混凝土翻板闸设计洪水计算及泥沙特性分析.pdf

理 论 研究 水利技术监督 2 0 1 5年第 6期 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 5 0 6 0 1 7 混凝土翻板闸设计洪水计算及泥沙特性分析 邹 立博 ( 辽宁省凌源市水利建筑勘测设计 院 ，辽 宁 凌源 1 2 2 5 0 0 ) 摘要 ：结合辽宁省雹神庙水文站的设计 洪水 成果 ，采用水文比拟法 ，确定叨 尔登 闸址 的设计 洪水情 况。通过分析 流域 的暴雨洪水特性 ，计算历 史洪水重现期和 洪峰频 率 ，据此对混凝土翻板 闸进行设计 洪水计算 ，进 而确定施 工 期的设计 洪水 ，并对该流域的泥沙特性进行 分析 ，得 出了悬移质输沙量年 内分配情 况，为今后混凝 土翻 板 闸的 洪 水设计提 供参考 。 关键 词 ：混凝土 ；翻板 闸；洪水设计 ；泥 沙特性 中图分类号 ：T V 1 2 2 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8 1 3 0 5 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 4 1 0 3 1工 程 概 况 青龙河 流 域地 处燕 山 山脉东 段 ，蜿蜓 于群 山之 中，叨尔 登 水 闸位 于青 龙 河 干 流 上 。河 道 全 长 2 4 6 k m，流 域 总 面 积6 5 0 0 k m ， 辽 宁 省 境 内 5 3 3 k m、流 域 面积 1 6 3 3 k m ，叨 尔登 水 闸上 游 流域 面 积 1 1 0 1 k m 。叨 尔 登 水 闸 挡 水 坝 段 长 1 7 8 m，其 上修建 2 7孔滑块式水利 自动翻板 闸总长 1 7 6 m 和 2 m的过水溢 流坝。冲沙闸 、进水 闸各 1座位于坝 体右侧 ，坝体左 岸加固堤防 5 0 0 m( 上游 3 0 0 m、下 游 2 0 0 m) ，坝体右岸修建 5 m宽砂石路面上坝防汛 路 7 2 5 m。其 1 7 8 m挡水坝段上有 4孔 7 m共计 2 8 m 的混凝 土翻板 闸，堰 顶高 程 3 2 8 O O m、挡水 高度 3 0 m，翻板 闸左侧 6 0 m、右侧 9 0 m均为溢流坝体。 由于该混凝土翻板闸年久失修 ，管理部门拟对其进 行 加 固处理 。 2设 计洪水成果分析 2 1洪水特 征值 分 析 青龙河在辽宁省境内设有雹神庙水文站 ，该站 位 于辽 宁省 凌 源县 雹 神庙 乡 ，东 经 1 1 9 。 0 4 ，北 纬 4 0 。 5 5 ，于 1 9 5 8年设 立 ，1 9 6 2年 撤 消 ，1 9 7 8年 6 月恢 复测流 ，又 于 1 9 9 2年底撤消。水文站控 制流 域 面积 4 5 4 k m 。另 在青 龙河 流 域建 有 4个 ( 已撤 销 1个 ) 雨量站 和 3个汛期雨 量站。在青龙河 流域 东 侧附近的大凌河西支上设有哈巴气水文站 ，实测资 料 系列 较长 。哈 巴气 水 文站位 于 辽 宁省凌 源 县 乌 兰 白乡北 哈 巴气 村 ，控制 面积 1 8 4 6 k m 。 雹 神庙 站 有 实 测 资 料 年 份 为 1 9 5 81 9 6 1年 、 1 9 7 81 9 9 2年 ，资 料 系 列 较 短 ，需 插 补 延 长 洪 水 资料。本文采用临近流域哈 巴气水文站为相关站 ， 对雹神庙水文站的洪水资料进行 了插补延长 ，得到 了至今 共 5 1年 的 洪 水 系 列 资料 。在 雹 神 庙 河 段 共 调查 到 1 9 3 8年 、1 9 4 9年 、1 9 6 2年 3次 洪 水 ，洪 峰 流 量分 别为 2 7 7 0 m s 、2 2 0 0 m S 、 1 9 l O m s 。 2 2 洪 峰频 率计 算 根 据文 献记 载 ，历史 洪水 在邻 近 大凌 河 流域 上 有 1 8 8 6年、1 9 3 0年、1 9 4 9年 、1 9 6 2年 ，而青龙河 仅 在 1 9 7 9年 做 过 历 史 洪水 调查 ，查 到 的历 史 洪 水 有 1 9 3 8年 、1 9 4 9年 和 1 9 6 2年 。可 以看 出大 凌河 发 生 大洪 水时 ，青 龙河亦 有 大洪水 发 生 ，两 流域 比较 一 致 。 因 此 洪 水 重 现 期 也 按 1 8 8 6年 至 今 1 3 0年 考 虑 。 根 据历 史 洪水 分 析 ：认 为 1 8 8 6年 以来 青 龙 河 大 洪 水 有 1 8 8 6年 、 1 9 3 8年 、 1 9 4 9 年 、 1 9 6 2 年 ， 1 8 8 6年没有数据 ，按大于其它 3年考虑 ，第 1 位空 出，故 1 9 3 8年排在第 2位 ，1 9 4 9 、1 9 6 2年分别按 顺序排在第 3 、4位。实测洪峰系列 1 9 5 72 0 1 5年 计 5 8年 ，1 9 6 2年 提 出 后 ，其 他 各 年按 连 序 系 列 处 理 。洪 峰频 率计 算基 于绘 线读 点补 矩法 ，变 差 系 数 c 取 偏 差 系 数 c 的 3倍 ，线 型 按 P 型 曲 线 ， c 参 数根据 适 线情 况 确定 4 。雹 神 庙 站洪 峰 经 验 频率计算见表 1 ，频率曲线如图 1所示。 作者简介 ：邹立博( 1 9 8 4年一 ) 男 ，工程师。 41 2 0 1 5年第 6期 水利技术监督 理论研 究 表 1 雹 神庙 水 文 站 设 计 洪 峰流 量成 果表 ( m。 s ) 面 积 C 地点 项 目 N 均值 C s C ( k m ) 计算 采用 雹 神庙 4 5 4 Q 1 2 O 5 1 3 2 4 1 8 8 1 9 8 3 0 P ( ) 地 点 0 01 O 1 0 2 0 3 3 0 5 1 2 3 5 l 0 2 0 雹神庙 l O 5 O O 6 7 5 0 5 6 8 0 4 9 0 0 4 3 1 0 3 3 3 0 2 4 l O l 9 2 0 l 3 5 0 7 1 O 3 0 0 流 量 一 鲁 巴 雹神 庙 站 频 率 曲 线 线 型 项 目 均值 Cv C S C V m l r | n 1 7 丰 里 J二叶 O J t l f | I l 1 1 l 、 l I I 。 o、 C ， - 一 、 毫建 X q q 频率 ( ) 图 1 雹神庙站洪峰流量频率 曲线 2 3设 计洪水 计 算 根 据雹神 庙水 文站 的设计 洪水 成 果 ，采用 水 文 比拟法对混凝 土翻板 闸进行设计 洪水计算。计 算 式 为 ： q 设=( F 设 F 参) Q 参 ( 1 ) 式 中：q 设为闸址设计 洪 峰流量 ，m s ；F 设为 闸 址 以上 控 制 流 域 面 积 ，k m ；F 为 参 考 站控 制 面 积 ，k m ；Q 叁为参 证 站设计 洪峰 流量 ，m s 。 已知雹神庙水文站控制 面积为 4 5 4 k m ，叨尔 登 水 闸 控 制 面 积 为1 1 0 1 k m 。 代 人 上 式 得 ： P设=1 8 0 5 Q参。 由此计 算 出 叨 尔 登 水 闸设 计 洪 水 成 果 ，2 0年 一 遇设 计 洪 峰 流量 为 2 4 4 0 m s 。5 0年 一 遇 校 核 洪 42 水标 准 洪 峰 流 量 为 4 3 5 0 m s 。 而 在 叨 尔 登 水 闸 1 9 8 4年 的原 设 计 中 ，系 采 用桃 林 口水 文 站 的 系 列 洪水分析成果 ，其 统计 参数为多年 平均洪峰 流量 1 8 0 8 m s ，C =1 2 6 ，C ：2 C 。桃 林 15站 控 制 面 积 5 2 5 0 k m ，叨 尔登 闸控 制 面 积 1 1 0 1 k m ，采 用 水文比拟法计算得出叨尔登 闸 2 0年一遇设计洪峰 流 量 为 2 2 2 4 m s ，5 0 年 一 遇 设 计 洪 峰 流 量 为 3 0 9 0 m s 。2组设 计洪 水成 果 比较 ，2 O年 一 遇成 果 接近，5 0年一遇洪水原设计值偏小。经分析认为： 原设计采用的洪水系列较短 ，缺失历史洪水资料， 频率分析参数不尽合理。而雹神庙水文站 的设计洪 水 成果 与 叨尔登水 闸的相关 系数 较大 ，且 在 地 区综 合 设计 洪水成 果 比较 中关 系较好 ，如 图 2所 示 。 咖湖咖 湖湖咖湖咖 姗 。 2 2 l l O O 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 理 论研 究 水利技术监督 2 0 1 5年第 6期 l 0 0 0 1 0 0 I l l I l J l l _ 2 3 欠力 线 l l l I l l l J f l l l 一 绥 ， 前 一 白 由 一一 一 大 赵 建 一一 水 一 风 家 ， 1 一 ， 凌 口 甸 一 ， 、 - 一 厂 _ 1 l雹 德 哈 柏 l 神 立 巴 一 朝 窟 瞽 L 庙 吉 气 r 阳 _ 堡 阿 I 1 O 0 1 00 0 1 0 0 00 图 2雹神庙站与邻近站设计洪峰与 面积 关系 水闸施工期洪水设计标准按规范要求为 5年一 遇 ，该汛前设计洪峰流量 为 1 7 1 m s ，汛期设计洪 峰流 量 为 5 4 3 m s ，汛 后 设 计 洪 峰 流 量 为 5 4 2 m s 。具体设计洪水成果见表 2 。 表 2 水闸施工期设计洪水成 果表( 单位 ：m s ) P( ) 位置 面积( k m ) 分期 5 l O 2 0 汛前 4 0 0 2 3 0 9 5 雹神庙 4 5 4 汛后 2 8 0 1 3 O 3 0 雹神庙 4 5 4 汛期 1 3 5 O 7 1 0 3 O O 叨尔登水闸 1 l 0 1 汛期 2 4 4 0 1 2 8 0 5 4 3 汛前 7 2 2 4 1 5 l 7 l 叨尔登水闸 l 1 0 1 汛后 5 0 5 2 3 5 5 4 2 3泥沙特 性分析 叨尔登水闸运行多年来 ，没有 泥沙观测记 录 ，由 于大水时开启冲沙闸放水冲沙，大量泥沙被带走 ，因 此 ，也不能从 闸前淤积形态计 算泥沙量 。本 次泥 沙分 析系参照青龙河上游雹神庙水文站 的泥沙分析成果 。 经统 计 ，雹 神庙 站 多年平 均实 测 悬移 质 输沙 量 为 4 9 3 2万 t ，多 年平 均 含 沙 量 为 1 7 0 4 k g m 。 由 于雹神庙站实 测泥沙 资料 系列较短 ，需要插 补延 长。分别对雹神庙站汛期和非汛期的径流量 输沙 量做 出相 关关 系 ，其 多年 平 均 悬 移 质 输 沙 量 为 6 3 2 6万 t ，多 年平 均 含 沙 量 为 1 8 9 4 k g m 。悬 移 质泥 沙特 征值 见表 3 。 表 3雹神庙水 文站悬移 质泥沙特征值表 年输沙量 年均含沙量 站名 统计年 限 ( 1 0 t ) ( k g m ) 1 9 5 81 9 6 1 年 、1 9 7 81 9 9 2年 4 9 3 2 1 7 0 4 雹神庙 l 9 5 82 01 4年 63 2 6 l 8 9 4 青 龙 河泥 沙在 时 间分 布 上具有 北 方 河流 的 明显 特点 ，即年际年 内的不均匀性 。年实测最大输沙量 出现 在 1 9 5 9年 ，雹神 庙 水文 站 输沙 量 为 1 9 1 3 7万 t ，最 小输 沙量 出现在 1 9 9 2年 ，雹 神 庙 水 文 站输 沙 量为 0 7 6万 t ，最 大 最 小 值 比为 2 5 3 2 。沙 量 的年 内分配比水量分配更为集 中，汛期 的水量 占全年的 比重 为 5 6 3 5 ，而沙 量则 占 9 8 7 5 。 叨尔登闸址位于雹神庙水文站下游 ，该处无泥 沙观测资料。闸址处的泥沙来量仍参考雹神庙水文 站的泥沙分析成果。根据雹神 庙水 文站 的泥沙分 析 ，其多年平均悬移质输沙量为 6 3 2 6万 t 。雹神 庙水 文 站控 制 面 积 为 4 5 4 k m ，计 算 其 年 均 输 沙 模 数 为1 3 9 3 t k m 。 叨 尔 登 闸 址 处 控 制 面 积 为 1 1 0 1 k m ，采用雹神庙水文站分析的悬移质输沙模 数计算闸址处 的多 年平均悬移质输 沙量为 1 5 3 3 7 万 t 。年 内分 配见 表 4 。 据青龙河的泥沙特点，闸址处 的推移质输沙量 按悬移质输 沙量 的 1 5 考虑 ，计算得 闸址处 的多 年平均推移质输沙量为 2 3 0万 t 。 ( 下转第 4 6页 ) 43 一 Q 2 0 1 5年第 6期 水利技术监督 理论 研 究 次到位 ，对机场远期扩建及区域内的群众生产生活 影 响相 对较 小 。 通过 2个方案的比选，结合机场远期规划 ，该 规划推荐方案二 ，全线改道方案。 4 建 议 ( 1 ) 水 系 调 整 规 划 应 纳 入 机 场 总 体 规 划 ，先 行 实 施 。 水 系 调 整 规 划 是 机 场 扩 建 工 程 总 规 划 的重要一 部 分 ，总 投 资应 包含 水 系调 整 工 程投 资 ，并应 先行 实 施 ，在 主体 工 程 实施 之 前 将 水 系调整 到位 ，尽 量 减少 工 程对 地 方灌 溉 与 排涝 的 影 响 。 ( 2 ) 外 部水系调整 应 与机场 内部排水 体 系统 筹 考 虑 。为保 证 机 场 内部 排 水 安 全 ，机 场 涝 水 外 排体系应进行系统研究 ，并应做 到外部 内部统筹 考虑 ，发 挥工 程 整 体 效 益 ，保证 机 场 防汛 除 涝 安 全 。 ( 3 ) 完善勘察测量，深化设计方案。工程投资 估算中未包含土地征迁、房屋 、树木、青苗 、杆线 以及其他地面附着物的赔偿等费用 ，下一阶段建议 淮安机场公司委托具有相应资质的勘测设计单位 ， 进行 专项 勘察设 计 ，进一 步深 化设计 方案 。 参考 文献 1 上海 民航新 时 代 机场 设计 研 究 院淮 安涟 水 机 场 总体 规 划 ( 2 0 1 2年版 ) R 2 0 1 2 2 谢亚军 ， 王道虎 ， 许成 ， 方高干淮安市涟水县城 区水系规划的 探索与思考 J 水利规划与设计 ，2 0 1 4 ( 0 1 ) 3 赵敏华上海江湾机场地区排水 出路及水系调整规划 J 上海 水务 ， 2 0 0 2 ( 0 2 ) 4 赵立 民上海虹桥综合交通枢纽的水系规划特点 及建设实施 的 问题思考 J 上海水务 ， 2 0 0 8 ( 0 3 ) 5 石正宝上海虹桥综合交通枢纽水系整治工程设计 J 水利规 划与设计 ， 2 0 1 4 ( 0 8 ) 6 高勇新民市新开河水利 生态建设 理念探 索 J 水 利技术 监 督 ， 2 0 1 3 ( 0 3 ) 7 邢立 清对水利规划 几个关键 问题的认识 J 水利技术监督 ， 2 0 0 9( 0 2) ( 上 接第 4 3页 ) 表 4 叨尔登闸址处悬移质输沙量分配情况 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 输沙量 ( 1 0 t ) 0 O 3 0 O 3 0 0 5 0 0 4 1 6 1 2 O O 5 9 2 5 占全年 0 0 2 2 0 0 2 0 O 0 3 1 0 0 2 8 1 0 5 0 1 3 0 3 5 3 8 6 3 月份 8月 9月 1 O月 1 1月 1 2月 全年 汛期 输沙量 ( 1 0 t ) 5 4 5 2 1 7 6 9 0 0 6 0 0 5 0 0 4 1 5 3 3 7 1 5 1 4 5 占全年 3 5 5 4 5 l 1 5 3 7 0 0 3 7 0 0 3 2 0 0 2 9 1 0 0 9 8 7 5 4 结 语 区域洪水 设 计 是对 防洪 工程 评 价 的 重要 依 据 。雹神 庙水 文 站 的设 计洪 水 成 果 ，采 用 水 文 比拟 法 ，确 定 了 叨 尔 登 闸 址 的 设 计 洪 水 情 况 。 研 究 表 明 ：2 0年 遇 设 计 洪 峰 流 量 为 2 4 4 0 m s ； 5 0年 一 遇 校 核 洪 水 标 准 洪 峰 流 量 为 4 3 5 0 m s 。 施 工 期 间 的汛 前 设 计 洪 峰 流 量 为 1 7 1 m s ，汛 期 设 计 洪 峰 流 量 为 5 4 3 m s ，汛 后 设 计 洪 峰 流 量 为 5 4 2 m s 。分析得 出 了悬 移 质 输 沙 量 年 内分 配 情况 ，闸址处 的多年平 均推 移质 输 沙量 为 2 3 0 万 t ，为 今 后 混 凝 土 翻 板 闸 的 设 计 施 工 提 供 参考 。 46 参 考文献 1 吴吴超长闸室底板 设计 与施工 J 水 利规划 与设 计 ， 2 0 1 3 ( 0 8 ) ：6 8 - 7 0 2 杨 中，孙勇 ， 成银 ，崔飞，等三洋港挡潮闸枢纽工程的设计难 点及特点 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 0 ( 0 2 ) ： 7 2 - 7 4+8 0 3 杜培文 ，许志刚弥河寒桥拦河闸平 面闸门结构设计 特点分 析 J 水利规划 与设计 ， 2 0 0 7 ( 0 3 ) ： 4 9 5 2 4赵 国擎 ， 王晓勇孔雀河阿恰枢纽工程监理 “ 三控” 实践 J 水 利技术监督 ， 2 0 1 1 ( 0 6 ) ：1 0 1 2 5 黄智 敏，钟勇明 ， 何 小惠惠州东江水 利枢纽工 程拦 河闸泄 洪 运行研究 J 水利水 电工程设计 ， 2 0 1 2 ( O 1 ) ： 4 7 5 0 6 黄智敏 ，陈卓英 ，罗岸 ，等若干拦河闸下游 河道水 位降低 的 消能问题及 改造研 究 J 中 国农村水利 水电 ， 2 0 0 9 ( 0 8 ) ： 8 3 - 8 6 +9 0