遼寧省雙臺(tái)子河閘樞紐工程過(guò)流能力的分析

周 敏

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 遼寧 沈陽(yáng) 110006）

1 概述

1.1 工程概況

雙臺(tái)子河閘位于盤(pán)錦市雙臺(tái)子區(qū)東郊，是遼河下游的樞紐建筑物，建在感潮河段的末端，閘址距河口57.3km，位于遼河盤(pán)錦城市防洪段，是遼河下游防洪體系的一個(gè)重要組成部分。樞紐工程的主要作用是抬高閘上水位，防海潮倒灌，改善水質(zhì)，調(diào)蓄水量，保證盤(pán)錦地區(qū)遼河兩岸74萬(wàn)畝水田用水和盤(pán)錦市西部近65萬(wàn)畝蘆葦?shù)墓喔扔盟约氨P(pán)錦市的部分工業(yè)用水和城市居民用水。

雙臺(tái)子河閘工程包括：深孔閘、進(jìn)水閘、船閘、上下游導(dǎo)流堤、小柳河倒虹吸、分洪堤和防汛交通橋等。

雙臺(tái)子河閘建于1968年，1995年進(jìn)行了改建設(shè)計(jì)，對(duì)原攔河閘、雙繞進(jìn)水閘、船閘、翼墻等進(jìn)行了抬高和加固，深孔閘閘門(mén)形式改為雙扉閘門(mén)。

1.2 水閘樞紐工程存在主要問(wèn)題

2011年，經(jīng)水利部水利建設(shè)與管理總站復(fù)核，同意雙臺(tái)子河閘Ⅲ類(lèi)閘的安全評(píng)價(jià)鑒定，泄洪能力嚴(yán)重不足。

雙臺(tái)子河深孔閘設(shè)計(jì)泄洪能力3000m3/s，上游堤防已經(jīng)達(dá)到100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，流量為5000m3/s，下游城防段已達(dá)200年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，流量為6800m3/s。該閘與上、下游防護(hù)體系不適應(yīng)，過(guò)流能力嚴(yán)重不足。

雙臺(tái)子河閘深孔閘共14孔，閘底板高程為-4.0m。閘址處原河道高程為3.0m左右，深孔閘是在原河床下挖了7m后修建的，由于局部挖深河床加上遼河天然徑流偏枯，再加上沿河工、農(nóng)業(yè)用水猛增，迫使雙臺(tái)子河閘長(zhǎng)期閉閘不開(kāi)，使深孔閘上下游泥沙淤積嚴(yán)重。深孔閘閘前淤積嚴(yán)重，閘前最大淤積深度已達(dá)7m多，平均淤積深度2m，淤積嚴(yán)重。

2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案

為解決雙臺(tái)子河閘樞紐工程泄洪能力不足的問(wèn)題，通過(guò)加孔改造方案解決雙臺(tái)子河閘防洪安全，即在深孔閘左側(cè)灘地修建淺孔閘。

經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，淺孔閘的閘底板高程采用3.0m，單孔寬度10m。

將原上游的防洪斜堤加固后作為堤頂過(guò)流的擋水建筑物（過(guò)水斜堤）。過(guò)水斜堤為均質(zhì)土堤，堤長(zhǎng)2516.0m，堤頂高程7.8m～11.08m，堤頂寬8.00m，采用混凝土結(jié)構(gòu)。

3 泄流量計(jì)算

由于雙臺(tái)子河閘樞紐工程泄流建筑物多，經(jīng)多年運(yùn)行后受沖淤變化的影響地形復(fù)雜，因此本次設(shè)計(jì)采用河道二維恒定流計(jì)算斜堤過(guò)流量。根據(jù)實(shí)測(cè)資料推求雙臺(tái)子河閘深孔閘的綜合流量系數(shù)確定深孔閘的過(guò)流量，淺孔閘的過(guò)流量采用水閘規(guī)范公式計(jì)算。

3.1 深孔閘流量系數(shù)分析

雙臺(tái)子河閘由于hs/Ho>0.9，因此根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中高淹沒(méi)度的堰流公式計(jì)算過(guò)流量：

式中，Q——過(guò)閘流量，m3/s；

hs——由堰頂算起的下游水深，m；

式中，μ0——淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)；

B0——閘孔總凈寬，m；

H0——計(jì)入行進(jìn)水頭的堰上水頭，m。

但是由于深孔閘是在原河床下挖了7m后修建的，由于局部挖深河床加上遼河天然徑流偏枯，再加沿河工、農(nóng)業(yè)用水猛增，迫使雙臺(tái)子河閘長(zhǎng)期閉閘不開(kāi)，使深孔閘上下游泥沙淤積嚴(yán)重。由于受河床淤積的影響，雙臺(tái)子河閘的過(guò)流狀態(tài)與水閘規(guī)范公式的使用邊界條件不完全相符，比如：雙臺(tái)子河閘樞紐工程原設(shè)計(jì)閘上水位為6.80m時(shí)，泄流量為3000m3/s，但1985年洪水中泄量?jī)H為設(shè)計(jì)流量的61.7%，所以深孔閘的泄洪能力采用水閘規(guī)范計(jì)算，同時(shí)應(yīng)考慮豎向收縮的影響。本次設(shè)計(jì)對(duì)深孔閘歷年汛期實(shí)測(cè)水位、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，分析由于河床局部挖深建閘對(duì)過(guò)流能力的影響。

表1 實(shí)測(cè)資料流量系數(shù)計(jì)算成果表

表2 雙臺(tái)子河閘樞紐工程泄流計(jì)算成果表

根據(jù)建閘后過(guò)流量大于1000m3/s以上的59天較大洪水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算平均綜合流量系數(shù)為0.804。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析：綜合流量系數(shù)的變化受河道沖淤變化的影響很大，與流量～水位的變化沒(méi)有明顯的規(guī)律可循；但是總體的趨勢(shì)是隨著過(guò)流量的加大，綜合流量系數(shù)也相應(yīng)加大。

本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)選取歷史上發(fā)生的3次流量在2000m3/s以上的較大洪水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，推求深孔閘的實(shí)測(cè)綜合流量系數(shù)均值為0.851，推算深孔閘的豎向收縮影響系數(shù)為0.863。

綜上分析：由于受河床淤積的影響，深孔閘的過(guò)流狀態(tài)與水閘規(guī)范公式的使用邊界條件不完全相符，因此本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)深孔閘的綜合流量系數(shù)采用將水閘規(guī)范公式乘以豎向收縮影響系數(shù)的方法進(jìn)行過(guò)流能力的分析，影響系數(shù)經(jīng)分析采用0.86，該結(jié)果對(duì)于計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的過(guò)流量是偏于安全的。即深孔閘的綜合流量系數(shù)應(yīng)為：

3.2 雙臺(tái)子河閘樞紐泄流量計(jì)算

淺孔閘的過(guò)流量采用水閘規(guī)范公式計(jì)算。經(jīng)多方案比選后確定在現(xiàn)有原雙臺(tái)子河閘船閘左側(cè)100m分洪導(dǎo)流堤內(nèi)的灘地上新建淺孔閘18孔，底板頂高程3.00m，閘門(mén)采用平板鋼閘門(mén)，閘門(mén)孔口尺寸（寬×高）10.00m×1.90m。

過(guò)水斜堤的頂?shù)谈叱虨?.8m，斜堤的過(guò)流量采用二維恒定流計(jì)算成果。

雙臺(tái)子河閘樞紐泄流量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

4 結(jié)語(yǔ)

有一些工程的運(yùn)用條件跟規(guī)范公式的使用邊界條件不完全相符，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析后進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚ｋp臺(tái)子河閘深孔閘屬于下挖型平原水閘，現(xiàn)狀淤積嚴(yán)重，過(guò)流狀態(tài)與水閘規(guī)范公式的使用邊界條件不完全相符，本文通過(guò)對(duì)深孔閘歷年汛期實(shí)測(cè)水位、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，分析由于河床局部挖深建閘對(duì)過(guò)流能力的影響，綜合流量系數(shù)采用將水閘規(guī)范公式乘以豎向收縮影響系數(shù)的方法進(jìn)行過(guò)流能力的分析，采用河道二維恒定流計(jì)算斜堤過(guò)流量，為類(lèi)似的水閘樞紐工程設(shè)計(jì)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。陜西水利