堰顶高程#22.41m，闸门为液压启闭垂直升降平面钢闸门。拦河闸的33孔（净宽8m）原为通航船闸，现已改为溢流孔，溢流孔堰顶高程为23.91m。拦河闸下游采用消力池底流消能形式（见图1）。图1大坳拦河闸平面布置示意2泄洪闸工程设计方案试验成果2.1方案布置泄洪闸堰顶高程为22.41m，为平底宽顶堰，堰顶为

4、原消力池位置进行固结灌浆抹平至消力池94尾坎顶，总长17.1m。除险加固设计方案的消力池首端采用1:4斜坡段与堰顶连接，斜坡段水平长度为16.4m。消力池池底高程18.41m，池深1.0m，池长14.5m；消力池下游接长10m砼护坦段和长30m抛石海漫平段，高程为19.41m，并以1:10的反坡与下游河床面相接（见图2）。图2设计方案——泄洪闸下游消能工布置示意（单位：m）2.2泄洪闸模型试验成果根据设计提供的水文资料，在维持闸上游为正常蓄水位23.91m条件下，泄洪闸分别进行了开启闸孔数为15孔、26孔及34孔的不同闸门开度的试验，以论证

5、泄洪闸消能工设计方案的合理性。3试验表明：（1）当泄洪闸泄流量Q≤210m/s时，进行了开度e=0.2m、0.4m和0.6m，开启15孔闸试验。闸门局部开启运行时，由于出闸后堰顶水平段较长和泄洪闸泄流落差较大，出闸水流呈自由出流的急流状，进入下游消力池。由于消力池下游水平海漫段高程较高，出池水流无法与河道下游水流正常衔接，海漫段流速V达（2.2～3.8）m/s，模型试验显示在闸下游桩号约0+130～0+170区域出现二次水跃现象，不利于工程的安全运行。（2）当开启15孔闸、闸门开度e=0.8m3（相应泄流量Q=162m/s）时，消力池内水流

6、波动较大，池内形成左、右摆动的折冲水流，并形成立轴回流，恶化闸下游的流态，折冲水流直冲下游海漫段，出池水流在消力池尾坎形成较明显的跌流，消力池下游海漫段流速V＞4.0m/s（池末坎顶流速V=4.17m/s），恶化消力池和海漫段的流态，不利于闸下游消能工和河道的安全运行。（3）随着泄洪闸泄流量的增大，进行了闸门开度e=0.6m、0.8m、1.0m，开启孔数为26孔的试验。当泄洪闸泄流量的增加时，闸下游水位逐渐上升，消力池内呈波状水跃，消力池出池水流较平顺与下游河道水流衔接。（4）当泄流量Q≥3703m/s时，泄洪闸34孔闸全部控制局部开启运行

7、时（开度e=0.8m、1.0m），出闸水流仍呈自由出流，消力池内形成波状水跃，出池水流较平顺与下游河道水流衔接。综上所述，设计方案的消力池尾坎及其下游海漫段顶高程偏高，闸下游消力池出池水流无法3与下游河道水流正常衔接，并在闸泄流量Q＜210m/s时，消力池海漫段下游出现二次水跃，不利于工程的安全运行。3工程改造方案试验成果在模型试验中一共进行了5个修改方案试验对比优化，最后试验推荐的工程改造方案采取修改方案5及根据施工情况适当降低消力池末端尾坎及水平海漫段顶高程的措施。因此本文的工程改造方案仅介绍修改方案5的试验成果。3.1方案布置（1）综

8、合考虑枢纽工程的布置和泄洪闸下游河床地形条件等，将除险加固工程消力池位置往下游移动。泄洪闸堰顶末端以1:7.579坡度与消力池相连接，消力池首端桩号为0+055.6，消力池池底高