張廣明,胡雨涵,陳 斌,王志超,吳龍華,黃志文

(1.江西省水利科學(xué)院,江西 南昌 330029; 2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098;3.國(guó)家電投江西電力有限公司江口水電廠,江西 新余 338025)

贛撫尾閭綜合整治工程是貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想、推進(jìn)國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)建設(shè)的重大工程。其中南昌水利樞紐是贛江尾閭綜合整治工程的關(guān)鍵項(xiàng)目,計(jì)劃在贛江尾閭的主支、北支、中支、南支新建閘控樞紐,主要任務(wù)為調(diào)控贛江枯期水位,改善南昌城區(qū)水環(huán)境及贛江通航條件,是關(guān)乎生態(tài)環(huán)境和社會(huì)民生重大工程。象山樞紐建于贛江下游尾閭河段主支之上,樞紐泄水閘均為多孔開(kāi)敞式平底閘,下游附近河道束窄、彎急。因此在閘壩泄流過(guò)程中,閘門(mén)調(diào)度運(yùn)行方式不當(dāng)不僅影響船閘通航和魚(yú)道過(guò)魚(yú),也容易造成下游河床嚴(yán)重沖刷,存在安全隱患。

20世紀(jì)以來(lái),由于城市建設(shè)泥沙需求量巨大,導(dǎo)致贛江尾閭河道采沙活動(dòng)更加頻繁,大規(guī)模采沙導(dǎo)致河道產(chǎn)生嚴(yán)重變形,破壞了河床的穩(wěn)定性,改變了河道的演變規(guī)律,對(duì)贛江尾閭河床演變?cè)斐闪瞬豢赡孓D(zhuǎn)的影響[1]。采沙使各支流河槽加深,斷面面積增大,地形不均勻下切導(dǎo)致河道內(nèi)流速變化劇烈,主支下游流速增幅竟超過(guò)1 m/s[2]。陳珺等[3]對(duì)贛江尾閭東西河寬深比進(jìn)行分析得出一致結(jié)論。另一方面,贛江上游修建的眾多水庫(kù)對(duì)河流泥沙具有攔截作用[4]。由于萬(wàn)安水庫(kù)等梯級(jí)樞紐攔截上游泥沙,贛江尾閭河段輸沙量下降,導(dǎo)致該河段演變以沖刷為主[5]。羅蔚等[6]的研究證實(shí)了水庫(kù)群具有滯沙的作用。河道整治工程對(duì)河道的演變也具有一定的影響,主要體現(xiàn)在改變河流各支流的分流比,從而破壞分汊口河段的輸沙平衡,致使河道沖淤發(fā)生明顯變化[7]。除人類(lèi)活動(dòng)外,自然環(huán)境的變化對(duì)河道沖刷也起到了不可忽略的作用。近年鄱陽(yáng)湖枯水期水位下降明顯,導(dǎo)致枯水期尾閭河道水面坡降增加,引起深槽沖刷[8]。以上人類(lèi)活動(dòng)和自然因素造成主支河道蜿蜒,深淺交錯(cuò),河道內(nèi)水流流態(tài)復(fù)雜,水流不具備船只通航、魚(yú)類(lèi)通過(guò)以及樞紐下游防沖的最適宜流速,存在一定的安全隱患,并且集中開(kāi)啟單側(cè)閘門(mén)會(huì)導(dǎo)致閘下流速偏大,對(duì)下游沖刷較為嚴(yán)重,需要泄水閘聯(lián)合調(diào)度,因此針對(duì)象山樞紐面臨的問(wèn)題展開(kāi)系列試驗(yàn)研究,通過(guò)調(diào)節(jié)閘門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量及方式,改善流態(tài),從而制定最優(yōu)閘門(mén)調(diào)度方案。

近年來(lái)眾多學(xué)者主要采用物理模型與數(shù)學(xué)模型的研究方法在樞紐調(diào)度方式、下游消能防沖、河道水流特性等方面取得了豐富的成果,如薛阿強(qiáng)等[9]采用物理模型試驗(yàn)對(duì)不同工況下閘門(mén)開(kāi)啟的組合方式進(jìn)行研究,提出了流量由小到大或由大到小閘門(mén)單向性連續(xù)開(kāi)啟或關(guān)閉的新型調(diào)度方式。朱瑞虎等[10]采用物理模型試驗(yàn)研究船閘開(kāi)通的安全運(yùn)行條件,得出不同上下游潮位差條件下閘室及引航道區(qū)域的水流流態(tài)、流速和啟閉機(jī)受力規(guī)律。許興武等[11]在洪水期、豐水期、枯水期調(diào)度和降雨初期雨水污染調(diào)度等典型時(shí)段進(jìn)行調(diào)水試驗(yàn),探究不同水閘調(diào)度方案對(duì)秦淮河水質(zhì)改善的效果。田暢等[12]采用物理模型試驗(yàn)的方法,分析不同閘門(mén)調(diào)度方式下多孔閘的流態(tài)情況,提出了用池尾擴(kuò)散比量化多孔閘的調(diào)度方法。肖小玲等[13]采用物理模型試驗(yàn)的方法,觀測(cè)不同洪水工況時(shí)不同閘門(mén)調(diào)度方案下下游河道水動(dòng)力條件與邊坡沖刷影響的對(duì)應(yīng)關(guān)系,分析閘門(mén)調(diào)度中影響下泄流量的各因素對(duì)下游河道內(nèi)水流動(dòng)力條件改變程度的敏感性,從而得到閘門(mén)調(diào)度對(duì)邊坡沖刷的影響規(guī)律。胡海松等[14]利用FLOW-3D建立數(shù)學(xué)模型,研究多閘孔溢流壩正常水位小流量下多閘門(mén)不同的組合開(kāi)啟方式下的水流特性,總結(jié)閘門(mén)調(diào)度運(yùn)行的水力學(xué)規(guī)律,給出小流量下的優(yōu)化調(diào)度方式。托爾巴衣?tīng)柕萚15]分析排沙設(shè)施閘門(mén)分流特征,擬定閘門(mén)調(diào)度運(yùn)行方案,采用二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析了不同方案下庫(kù)區(qū)的沖淤情況,提出排沙設(shè)施閘門(mén)調(diào)度運(yùn)行方式。劉恒恒等[16]建立多閘聯(lián)合調(diào)度的裕溪河-牛屯河河網(wǎng)一維非恒定流模型,模擬分析巢湖洪水外排過(guò)程及閘門(mén)調(diào)度對(duì)裕溪河-牛屯河環(huán)形河網(wǎng)的影響。

本文通過(guò)物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證樞紐泄流能力,分析不同流量、不同調(diào)度方式下樞紐上下游的水流特征,在滿足樞紐通航、過(guò)魚(yú)、下游防沖等諸多需求的情況下提出合理可行的閘門(mén)運(yùn)行方案,為樞紐的安全運(yùn)行和科學(xué)調(diào)度提供技術(shù)支撐,也為類(lèi)似工程的模型試驗(yàn)和閘門(mén)調(diào)度問(wèn)題研究提供參考。

1 工程概況

象山樞紐建于贛江下游尾閭河段主支流之上,位于南昌市新建區(qū)象山鎮(zhèn)鴨洲村附近,距南昌市約35 km。象山樞紐主體建筑物由泄水閘、船閘、魚(yú)道和連接擋水建筑物組成,樞紐泄水閘均為開(kāi)敞式平底閘,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,共設(shè)17孔,從左至右依次分為3區(qū):一區(qū)布置于河床左側(cè)灘地,布置8孔30 m凈寬常規(guī)泄水閘;二區(qū)布置于河床中間,布置2孔75 m凈寬大孔閘;三區(qū)布置于河床右側(cè)深泓部位,布置7孔30 m凈寬常規(guī)泄水閘。左岸設(shè)有魚(yú)道,右岸設(shè)有船閘,泄水閘布置及剖面圖如圖1所示。

圖1 樞紐布置圖

2 模型制作

圖2 模型布置圖

模型范圍包括壩軸線上游約2 000 m,下游約3 000 m地形及樞紐建筑物。模型斷面間距為0.8 m～1.0 m,共安裝60個(gè)斷面板,模型總長(zhǎng)(不包括進(jìn)水前池及沉沙池)約為50 m。上、下游河道地形及擋水壩部分均依照原型按比例縮小后,安裝斷面板并用水泥砂漿抹制。泄水閘底板用水泥漿刮模制作,閘墩、弧形閘門(mén)用有機(jī)玻璃制作,閘墩與溢流堰面用螺絲緊固,并用玻璃膠密封止水。

3 模型試驗(yàn)及分析

3.1 泄流能力試驗(yàn)

試驗(yàn)的校核工況流量為8 780 m3/s時(shí),對(duì)應(yīng)的校核水位為19.54 m;設(shè)計(jì)工況流量為8 250 m3/s時(shí),設(shè)計(jì)水位為19.24 m。試驗(yàn)率定了17孔泄水閘全開(kāi)狀況下的泄流能力,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可知,當(dāng)校核工況流量為8 780 m3/s時(shí),閘前控制水位為19.51 m,比設(shè)計(jì)值低0.03 m;設(shè)計(jì)工況流量為8 250 m3/s時(shí),閘前控制水位為19.23 m,比設(shè)計(jì)值低0.01 m,17孔泄水閘全開(kāi)泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 庫(kù)水位與流量關(guān)系曲線

3.2 閘門(mén)調(diào)度原則

贛江尾閭南昌水利樞紐整體水位調(diào)度原則:暢洪調(diào)枯,以保障防洪安全、用水安全為前提,協(xié)調(diào)各分汊河道的生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水量及分配,維持較為穩(wěn)定的贛江南昌城區(qū)河段景觀水位。南昌水利樞紐主要功能為枯期調(diào)控河道水位、航運(yùn)、過(guò)魚(yú)等;對(duì)于主支象山樞紐,工程汛期(4月～7月份)閘門(mén)全開(kāi)敞泄,枯期(8月～次年3月份)調(diào)控河道水位,閘前最高控制水位15.50 m(外洲水文站)。

象山樞紐泄水建筑物共設(shè)17孔泄水閘,分為3區(qū),由15孔30 m常規(guī)泄水閘及2孔75 m大孔閘組成。大孔閘采用平開(kāi)式浮箱閘門(mén),枯期擋水,汛期開(kāi)閘暢泄,枯水期不參與調(diào)泄。常規(guī)泄水閘采用下臥式弧形閘門(mén),液壓?jiǎn)㈤],能精準(zhǔn)控制閘門(mén)開(kāi)度,因此樞紐主要通過(guò)常規(guī)泄水閘一區(qū)、三區(qū)組合方式調(diào)節(jié)下泄流量。根據(jù)上游洪水來(lái)量,常規(guī)泄水閘分區(qū)、分級(jí)均勻開(kāi)啟運(yùn)行。

當(dāng)下游湖洪影響較小,外洲流量≤5 000 m3/s時(shí),按“贛江四支水量分配,控制閘門(mén)”調(diào)配:(1) 當(dāng)主支分配流量小于90 m3/s,采用大孔閘翻板閘門(mén)溢流方式過(guò)流;(2) 當(dāng)主支分配流量大于90 m3/s而小于3 250 m3/s時(shí),采用常規(guī)泄水閘聯(lián)合調(diào)度的方式泄流;(3) 當(dāng)主支分配流量大于3 250 m3/s時(shí),閘門(mén)全部打開(kāi),泄水閘敞泄?？紤]樞紐左側(cè)魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域應(yīng)具備洄游魚(yú)類(lèi)感應(yīng)流速,宜適當(dāng)開(kāi)啟左側(cè)閘孔以保證魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域流速。當(dāng)受下游湖洪影響大時(shí),閘門(mén)全部打開(kāi)后典型斷面水位仍高于調(diào)控目標(biāo)水位,泄水閘敞泄。

綜合考慮魚(yú)道過(guò)魚(yú)、船閘通航及閘門(mén)安全運(yùn)行等因素,并結(jié)合模型泄流能力和消能防沖計(jì)算分析成果,控制閘門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量,以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的效益,提出以下調(diào)度原則:(1)當(dāng)來(lái)流Q>2 822 m3/s時(shí),閘門(mén)全開(kāi)以宣泄洪水;當(dāng)來(lái)流Q≤2 822 m3/s時(shí),控制泄量使水位滿足樞紐上、下游控制水位。(2)滿足樞紐下游消能及魚(yú)道進(jìn)、出口的流速要求,同時(shí)不影響船閘口門(mén)區(qū)的安全流速。(3)試驗(yàn)流量的選取主要針對(duì)Q≤2 822 m3/s下的流速分布及消能情況進(jìn)行研究,并結(jié)合Q>2 822 m3/s下泄水閘全開(kāi)泄流能力綜合分析。

閘址下游河床及灘地巖性為粉質(zhì)(黏土)壤土、淤泥質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、礫砂及圓礫,樞紐河床開(kāi)挖后的抗沖流速以砂礫允許抗沖流速為標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。結(jié)合工程河段水位流量特征,500 m3/s流量工況抗沖流速按1.0 m/s考慮,其他各流量工況抗沖流速按1.2 m/s考慮。

表1 允許抗沖流速建議值表

在閘門(mén)運(yùn)行后,開(kāi)挖段河床底流速小于該運(yùn)行抗沖流速即認(rèn)為消能滿足設(shè)計(jì)要求。魚(yú)道進(jìn)口附近流速應(yīng)滿足0.6 m/s～1.2 m/s,出口流速盡量小為宜。此外,閘門(mén)調(diào)度時(shí)應(yīng)不影響船閘口門(mén)區(qū)的通航要求。

3.3 調(diào)度方案試驗(yàn)邊界條件

試驗(yàn)對(duì)各流量調(diào)度運(yùn)行方案河床進(jìn)行了表流速和底流速的測(cè)量,因Ⅰ區(qū)靠近魚(yú)道,為了更清楚地了解魚(yú)道附近的流速情況,故在Ⅰ區(qū)布置了更多斷面,流速測(cè)量斷面分布及位置見(jiàn)表2。

表2 測(cè)量斷面及位置

樞紐上游控制水位選取上游外洲水文站的水位,下游控制水位選取下游昌邑站的水位。隨著流量的不斷增大,河道水面比降也增加,所以模型入口附近控制水位隨流量增大而降低,模型試驗(yàn)各流量條件下的樞紐上下游控制水位見(jiàn)表3。

表3 閘門(mén)調(diào)度試驗(yàn)上下游控制水位

3.4 調(diào)度方案試驗(yàn)分析

閘門(mén)調(diào)度時(shí),考慮閘門(mén)運(yùn)維成本,盡量集中開(kāi)啟閘門(mén),控制閘門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、便利的效果。但由于閘門(mén)調(diào)度需滿足通航、過(guò)魚(yú)、下游防沖,開(kāi)啟單側(cè)閘門(mén)會(huì)導(dǎo)致閘下流速偏大,對(duì)下游沖刷較為嚴(yán)重,加之魚(yú)道與航道位于河道兩側(cè),其適宜船只通航與魚(yú)類(lèi)通行的流速難以滿足,無(wú)法同時(shí)滿足以上三個(gè)需求,因此考慮分散開(kāi)啟閘門(mén)。同時(shí)開(kāi)啟兩側(cè)閘門(mén)時(shí),優(yōu)先考慮下游防沖,其次考慮魚(yú)道與航道的流速分布;優(yōu)先關(guān)注Ⅰ區(qū)閘下流速,若Ⅰ區(qū)閘下流速不滿足防沖要求,則淘汰此方案,后續(xù)無(wú)需關(guān)注Ⅲ區(qū)閘下流速。若面臨調(diào)節(jié)開(kāi)啟閘門(mén)位置無(wú)法降低閘下流速,考慮在相應(yīng)閘門(mén)旁增開(kāi)一閘,以獲取適宜流速;若魚(yú)道或航道入口處流速偏小,則保持流速較為適宜的閘門(mén)位置不變,更換靠近魚(yú)道或航道閘門(mén)開(kāi)啟的位置,選擇開(kāi)啟靠近魚(yú)道或航道的閘門(mén);若魚(yú)道或航道流速偏大,則選擇開(kāi)啟遠(yuǎn)離魚(yú)道或航道的閘門(mén),此時(shí)仍無(wú)法滿足要求,考慮增開(kāi)一孔。樞紐在不同流量下閘門(mén)調(diào)度方式調(diào)整如下:

(1) 樞紐下泄流量Q=500 m3/s。

根據(jù)系列試驗(yàn)結(jié)果表明,只開(kāi)一孔泄流閘下游流速超過(guò)了海漫和開(kāi)挖河床的允許抗沖流速,故調(diào)度方案從開(kāi)兩孔開(kāi)始考慮。由于Ⅰ區(qū)2、3號(hào)閘門(mén)下游是原河道深槽,因此方案一運(yùn)行Ⅰ區(qū)2、3號(hào)閘門(mén),試驗(yàn)結(jié)果顯示方案一Ⅰ區(qū)LS7斷面最大底流速約1.09 m/s,如圖4(a)所示,超過(guò)抗沖流速1.0 m/s,說(shuō)明啟用單側(cè)閘門(mén)會(huì)導(dǎo)致Ⅰ區(qū)閘下流速偏大,故考慮在Ⅲ區(qū)開(kāi)閘。在開(kāi)兩孔的工況下,考慮Ⅰ、Ⅲ區(qū)各開(kāi)一孔,設(shè)置方案二、三,試驗(yàn)表明方案二Ⅰ區(qū)斷面最大底流速比方案一明顯減小,Ⅰ區(qū)LS7斷面最大底流速由1.09 m/s下降至1.02 m/s,如圖4(a)所示;干砌石海漫段Ⅰ區(qū)LS5斷面最大底流速由1.21 m/s降至0.91 m/s,如圖4(b)所示。但Ⅲ區(qū)LS7斷面最大底流速為1.11 m/s,仍超過(guò)抗沖流速1 m/s,如圖4(c)所示。方案三Ⅰ區(qū)LS6、Ⅰ區(qū)LS7斷面最大底流速均超過(guò)抗沖流速1 m/s,如圖5所示。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,閘門(mén)開(kāi)兩孔無(wú)論Ⅰ區(qū)單獨(dú)調(diào)度還是Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)聯(lián)合調(diào)度均無(wú)法有效地降低閘下流速,因此考慮開(kāi)三孔。在方案一的基礎(chǔ)上,再開(kāi)一孔,設(shè)置方案四,試驗(yàn)結(jié)果顯示方案四Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘下流速下降,均不超過(guò)0.82 m/s,滿足設(shè)計(jì)抗沖要求,但下游魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域Ⅰ區(qū)LS10、LS11斷面流速在0.2 m/s～0.6 m/s之間,流速偏小,不利于誘魚(yú),如圖6所示。從圖1(a)可看出,1號(hào)閘門(mén)靠近魚(yú)道,為增大魚(yú)道進(jìn)口區(qū)流速,故設(shè)置方案五,此時(shí)LS10斷面貼近魚(yú)道處的測(cè)點(diǎn)1流速由低于0.6 m/s,增加至0.6 m/s～0.7 m/s,如圖7所示,Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘下流速不超過(guò)0.89 m/s,水流條件得到改善,方案五滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 方案一調(diào)整為方案二后底流速分布對(duì)比

圖5 方案一調(diào)整為方案三底流速分布對(duì)比

圖6 方案二調(diào)整為方案四后流速分布對(duì)比

圖7 方案四調(diào)整為方案五后流速分布對(duì)比

(2) 樞紐下泄流量Q=1 000 m3/s。

由方案五可知,當(dāng)開(kāi)啟Ⅰ區(qū)1-2號(hào)、Ⅲ區(qū)6號(hào)閘門(mén)調(diào)度時(shí),水流主流靠近左岸魚(yú)道,現(xiàn)流量較上個(gè)工況已大幅度增加,流速必然隨之增大,為避免水流沖刷左岸護(hù)坡,調(diào)度時(shí)應(yīng)盡量不開(kāi)啟靠近左岸的Ⅰ區(qū)1號(hào)閘門(mén),并且考慮增加閘門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量,從而獲取較適宜的流速。該流量下考慮開(kāi)四孔,由于Ⅰ區(qū)2、 3號(hào)閘門(mén)下游是原河道深槽且靠近左岸魚(yú)道,開(kāi)啟Ⅰ區(qū)2、3號(hào)閘門(mén)調(diào)度不僅能夠?qū)⑺畬?dǎo)入原河道深槽,而且可以保證魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域有足夠的誘魚(yú)流速,因此在方案四的基礎(chǔ)上增加一孔,擬定方案六,該流量工況下的調(diào)度方案為運(yùn)行Ⅰ區(qū)2-3號(hào),Ⅲ區(qū)6-7號(hào)閘門(mén),結(jié)果表明魚(yú)道進(jìn)口流速為0.6 m/s～1.1 m/s,滿足設(shè)計(jì)要求,此時(shí)Ⅰ區(qū)LS7斷面最大底流速為1.25 m/s,如圖8所示,比允許抗沖流速略大。為降低底流速,考慮在Ⅰ區(qū)增開(kāi)一孔,擬定方案七。增開(kāi)一孔后,結(jié)果顯示Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘下流速均明顯下降,均不超過(guò)1.03 m/s,其中Ⅰ區(qū)LS5斷面最大底流速由1.23 m/s降為0.95 m/s,Ⅰ區(qū)LS7斷面最大底流速由1.25 m/s降為0.96 m/s,Ⅲ區(qū)LS7斷面最大底流速由1.12 m/s降為0.94 m/s,如圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)所示,滿足抗沖設(shè)計(jì)要求;下游口門(mén)區(qū)橫向流速基本小于0.3 m/s,不影響船閘通航,由圖1(a)所示,Ⅰ區(qū)LS10斷面1、2號(hào)測(cè)點(diǎn)位于魚(yú)道附近,魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域流速為0.6 m/s～0.9 m/s,如圖8(d)所示,基本滿足過(guò)魚(yú)流速要求,方案七滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 方案六調(diào)整為方案七后流速分布對(duì)比

(3) 樞紐下泄流量Q=2 000 m3/s。

由表3可知,該工況上下游水位差減小,過(guò)流速度減小,下游水深增加2 m,河道流速減小。雖然流量增大,但水流流速減小,因此先考慮運(yùn)行五孔閘門(mén),擬定方案八。試驗(yàn)結(jié)果表明方案八Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)閘下流速均超過(guò)了海漫和開(kāi)挖河床的允許抗沖流速,其中Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)LS7斷面最大底流速分別達(dá)到1.54 m/s、1.61 m/s,如圖9(a)、圖9(b)所示,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許抗沖流速。為了改善水流條件,故考慮在方案八的基礎(chǔ)上,在Ⅰ、Ⅲ區(qū)各增開(kāi)一閘門(mén),采用七孔閘門(mén)運(yùn)行,設(shè)置方案九,試驗(yàn)表明Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘下流速均減小,其中Ⅰ區(qū)LS7斷面閘下流速下降至1.15 m/s,Ⅲ區(qū)LS7斷面閘下流速下降至1.12 m/s,如圖9(a)、圖9(b)所示,滿足抗沖設(shè)計(jì)要求;下游魚(yú)道進(jìn)口流速下降至0.9 m/s～1.2 m/s,如圖9(c)所示,水流條件得到改善,下游口門(mén)區(qū)橫向流速基本小于0.2 m/s,不影響船閘通航,故方案九滿足設(shè)計(jì)要求。

圖9 方案八調(diào)整為方案九后流速分布對(duì)比

(4) 樞紐下泄流量Q=2 500 m3/s。

由Q=2 000 m3/s流量工況的閘門(mén)調(diào)度試驗(yàn)成果可知,流量增大引起的流速增大幅度遠(yuǎn)大于上下游水位差減小引起的流速減小幅度,因此該工況可忽略上下游水位差減小對(duì)流速的影響。下泄流量增加,需增加一孔,考慮到方案九Ⅰ區(qū)閘下流速比Ⅲ區(qū)大,因此在Ⅰ區(qū)增加一孔,閘門(mén)調(diào)度從八孔開(kāi)始試驗(yàn),擬定方案十。試驗(yàn)結(jié)果顯示Ⅲ區(qū)LS7斷面最大底流速為1.45 m/s,如圖10所示,不滿足要求;調(diào)節(jié)Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘門(mén)開(kāi)啟的數(shù)量,擬定方案十一,試驗(yàn)表明Ⅲ區(qū)LS7斷面閘下流速下降至1.31 m/s,如圖10所示,仍不滿足要求。故考慮在Ⅲ區(qū)增開(kāi)一閘門(mén),采用九孔閘門(mén)運(yùn)行,擬定方案十二。試驗(yàn)表明Ⅰ、Ⅲ區(qū)閘下流速均減小,其中Ⅲ區(qū)LS7斷面閘下流速下降至1.03 m/s,如圖11(a)所示,滿足要求;魚(yú)道進(jìn)口區(qū)域流速基本保持不變,保持在0.9 m/s～1.2 m/s之間,如圖11(b)所示,過(guò)魚(yú)條件良好,故方案十二滿足設(shè)計(jì)要求。

圖10 方案十調(diào)整為方案十一后Ⅲ區(qū)LS7斷面流速分布對(duì)比

綜上所述,不同工況下根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)節(jié)閘門(mén)開(kāi)啟的位置和數(shù)量,從而得到更恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方案。當(dāng)下泄流量Q=500 m3/s時(shí),樞紐采用方案五運(yùn)行閘門(mén);當(dāng)下泄流量Q=1 000 m3/s時(shí),樞紐采用方案七運(yùn)行閘門(mén);當(dāng)下泄流量Q=2 000 m3/s時(shí),樞紐采用方案九運(yùn)行閘門(mén);當(dāng)下泄流量Q=2 500 m3/s時(shí),樞紐采用方案十二運(yùn)行閘門(mén)。試驗(yàn)擬定的各工況下閘門(mén)運(yùn)行方案如表4所示,流量為2 000 m3/s工況下采用方案九的平面流速分布見(jiàn)圖12。

表4 閘門(mén)調(diào)度試驗(yàn)方案表

圖12 2000 m3/s流量采用方案九平面流速分布圖

4 結(jié) 論

針對(duì)贛江下游河段主支上的象山樞紐閘門(mén)調(diào)度面臨通航、過(guò)魚(yú)以及下游防沖等需求,開(kāi)展水工模型試驗(yàn),驗(yàn)證樞紐泄流能力,通過(guò)調(diào)節(jié)閘門(mén)運(yùn)行方式解決樞紐面臨的問(wèn)題,結(jié)論如下:

(1) 校核工況8 780 m3/s下,設(shè)計(jì)水位為19.54 m;設(shè)計(jì)工況8 250 m3/s下,設(shè)計(jì)水位為19.24 m。泄流能力試驗(yàn)率定了17孔泄水閘全開(kāi)狀況下的泄流能力,校核泄量8 780 m3/s下,閘前控制水位為19.51 m;設(shè)計(jì)泄量8 250 m3/s時(shí),閘前控制水位為19.23 m,泄水閘全開(kāi)泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)閘門(mén)單獨(dú)啟用會(huì)導(dǎo)致該側(cè)下游河道流速偏大,建議Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)閘門(mén)聯(lián)合調(diào)度,不同工況下滿足眾多需求的方案有方案五、方案七、方案九、方案十二。

(3) 合理地控制閘門(mén)運(yùn)行不僅能夠降低水流對(duì)下游河床的沖刷,減小水流對(duì)船閘通航的影響,而且能減少閘門(mén)開(kāi)啟數(shù)量,節(jié)省運(yùn)行成本,延長(zhǎng)工程的壽命。