沿海挡潮闸水力设计关键问题探究

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1、沿海挡潮闸水力设计关键问题探究　　摘要：[JP2]感潮河道上挡潮闸的水力设计与上游涝水、下游潮位涨落情况关系密切且复杂，目前尚无标准计算方法。某沿海挡潮闸外移建设中由于未足够重视基础资料收集，消能设计水位组合不甚合理，造成工程消能设施损坏严重，[JP3]因此有较长港道的挡潮闸外移时，重新论证新闸处潮位数据显得非常重要。通过剖析工程存在的问题根源，在该工程加固改造设计过程中，深入分析了挡潮闸闸孔总净宽计算、消能防冲设施设计等关键技术问题，可供类似挡潮闸设计工作参考。[JP]关键词：挡潮闸；闸孔孔径；消能防冲；关键问题中图分类号：TV653文献标识码：A文章编号：1研究背景淤长

2、型海岸的匡围活动在保护沿海人民的生命财产安全的同时，还可起到促进滩涂经济稳定增长、增加土地资源储备的巨大作用[1]。但是随着滩涂围垦范围的不断扩大，不可避免地重塑区域局部水下地形，也迫使部分沿海挡潮闸下移，以保证流域排涝安全[2]。某挡潮闸工程建成于2003年，位于20世纪60代初建成的老挡潮闸下游侧约6.511km处，直接临海，为一座挡潮、排涝与通航相结合的水利枢纽，由挡潮闸和通航套闸组成。[JP2]其中挡潮闸分为6孔，总净宽62m；通航套闸有效尺寸为190m×12（16）m×3.6m。枢纽运行至今，主要存在下列问题。[JP]（1）闸孔过流能力不足。工程建成后，排涝能力达

3、不到设计标准，区域暴雨无法及时排出，产生内涝，对当地工农业生产、人民生活造成一定影响。（2）闸孔上、下游冲刷严重，河床存在较深冲刷坑。2003年7月3日工程投入试运行，7月5日挡潮闸下游西侧引河堤防出现坍塌险情，遂停止排涝。其后，检测发现，上游侧护底末段、下游侧海漫部位局部冲刷深度达6.0m，闸下消力池底部顺水流向掏空长度大于3m，致使消力池末端出现悬空现象。2004年、2007年、2009年管理部门虽采取了一些补救措施，但仍未能彻底解决河床冲刷问题。在对挡潮闸水力计算关键技术进行充分分析基础上，本文提出改造现有消能设施，同时在工程西侧适当扩建新闸，以消除工程隐患并提高泄洪

4、能力。2工程存在问题的根源剖析2.1潮型、潮位等基础水文资料缺乏工程地处江苏省潮差最大区域，但原先工程设计时，在缺少区域外海低潮位实测数据情况下，未充分论证上游6.5km处老闸闸下港道淤积[3]及壅水情况[4]，直接借用老闸闸下潮位进行新闸水力设计，即：平均低潮位0.8611m，最低潮位-1.04m。而本次实测新闸处平均低潮潮位-1.75m，大潮平均低潮位值-2.65m，分别较原设计采用值低2.6m、1.6m。表明原设计对闸下低潮位预料不足，与实际情况出入较大。2.2闸孔总净宽不足根据区域水系及地形特点，该工程日常调度运行方式为：闸上水位达2.80m时，平潮开闸；下游潮位上

5、涨与内河平时，关闸防止潮水倒灌。原设计中按闸上排涝高水位遭遇闸下平均高潮位进行消能设计，具体水位组合为：闸上水位3.50m，闸下水位3.10m。由此确定闸底板面高程-1.5m，下游外海侧河底高程-1.5m，消力池池底顶面高程-2.5m，池深1.0m。上述消能计算中，闸下游侧采用下游外海侧高潮位，人为抬高了下游水深，而未考虑到下游低潮位时可能出现不利水位组合时的过闸水流动能消散情况，造成下游河床刷深、干砌块石海漫冲毁，并发生溯源冲刷，导致消力池出现水毁。现状消能工消能效果复核成果见表1。表1现状闸下消力池消能效果由表1可知，按现有消能设施，上游水位达警戒水位2.8m，下游水位

6、低于1.36m时，消力池不能满足消能要求，需控制闸门开启度。如当下游水位0.0m时，闸门开度控制在0.9711m。但在实际运用时，往往由于上游持续高水位，下游水位低于0.0m时，仍需保持1m左右开度进行排涝。特别是当上游出现超过2.8m水位的严重汛情时，需趁下游低潮位进行抢排，因此工程在消能设施不满足要求的情况下强迫排涝，导致下游海漫冲刷严重。[BT2][STHZ]3改造工程水力计算的关键问题挡潮闸的水力设计内容主要包括：闸孔总净宽计算及闸孔尺寸确定；消能防冲设施设计；拟定闸门控制运用方式等。水力设计时应综合考虑建闸后上下游河床可能发生淤积或冲刷以及闸下水位变动情况对过流能

7、力和消能防冲设施产生的不利影响。加固改造工程方案设计时对水力计算关键点进行了深入研究，重点在于根据工程任务进行闸孔总净宽计算，并提出安全可靠的消能防冲设施方案。3.1闸下排涝潮型的选择垦区地势较高，排涝受高高潮控制。排涝天数按3d雨型雨后1d排出标准，确定为4d。采用汛期连续4d平均高高潮位进行频率计算，潮型选用高高潮位P=50%平均潮型。通过分析2005年-2011年逐日高潮位及2009年-2012年5月闸下每日最低潮位的实测资料，经排频后，参考《江苏省水文手册》[7]，拟合出闸下排涝潮型过程线，见图1。3.2闸