石榴崗水閘重建工程水工整體模型試驗研究

王揚 麥棟玲 唐造造

摘 要：通過建立廣州市石榴崗水閘重建工程水工整體模型，研究分析了水閘的泄流能力、閘址附近流態、流速分布、船閘上、下游引航道口門區的流態及流速分布，提出了推薦清淤方案，試驗成果可供工程設計和水閘運行管理部門參考。

關鍵詞：航道整治;航標設置及運用;新思路

中圖分類號：U644.3? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0064-02

1工程概況

石榴崗河舊閘位于石榴崗河干流中段，距離石榴崗河口約2.8km，工程任務主要是防洪（潮）、排澇調蓄、景觀補水、引水灌溉及通航功能。石榴崗河舊閘于1960年建成投入使用，運行至今已50多年，經過多年的運行，工程主體結構老化損壞嚴重，個別閘門出現漏水現象，水閘存在諸多安全隱患且標準過低。經綜合評定為四類水閘，須拆除重建。

石榴崗河水閘重建工程為中型Ⅲ等工程，閘址位于石榴崗河口附近南環高速和南沙港快線之間，主要建筑物為水閘、船閘、右岸管理區和左岸觀景平臺等，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級（見圖1）。水閘設計防洪（潮）標準為200年一遇，對應外江設計洪（潮）水位為2.91m，擋潮時對應的閘內景觀水位為0.8m，排澇標準為20年一遇24小時暴雨不成災，20年一遇設計洪峰流量為112m3/s， 50年一遇設計洪峰流量為138m3/s。

水閘共設7孔，每孔凈寬13.5m，泄洪總凈寬94.5m;閘底板高程-4.0m，內設工作閘門和檢修閘門，閘門外側設2.5m高胸墻。船閘布置于石榴崗河航道右岸，內、外涌閘首長度各34.7m，閘室段有效長度為80m，閘室凈寬12m（見圖2）。

2 試驗研究的目的和內容

測試和研究石榴崗水閘工程運行的水力特性、工程段河道水流變化規律，論證水閘重建工程布置的合理性。試驗研究的主要內容為：

（1）測試和研究水閘泄流流態及內、外涌水流銜接過渡流態等，復核水閘的過流能力;

（2）測試水閘內、外涌消能工運行的流態及流速分布等，優化消能工的體型和尺寸，妥善解決水閘內、外涌水流消能銜接過渡的問題;

（3）通過試驗研究，提出清淤方案，為工程設計和水閘運行管理提供科學依據。

3 模型設計與制作

水工模型按佛勞德重力相似律設計為正態模型，水工斷面模型幾何比尺Lr=44，水工整體模型幾何比尺Lr=50。模型截取約1650m河段，其中閘內涌河道約850m，外江河道約800m。

4 水閘泄流運行試驗[1-2]

進行了設計方案水閘泄流運行試驗，試驗表明：受外江河勢及外江左岸觀景平臺附近淤積地形的影響，在排澇及排水工況時，出閘水流主流偏向右岸船閘一側;在外江潮位為-1.08m，閘門開度e=1.0m時，測試的外江船閘口門區縱向流速較大值約1.6m/s，橫向流速較大值約0.28m/s，給船閘通航帶來了不利影響。

為了改善水閘排水時外江河道的水流流態，消除偏流可能帶來的通航安全隱患，對外江觀景平臺附近區域進行了清淤方案比選試驗，確定了最終推薦方案（見圖3），本文僅對推薦方案攔河閘泄流運行試驗成果進行具體闡述。

4.1 推薦清淤方案布置

（1）水閘消能工采用設計方案布置，共設7孔閘，單孔凈寬13.5m，閘底板高程為-4.0m，閘底板末端均以1∶6坡度與內、外涌消力池相接。內涌消力池底高程-4.5m，池深0.5m，水平段池長7.2m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長15m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長10m的防沖槽（高程-4.0m）。外江消力池底高程-4.5m，池深0.5m，水平段池長10.3m，池末尾坎頂高程為-4.0m，尾坎末端接長25m的水平海漫段（高程-4.0m），海漫末端接長10m的防沖槽（高程-4.0m）（見圖3）。

（2）對外江觀景平臺附近區域進行清淤，順水流方向清淤長度約125.5m，垂直水流方向清淤長度48.5m ～68m，靠近河槽區域清淤至-3.5m高程，以1∶4.5的坡度順接至左岸邊（見圖3）。

4.2 閘門局部開啟運行試驗

水閘局部開啟運行時，內涌水流較平穩，進閘水流較平順，閘內涌河道流速較大值約1.7m/s。出閘水流直入消力池，隨著閘門開度增加，消力池內水流紊動加劇，均未形成明顯的水躍，出池水流基本能與外江河道平順銜接，測試的消力池尾坎底流速較大值約2.0m/s。水閘外江河道偏流問題得到進一步改善[3]，河道流速分布更均勻，測試的外江河道（樁號0+146斷面）流速較大值約2.0m/s，通航運行時船閘口門區縱向流速較大值約1.5m/s，橫向流速V橫≤0.25m/s。

4.3 閘門全開運行試驗

在外江水位分別為1.04m和0.96m情況下，閘門全開泄放317m3/s流量運行時，內、外涌水流均較平穩，測試的水閘內涌水位分別為1.06m和0.98m，分別比設計值低0.06m和0.11m，水閘泄流能力滿足設計要求，測試的消力池尾坎底流速較大值約0.7m/s，樁號0+146斷面河道流速較大值約0.8m/s。

5 結語

（1）本項目對石榴崗水閘進行水工模型試驗研究，優化了工程設計方案，試驗研究成果可供工程設計和運行參考。

（2）設計方案的水閘試驗表明，受水閘外江河勢及外江左岸觀景平臺附近淤積地形影響，出閘水流主流偏向右岸船閘一側，對船閘通航不利。在對外江觀景平臺附近區域進行清淤后，進一步改善了水流偏流問題，測試的外江船閘口門區縱向流速滿足V縱≤1.5m/s、V橫≤0.25m/s的要求，有利于船閘安全運行。閘門全開泄流運行時，水閘泄流能力能夠滿足設計要求;閘門局部開啟泄流運行時，水閘內涌水流較平穩，進閘水流較平順。

（3）工程運行時，可根據實際情況制訂更詳細合理的水閘調度運行方案，以確保工程安全運行。水工模型試驗提出的水閘運行管理措施的建議，可供工程設計和運行管理參考。

參考文獻：

[1] 唐造造，王 揚，麥棟玲. 廣州市海珠區石榴崗河水閘重建工程水工斷面模型試驗研究報告[R].廣州： 廣東省水利水電科學研究院，2015.

[2] 唐造造，王 揚，麥棟玲.廣州市海珠區石榴崗河水閘重建工程水工整體模型試驗研究[R].廣州： 廣東省水利水電科學研究院，2015.

[3] 華東水利學院主編.水工設計手冊（第6卷，泄水與過壩建筑物）[M].北京：水利水電出版社，1985.