加大青草沙水库下游水闸排水能力后水力计算研究

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1、加大青草沙水库下游水闸排水能力后水力计算研究　　摘要：在不改变水闸现有结构的前提下，通过增加闸门开度，采取适当的辅助消能措施，可以加大青草沙水库下游水闸排水流量，加速青草沙水库水体的流动，缩短青草沙水库的换排水周期，是防止水质恶化的有效措施之一。并对提出的各种辅助消能措施，通过水力计算验证其可行性。关键词：青草沙水库；下游水闸；水力计算；筑堰雍水；海漫加糙中图分类号：TV2文献标识码：A1前言上海市青草沙水库位于长江口的长兴岛北侧，为蓄淡避咸水库，非咸潮期引水入库供水，咸潮期通过预蓄水量来满足上海市市民饮用水的原水供应。当前，

2、从青草沙水库实际运行的情况来看，夏季高温时节，部分水浅的库区边缘地带有藻类生长的趋势，如不及时进行防治，将会对水库的供水安全造成危害。藻类的生长既有光照、水温、营养盐浓度等因素，又有水动力不足（如停留时间过长）等因素。下游水闸是青草沙水库主要的排水口门，水闸总净宽20m，分三孔，采用平面直升钢闸门，液压启闭机启闭，排水控制流量为17511m3/s，运行过程中主要通过控制闸门开度控制排水流量。如能在不改变水闸现有结构的前提下，通过增加闸门开度，并采取适当的辅助消能措施，加大青草沙水库下游水闸排水流量，加速青草沙水库水体的流动，缩

3、短青草沙水库的换排水周期，是防止水质恶化的有效措施之一。本文以常规水力计算为手段，通过分析水闸的过流能力及加大水闸下泄流量的可能性，提出相应的工程措施，并分析其可行性。2过流能力分析一般水闸设计时，往往对不同水位组合下的排水流量做了限制性要求，以此来提高运行期水闸下游消能设施的安全性，并节省消能设施的工程量。根据目前的运行调度要求，下游水闸各种水位组合下的过闸单宽流量控制在15m3/s以内，见表1。下游水闸排水时，闸门局部开启，单宽流量随潮位变化控制在7.67m3/s至14.00m3/s之间；部分工况下，单宽流量较小，相比最大

4、单宽流量14.00m3/s，若能加强现有消能工，单宽流量还有较大的提升空间。为此，在排水工况时，取库内水位为4m（上海吴淞高程，非咸潮期库内设计高水位），相应库外水位连续变化，对不同水位组合对应的闸门开度进行计算，计算结果见表1。表1水闸设计排水控制过闸单宽流量及闸门开度表11此外，为反映过闸单宽流量与闸门开度的关系，对单宽流量加大到15m3/s（上海地区水闸设计单宽流量的较大值）时各水位组合对应的闸门开度，以及闸门全开时不同水位组合下的泄流能力进行计算。计算结果分别见表2。表2水闸排水流量计算成果表（加大单宽流量）注：1、下

5、游水闸底板顶面高程-1.50m。根据以上计算成果，可得到以下5点结论：（1）下游水闸3孔闸门均匀开启，排水单宽流量达到原设计运行控制排水单宽流量时，闸门开度较小；在最不利工况（水库侧水位4.00m，长江侧水位0.92m）条件下，闸门开度仅为1.26m。（2）下游水闸的排水单宽流量加大到15m3/s，而长江侧水位低于3.00m时，对应的闸门开度在2.40~3.16m之间，仍需通过控制闸门开度控制排水流量。（3）当闸门全开，水流流态均属于堰流，水闸排水单宽流量保持在20.50m3/s，对应的总排水流量达到410m3/s。当长江侧水

6、位高于3.00m时，堰流淹没系数将小于1.0，排水流量在下游水位顶托作用下随着长江侧潮位的升高逐渐下降。11（4）若青草沙水库水位为4.00m，将下游水闸各工况条件下的单宽流量均加大到15m3/s，在一个潮位过程条件下，水闸排水量约为2484.00万m3，较原设计增加约44.5%。（5）若青草沙水库水位为4.00m，闸门全开排水，单宽下泄流量为20.5m3/s，在一个潮位过程条件下，水闸排水量约为3378.24万m3，较原设计增加约96.4%。青草沙水库实际调度运行时，经历一个涨落潮过程大约12小时，此时库内水位一般不会有很大

7、变化，而库外水位变化很大，实际水闸运行水位组合很多。当长江潮位较高时，水闸下游抗冲能力增加，排水单宽流量可随潮位的升高适当加大。因此，通过改变水闸运行调度方式，增加闸门开度，能够加大下游水闸排水能力。加大青草沙水库下游水闸排水流量，可加速青草沙水库水体的流动，缩短青草沙水库的换排水周期。3水闸各部位抗冲流速下游水闸加大下泄流量后，水流流速应小于各部位建筑物的最大抗冲流速；如超过抗冲流速，必须采取相应的工程措施进行保护。水闸各部位抗冲流速具体为：（1）现浇钢筋混凝土最大抗冲流速为8m/s；（2）C20灌砌块石海漫最大抗冲流速为2

8、.5m/s；（3）“混凝土铰链排+抛石”护滩最大抗冲流速为1.5m/s。（4）长江侧滩面的不冲流速取为0.5m/s。4加大下泄流量后将出现的问题11青草沙水库下游水闸区域及邻近新建围堤堤段堤基上部土层主要为粉性土混（淤泥质）粘性土、砂质粉土、粉砂层，一般厚度为13.2～17.