那吉航运枢纽泄流能力和闸下冲刷试验

Q = mnb 2 gH3o ; m = Q/ nb 2 g H1o15 ; Ho = H + av2/ 2 g 。
式中 : Q 为过堰流量 ; b 为闸孔净宽 ; n 为闸孔数 ; v 为行近流速 (取水位测点断面) ; Ho 为堰上总水头 ; H 为
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那吉航运枢纽泄流能力和闸下冲刷试验 李金合 等
4 模型概况
根据河道特征 、河床形态 、地形特点 ,同时为保证模型的几何相似和水流运动相似 ,将本模型确定为定床 正态模型 ,模型比尺为 1 :100 ,按重力相似准则进行模型设计 。根据各相似条件 ,模型各项比尺要素为 :长度 比尺 λL = 100 、流速比尺λV = 10 、流量比尺λQ = 10215 、时间比尺λt = 10 、糙率比尺λn = 21154 、水面比降λi = 1 。
那吉坝址处无实测水文气象 、径流及泥沙资料 ,坝址上游 3914 km 处有百色水文站从 1937 年至今的观 测资料 。该站控制集雨面积 21 930 km2 ,与那吉坝址控制集雨面积相差约 8 %。因此 ,那吉坝址的水文泥沙 等资料主要以百色水文站为依据 ,由百色站按面积比移置到那吉坝址 。
那吉坝址至百色站之间流域无大的支流汇入 , 河段径流主要以降雨为主 , 流域内年平均降雨量为 1 19414 mm ,季节内分配不均 。每年 5～10 月多为雨季 ,6～9 月为洪水期 ,每年 11 月至翌年 4 月为相对干旱 季 ,即枯水期 。据百色水文站径流资料统计 ,多年平均径流量为 8219 亿 m3 。那吉坝址年平均流量为 323 m3/ s ,多年平均含沙量为 01504 kg/ m3 ,多年平均输沙率为 168 kg/ s ,多年平均输沙量为 529 万 t 。建百色枢纽
图 1 那吉航运枢纽坝区河段天然河道
213 坝址工程地质特征 坝址所在河段 ,河流两岸侵蚀堆积阶地发育 ,河边处形成近似平行河流展布的平顶 ,即 2 级阶地台面 。
在 1 、2 级阶地上部为粘土 、壤土 ,厚 8～12 m ,下部为砂卵砾石 ,厚度分别为 3～9 m 和 115～9 m ,在河床 ,河边 漫滩和河心漫滩上部为粉沙土 ,局部夹砂砾石 ,厚 0～4 m ,下部和水下河床为砂卵砾石 ,厚 3～6 m。
同侧向弯道 ,上游弯道接近于 90°,下游弯道为微弯 ,中间段为长约 116 km 的顺直段 ,坝址位于顺直段中部 , 距上游弯道约 113 km。弯道下游 ,河道呈开阔 U 型斜向谷 ,河床宽约 200 m ,右岸为冲蚀凹岸 ,右深左浅 ,航 道位于河床右侧 ,而后河床开阔 ,宽约 330 m ,枯水期水面高程约 101 m 左右 ,水深 015～2. 0 m。河中有一柳 叶形沙洲 (名拉呱洲 ,又名拉呱滩) ,洲面宽约 100 m ,长约 1 000 m ,洲面高程 10215～108. 7 m。该沙洲把河道 分成两支 。左支为主河槽 ,枯水期水深约 2 m ,宽约 150 m ,为行船主航道 ;右支宽约 116 m ,距坝址下游约 100 m 及 370 m 处有两条冲沟汇入河床 。右岸为 2 级阶地 ,高程约 121 m ,位于拉呱洲尾部的下游河段 ,河床宽约 200 余米 ,主流稍偏左 。本航运枢纽的坝轴线拟建于拉呱滩上游端附近 (图 1) 。 212 水文泥沙特性
按设计要求 ,每个流量级在开启一定闸孔敞泄情况下 ,上游水位不应高于设计水位 。 512 左 、右岸船闸方案溢流坝泄流能力 51211 左岸船闸方案
(1) 当 Q = 2 670 m3/ s 时 ,全开右侧 6 闸孔 ,上游水位比设计水位低 0133 m ,泄流能力满足设计要求 ; (2) 当 Q = 3 450～11 000 m3/ s 时 ,10 闸孔全开 ,上游水位比设计水位低 0147～0163 m ,泄流能力满足设 计要求 ,且有一定的富裕 ;当关闭左侧 1 个闸孔 ,全开 9 闸孔时 ,上游水位比设计水位低 012～0. 33 m ,泄流能 力仍能满足设计要求 ;当关闭左侧 2 个闸孔 ,全开其余 8 个闸孔时 ,上游水位比设计水位高 0112～0126 m ,泄 流能力不能满足设计要求 ; (3) 当 Q = 9 860 m3/ s 和 11 000 m3/ s 时 ,上游水位大于 11610 m 高程 ,发生漫滩现象 ,滩地要过一定流量 , 这是由于模型的局限性 ,水位受到了影响 。 51212 右岸船闸方案 (1) 当 Q = 2 670 m3/ s 时 ,全开左侧 7 个闸孔 ,上游水位比设计水位低 0149 m ,泄流能力满足设计要求 ; (2) 当 Q = 2 670～11 000 m3/ s 时 ,10 闸孔全开上游水位比设计水位低 0145 m～0152 m ,泄流能力满足设 计要求 ,且有一定的富裕 ;当关闭右侧 1 个闸孔 ,全开 9 闸孔时 ,上游水位比设计水位低 0121～0. 36 m ,泄流 能力仍能满足设计要求 ;当关闭右侧 2 个闸孔 ,全开其余 8 闸孔时 ,上游水位比设计水位低 0103 m 到高 0131 m ,泄流能力不能满足设计要求 ; (3) 与左岸船闸相同 ,当 Q = 9 860 m3/ s 、11 000 m3/ s 时 ,有漫滩现象 ,水位将受到影响 ;当流量 Q = 2 670 m3/ s 时 ,应全开左侧 7 闸孔 ;当流量 Q > 2 670～11 000 m3/ s 时 ,应全开溢流坝 9 闸孔 。 51213 综合流量系数 根据试验成果 ,计算综合流量系数 m ,计算公式如下 :
水道 港 口 J ournal of Waterway
and
Ha rbo ur
第
23
卷第
3
期
2002

年
9
月
那吉航运枢纽泄流能力和闸下冲刷试验
李金合 ,曹玉芬 ,周华兴
(交通部天津水运工程科学研究所 ,天津 300456)
摘 要 :通过对那吉航运枢纽泄流能力和闸下冲刷试验研究 ,分析了影响泄流能力和闸下冲刷的因素 。 并从上述两方面 ,对左 、右岸船闸布置方案进行了比选 。 关键词 :枢纽 ;船闸 ;泄流能力 ;闸下冲刷 ;试验研究 中图分类号 : TV61 文献标识码 :A 文章编号 :1005 - 8443 (2002) 03 - 0116 - 06
3 枢纽建筑物及水库特征
311 枢纽建筑物的布置原则 在《广西右江航运建设那吉航运枢纽工程预可行性研究报告》中 ,提出那吉枢纽总体布置遵循以下原则 : (1) 枢纽布置优先满足通航和发电的需求 ,满足船闸上下游引航道口门区通航水流条件 ,厂房布置考虑
进口水流条件及尾水顺畅 ; (2) 本枢纽系一低水头闸坝型拦河工程 ,其洪水特点是峰高 、量大 ,因此枢纽布置应顺应河势 ,泄洪时上
为常年通航 2 ×1000 t 级顶推船队 ,船闸有效尺度为 :有效长度 ×宽度 ×槛上水深 = 190 m ×12 m ×3. 5 m ,引 航道底宽 45 m ,上游最高通航水位 11410 m (正常蓄水位) ,上游最低通航水位 11013 m ,下游最高通航水位 10812 m ,下游最低通航水位 101107 m。船闸近期通过能力为 476 万 t ,远期通过能力为 586 万 t 。 313 泄水建筑物
收稿日期 :2002 - 04 - 19 作者简介 :李金合 (1963 - ) ,男 ,副研究员 ,毕业于北京水利电力学院 ,主要从事港口与航道工程研究 。
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那吉航运枢纽泄流能力和闸下冲刷试验 李金合 等
后 ,将拦截上游的大部分来沙 。坝址以上推移质泥沙将全部拦截在库中 ,悬移质泥沙估算可拦截 88 %于库 内 ,下泄的 12 %加上区间来沙量 ,那吉坝址多年平均输沙量为 9018 万 t ,约为建百色枢纽前泥沙的 1712 % ,来 沙量是较少的 。
1 前 言
那吉航运枢纽工程位于西江水系的支流右江上游河段拉呱滩中部 ,距上游百色水利枢纽 6118 km。那吉 航运枢纽建成后可渠化坝址上游航道 5417 km ,形成云南 、广西 、广东省际水运通道 ,并通过 10 个梯级渠化 (已建成 3 个梯级) 提高航道等级 ,形成百色到广州长达 1 220 km 的千吨级航道 ,完成西江南线水运出海主通 道的建设 。
下游水流衔接要平顺 ,满足泄流的要求 ; (3) 枢纽布置要结合施工导流 ,并满足施工导流的要求 ; (4) 该枢纽是在通航繁忙的河道上修建 ,枢纽布置考虑施工期不断航要求 ,尽量使施工期条件良好 ; (5) 根据坝址地质条件 ,合理布置水工建筑物 ,以保证枢纽的安全运行 ,且经济合理 。
312 通航建筑物 枢纽通航建筑物为船闸 ,级别定为 Ⅲ级 。近期通航标准为常年通航 2 ×500 t 级顶推船队 ,远期通航标准
流坝泄水闸 ,船闸布置在左岸 1 级阶地上 。溢流坝坝面为曲线实用堰 ,左岸船闸方案溢流坝泄水闸为 10 闸 孔 ,纵向隔墩右侧为 6 闸孔 ,左侧为 4 闸孔 。
右岸船闸布置方案 。电站和船闸均位于河道的右侧 ,电站布置于船闸和溢流坝之间 ,电站以左河床布置 溢流坝泄水闸 。溢流坝坝面为曲线实用堰 ,右岸船闸方案纵向隔墩右侧为 3 闸孔 ,左侧为 7 闸孔 。
该枢纽建筑物主要有电站 、拦河溢流坝 、通航建筑物等 。工可阶段船闸在枢纽中的平面布置有左岸和右 岸两个比选方案 。为了论证船闸在枢纽中平面布置的合理性及溢流坝的泄流能力是否满足设计要求 ,并对 溢流坝下游的局部冲刷进行试验研究 。
2 枢纽河段特征
211 河势特征 右江是西江水系的主要支流 ,那吉航运枢纽坝址位于右江那吉村旁 。坝区河段呈弓形 ,上 、下游河段为
泄水建筑物为溢流坝 ,布置在拉呱洲及右河槽中 ,左与主河床上石坝相连 ,右与水电站厂房毗邻 。坝顶 高程为 12110 m ,最大坝高 22 m ,堰顶高程 10510 m ,溢流坝长为 14910 m ,共设 10 孔 ,孔口尺寸为 12 m ×9 m。 溢流坝下游设尾坎式消力池 ,消力池底板高程 10010 m ,池长 40 m ,宽 14410 m ,尾坎高 115 m。 314 电站