思贤滘水利枢纽滘内水闸试验研究

思贤滘水利枢纽滘内水闸试验研究
黄智敏江洧陆汉柱唐造造罗岸
（广东省水利水电科学研究院，广州, 510610）
摘要：沟通西、北江的思贤滘水道是一条优良航道，为了减小枯水期北江水流流向西江造成的水量损失，本文对思贤滘的滘内水闸和北滘口的顺坝方案进行试验研究，研究成果可供工程规划和设计参考。

关键词：思贤滘水道滘内水闸通航流态
1 概述
规划中的思贤滘水利枢纽工程位于广东省三水市区境内的西、北江交汇处的思贤滘水道内，是一座具有防洪、航运、改善北江下游三角洲水环境和供水效益的水利枢纽工程（见图1）。

在思贤滘水利枢纽工程
的可行性研究阶段，设计单
位对枢纽工程布置进行了多
方案比选后，推荐方案之一
是滘内可通行水闸。

同时，
在北滘口处（老鸦洲尾）设
置不同长度的顺坝（见图2），
以探讨滘内可通航水闸与
不同长度顺坝组合的运行流
态和思贤滘水道的分流情况。

2 工程河段特性
思贤滘水道是沟通西江和北江的重要水道，西、北江上游水流在思贤滘水道交汇后，重新分流进入下游的西、北江三角洲（见图1）。

思贤滘水道既是西、北江汇流点，又是分流点，西江与思贤滘水道交汇处为西滘口，北江与思贤滘水道交汇处为北滘口，西滘口上游的西江流域面积为353120km2，北滘口上游的北江流域面积为46710km2。

根据枢纽工程河段的特性，西、北江和思贤滘水道的特点：思贤滘水道全长约1.5km，河道较弯曲，河宽约200～300m，河底高程约为-3.0～8.0m，最深处达约-20.0m，西滘口处的河床比北滘口河床低约10m；思贤滘水道北滘口处深槽靠右岸（老鸦洲尾），西滘口处深槽靠左岸（本文以北江水流往西江流动为正向流）。

由于西江流域面积大，水量较丰富，而北江水量相对较少，特别是在枯水期，北滘口河床高程高于西滘口约10m，使北江水流向西江，而北江下游的广州、佛山、番禺等地为经济高速发展和繁荣的地区，枯水期北江水流流向西江后，北江下游用水日益紧张，所以应采取工程措施，减少枯水期北江水流的流失量，以确保北江下游三角洲的用水。

广东省水利水电科学研究院承担该项目可行性阶段试验研究，模型设计和制作、率定等可参考报告[1]。

3 滘内可通航水闸方案试验
3.1试验水文组次
根据工程实际需要及通航条件，西、北江洪、中、枯水主要的试验水文组次见表1。

表1 模型试验主要水文组次
3.2水闸方案布置
滘内可通航水闸（简称滘内水闸）布置在思贤滘水道内的岗根站附近，水闸由9孔闸组成，其中4孔为通航闸孔，闸孔净宽为40m，5孔为泄水闸，闸孔净宽为20m；水闸通航闸孔的闸墩厚为6m，其余闸墩厚为3m，水闸总宽度为302m。

水闸闸底高程为-7.0m，闸底板上、下游连接护坦、海漫和防冲槽，防冲槽后以1∶3坡度与河床面衔接（见图3和图4）。

根据工程设计的要求，滘内可通航水闸与北滘口顺坝方案联合运行，研究水闸与顺坝运行的流态和思贤滘水道的分流情况。

3.3枯水期试验成果
根据思贤滘水道区域西、北江河道地形资料，思贤滘水道北滘口河床比西滘口河床高，且北滘口处北江河宽比西滘口处的西江河宽相对窄得多，因此，枯水期思贤滘水道北滘口的水位高于西滘口的水位，北江水流由北滘口经思贤滘水道进入西滘口（见表2）。

根据工程设计的要求，枯水期滘内水闸只开启3#与7#通航闸孔运行。

试验表明：
（1）当北滘无顺坝方案时，北江水流经老鸦洲尾较平顺进入思贤滘水道，思贤滘水道内流速V＜1.0m/s，水面较平静，进、出水闸的水流平顺；试验水文组次1和2，经闸孔的过流量分别为319m3/s和426m3/s，分别占相应组次的北江枯水流量的40%和36%（见表2），这表明枯水期北江的枯水流量流失较明显。

（2）当滘内水闸与北滘口处不同长度的顺坝方案组合运行时，随着顺坝长度的增加，北江水流经顺坝末端口进入思贤滘水道的流量相应减小（见表2），思贤滘水道内的流速随之减小，水面更为平静。

由表2可见，当顺坝长度增加至AF或AG长度时，枯水期北江的流量流失已明显减小；若继续增加顺坝的长度（如将顺坝长度增加到AH长度），一方面北江枯水流量减小的速率降低，另一方面增加工程投资和顺坝方案对新沙洲分汊河段水流（如分汊河段进口流速、左右汊分流比等）的影响。

（3）枯水期水闸上、下游的水位差较小，因此，过闸水流较平顺，闸孔（3#和7#闸孔）的水面流速V一般小于1.0m/s，水闸上、下游水流衔接过渡的流态良好。

综合上述，枯水期运行时，水闸上、下游水流衔接过渡的流态较平顺；水闸结合北滘口顺坝方案联合运行，可有效减少北江枯水流量的流失。

综合考虑枯水期北江流量的流失、工程投资、顺坝方案对新沙洲分汊河段影响等因素，初步可选取AF长度的顺坝方案为洪水期的试验比较方案。

表2 滘内可通航水闸枯水期过闸流量
4 洪水期试验成果
4.1流态和流速分布
由试验资料分析可知，洪水期，以西江洪水流入北江为主；而在北江发生较大洪水（如北江
出现200年一遇洪水）情况下，北江洪水流入西江。

本文结合滘内水闸思贤滘通航的流态和流速分布，探讨洪水期滘内水闸和思贤滘水道的流态。

根据设计提供的资料，思贤滘水道为Ⅲ级航道，西、北江最高通航水位条件分别为：（1）西江20年一遇（P=5%）洪水（水位、流量）与北江多年平均流量相遇；（2）北江20年一遇（P=5%）洪水（水位、流量）与西江多年平均流量相遇。

参照《船闸设计》等手册和规范[2]，对滘内可通航水闸和顺坝段航道的通航条件进行初步分析。

（1）当北江20年一遇（Q=16100m3/s）与西江多年平均流量（Q=11134m3/s）相遇运行时，北江洪水分别由老鸦洲右汊进入思贤滘水道和顺坝末端出口处进入顺坝段航道及思贤滘水道（见图5），两股水流在滘内水闸前沿处交汇后进入水闸。

在顺坝末端口门区域，北江水流急速拐入顺坝口的航道内，顺坝口门区水流湍急，回流和横向流速值较大（水面回流流速约2m/s、横向流速大于1m/s），口门区无法正常通航，顺坝段内航道的水面流速一般大于2m/s；受闸前水流交汇的影响，水闸右端8#和9#闸孔出现回流（水面回流流速约为1.3～1.6m/s），7通航闸孔水面流速约为0.5～0.6m/s，而6#通航闸孔水面流速V＞3m/s、3#和4#通航闸孔水面流速V=2.3～2.9m/s。

所以，此水文组次的通航闸孔（3#、4#和6#）、顺坝段航道和顺坝口门区域的流态和流速无法满足正常通航的要求。

（2）当西江20年一遇洪水（Q=45500m3/s）与北江多年平均流量（Q=2401m3/s）相遇运行时（见表1，水文组次3），西滘口水位高于北滘口水位0.16m，西江洪水经水闸进入北江。

此时，水闸右端8#和9#闸孔的回流流速约为0.3～0.4m/s，7#通航闸孔水面流速约为1.5～1.6m/s，1#～6#闸孔水面流速V＞2m/s（V约为2.3～2.6m/s），顺坝段航道及其口门区水面流速一般大于2m/s，难于满足正常通航的要求。

综合上述，北江老鸦洲尾设置不同长度的顺坝后，顺坝段将北滘口下游北江河道的主流宽度缩窄，明显增大了老鸦洲左汊下游北江河道的流速，当北江水流流向西江时，北江水流在顺坝末端处较急速拐入顺坝段内的航道内，顺坝末端的口门区回流和横向流速增大，给通航带来不利。

当西江水经滘内水闸时，其顺坝段航道和口门区流速大于通航流速V=2m/s，因此，可行性研究阶段方案的滘内水闸流态和流速难于满足通航的要求。

5 修改方案试验成果
为了改善思贤滘滘内水闸流态及其通航条件，模型试验根据设计方提出的“考虑北江枯水流量（Q=1200m3/s）回收的效果，初定顺坝顶高程为2.20m”的方案进行修改。

修改方案仍为滘内水闸与AF顺坝结合的枢纽布置方案。

修改方案的试验成果如下：
（1）修改方案将顺坝顶高程降低后，顺坝顶高程仍高于枯水期（①西江2360m3/s、北江800m3/s；②西江2970m3/s、北江1200m3/s）的水位，因此，修改方案枯水期的试验成果与原设计方案相同。

（2）顺坝顶高程降低后，北江20年一遇洪水（Q=16100m3/s）与西江多年平均流量（Q=11134m3/s）联合运行时，北江老鸦洲左、右汊水流分别从老鸦洲头绕顺坝和老鸦洲右汊进入滘内水闸，其流态比高顺坝方案末端口门区流态有明显改善，顺坝内河道右端近岸区域可基本满足通航的要求。

（3）当西江20年一遇洪水（Q=45500m3/s）与北江多年平均流量（Q=2401m3/s）联合运行时，西、北江洪水在北滘口处较平顺地交汇，北滘口处河道流态和流速可基本满足通航的要求。

（4）顺坝顶高程降低后，消除了高顺坝洪水期将北江一分为二的状况，增大了洪水期北江的过流面积，改善了北江的流态，有利于北江的通航条件。

（5）顺坝高程降低后，当北江河道水位高于顺坝顶时，应注意顺坝碍航的作用，应做好警诫标志。

6 结语
本文对思贤滘滘内水闸及老鸦洲尾的顺坝方案进行试验研究，可供工程规划和设计参考。

为了使思贤滘这条优良航道发挥更大作用及减小枯水期北江水流的流失量，还应进行多方案的规划和试验论证，使思贤滘优良航道更好地发挥通航作用。

参考文献
[1] 黄智敏、江洧等.思贤滘水利枢纽工程可行性阶段水工模型试验研究报告.2001年4月.
[2] 王作高主编.船闸设计.水利电力出版社,1992年10月.。