沿海挡潮闸（共3篇）
沿海挡潮闸 篇1
摘要：水闸闸门的控制运用是保证工程安全运行的主要因素, 水闸的闸门调度设计关键在于分区计算, 注意标示, 方便管理部门使用。
关键词：闸门开度,振动区,堰流,孔流,临界水深
1 沿海挡潮闸工程调度运行
沿海挡潮闸往往肩负着上游来水的排涝任务、下游挡潮任务, 有时还有通航任务, 工程调度运用须根据上游来水量的多少及下游水位确定。同时, 为了冲淤保港, 当实际排涝流量接近设计流量时, 闸门可能需要大开大放;排涝流量较小时, 须带水位差开、关闸门, 应以闸门开度来控制下泄流量。泄洪过程中还应加强对闸下冲刷的监测, 以便调整泄流量。
2 闸门调度运用设计的必要性[1]
水闸闸门的控制运用是保证工程安全运行的主要因素, 需进行详尽的水力设计, 明确各个流量下各孔具体的闸门开度大小, 方便避开开度小于门前总水头的0.1倍时的门体易振动区, 开度为门前总水头的0.45~0.5倍的门前剧烈立轴漩涡和吸气漏斗区, 以保证闸门的长久使用及工程的安全运行。
3 闸门调度运用水力设计程序思路[2]
水闸为宽顶堰, 闸门开度与闸前水深之比e/H≥0.65时, 为堰流;e/H<0.65时为孔流。
设计时可采用流量、上下游水位、开度遍历法计算, 流量范围为最小流量到最大流量, 上游水位范围为上游最低水位到上游最高水位, 下游水位为下游最低水位到下游最高水位。开度范围为从坎顶以上0.01起一直算至全开。设置四重循环, 第一重循环为流量, 第二重循环为上游水深, 第三重循环为下游水深, 第四重循环为闸门开度, 具体如图1所示。
4 闸门调度表设计
4.1 三种情况分析
经过计算, 会出现三种水流形态, 一是孔流, 当闸门开度处于孔流条件及下游水深高于临界水深时, 适用于孔流公式;二是闸门开度处于堰流条件或闸门全开及下游水深高于临界水深时, 适用于堰流公式;三是下游水深低于临界水深时, 需控制闸门开度, 减小过闸流量, 降低临界水深达到实际的下游水深, 应用孔流公式。
因此, 文章对闸门开度的设计理念时, 将表格分为三部分, 第一部分是正常孔流, 在这一块计算时, 一量出现堰流情况及下游水深低于临界水深的情况, 数据将以*标示, 以便后续处理;第二部分是堰流部分, 应用堰流公式, 计算对应于闸门全开时的流量是小于左列流量的, 此时闸门开度可以为全开也可以为0.65水深;第三部分是下游水深低于临界水深时, 将下游水深作为临界水深, 控制闸门开度, 得到相应流量是小于左列流量的, 此时开度只能小于表中数据, 需严格详见表1。
4.2 振动区标示
如表1所示, 在闸门开度控制表的最右侧还有两个区域, 一是振动区标示区域, 一是备注区域。振动区是严格按照水闸规范0.45~0.5水深及0.1水深以下标示, 如果在此范围内则用红色底纹标示。备注区为本表的精髓, 它不仅体现了整个闸门调度设计的思路, 更对区域标示作了详细的说明。关于红色底纹标示的设置, 采用的EXCEL软件的条件格式, 用的公式见图2, 注意列绝对引用格式。
5 闸门调度设计结论
水闸的闸门调度设计关键在于分区计算, 注意标示, 方便管理部门使用。分区计算需在不同情况下应用孔流和堰流公式, 并需对水位较低时, 可能出现下游水位低于临界水深的情况作严密的开度控制, 宁可低开, 不可高提, 方能保证工程的安全运行。
参考文献
[1]SL265-2001.水闸设计规范[S].
[2]陈宝华, 张世儒.水闸[M].中国水利水电出版社, 2003, 9 (第1版) .
沿海挡潮闸 篇2
挡潮闸是建于滨海地段或河口附近,用来挡潮、蓄淡、泄洪和排涝的水闸。涨潮时关闭闸门,防止潮水倒灌进入河道,拦蓄内河淡水,满足引水、航运等的需要。退潮时,潮水位低于河水位,开启闸门,可以泄洪、排涝和冲淤。
在挡潮闸上游设立水文站点,进行闸上水位和流量的观测主要是掌握上游水位及入海水量变化,为防汛抗旱、本地区的规划治理、工程管理和水资源开发利用及水环境保护提供科学依据和信息。目前水位观测已经实现在线观测,但流量测验仍然依靠人工,存在工作强度大和实时性差等缺点,因此研究H-ADCP在沿海挡潮闸流量测验中的应用,对于挡潮闸流量测验自动化的推动起到促进作用。
1 H-ADCP流速率定方法
H-ADCP的流速率定过程中,通常使用回归法进行流速率定计算,回归法是建立H-ADCP实测流速(指标流速)与河流断面平均流速之间的相关关系,相当于用实测资料对系统进行率定。
具体方法是,利用H-ADCP测量流速(指标流速)的同时,用其它方法测量出河流的断面真实平均流速;此时H-ADCP测量的流速(指标流速)与断面平均流速相对应。在不同的流量及水深情况下得出很多组指标流速和断面平均流速,通过回归分析(采用最小二乘法),建立断面平均流速与H-ADCP实测流速(指标流速)之间的相关关系(回归方程)。
式中:υI=指标流速,b1,b2,b3为回归系数,如果b3=0(影响很小,近似为0),则υ=b1+b2υI。
回归方程建立后,在以后的测量过程中,由H-ADCP连续地测量流速(指标流速)和水位数据,根据H-ADCP实测流速(指标流速)和预先得出的回归方程,即可计算出当时的断面平均流速,根据H-ADCP实测的水位值和预先知道的大断面就可以计算出当时的过水面积,断面平均流速和过水面积的乘积就是流量:Q=A•υ,式中:A为过水断面面积;υ为断面平均流速。
2 率定分析
2.1 代表站概述
目前沿海各挡潮闸的流量测验主要是使用流速仪法,利用测流缆道或桥测车进行。为了研究H-ADCP在挡潮闸流量测验中的应用,江苏省水文水资源勘测局盐城分局在沿海四大港闸中的黄沙港闸安装了H-ADCP测流设备,并进行了比测率定,率定范围内的流速关系获得上级部门的认可。以黄沙港闸站为代表站进行H-ADCP在沿海挡潮闸流量测验的应用分析。
黄沙港为里下河腹部排水入海的主要干河,全长约89 km,底宽40~90 m。为蓄淡御卤,于1972年6月建黄沙港闸,闸身总长126.1 m,共16孔,闸底板高程-3.5 m(废黄河口基面,下同),设计最大流量1 418 m3/s,设计日平均流量200 m3/s[2]。2012年底为加强流量测验的自动化研究,在闸上游210 m处的流量测验断面安装了H-ADCP自动化流量测验平台,该测验断面上下游河道顺直,水流平稳,无紊流区。
2.2 仪器安装高程选择
为确保任何情况下都能够进行测量,同时尽量保持定位、定点测量,以保证流量关系相对稳定,设备主机安装高程一般控制在当地最低水位以下约0.3 m。因黄沙港闸站多年平均低水位为0.69 m,历年最高水位2.32 m,历年最低水位-1.06 m,经现场调试,最终确定黄沙港闸站H-ADCP主机安装位置的高程为-1.25 m。如图1所示。
2.3 率定分析
2.3.1 比测安排
2013,2014年进行同步流量测验,均选择闸门全开的时段进行,水情分布上尽可能涵盖高、中、低水位,大、中、小流量(速)等。其中,常规测验采用测流缆道流速仪法,常规测法时全断面布设10条垂线,每条垂线均测相对水深0.2,0.8 m的测点流速[3];H-ADCP以10 min采样间隔进行自动测流。
2.3.2 比测率定分析
2年期间,共同步施测点数73个,对比测验资料进行计算整理,并对测验成果进行率定分析,得到黄沙港闸站指标流速υi和断面平均流速υp相关关系,如图2所示。
流速公式:υp=0.832υi,相关系数:R2=0.982,式中:υp为断面平均流速;υi为指标流速。
2.3.3 检验分析
根据SL 247-2012《水文资料整编规范》中规定:关系曲线为单一曲线、使用时间较长的临时曲线及经单值化处理的单一线,且测点在10个以上者,应做符号、适线和偏离检验[4]。因此对上述率定关系曲线做了3项检验,检验结果均符合资料整编规范要求,详如表1所示。
2.3.4 H-ADCP断面水位面积相关分析
通过断面测量,取得足够多的水位和面积数据,进行大断面数据分析[5],得出水位面积关系公式,如图3所示。相关系数:R2=0.99;面积公式:A=123.99 Z+231.82,式中:A为断面面积;Z为水位。
2.3.5 流量测验误差分析
利用指标流速关系公式计算得到的断面平均流速与水位面积关系得到的面积相乘,得到H-ADCP实时监测的流量,与缆道流速仪测得的流量进行误差分析,通过分析统计,绘制不同水位下的流量误差分布图,得到如下结果:最大误差13.9%,最小误差0.2%,平均误差1.3%,相对误差≤5%的合格率为76.7%,相对误差≤10%的合格率为97.3%。详如图4所示。
3 校测分析
SL 337—2006《声学多普勒流量测验规范》规定,试验资料确定的相关关系或模型应进行校测,校测的样本数应不少于10次。当校测点明显偏离原率定相关关系时,应及时加密校测测次,以满足重新率定相关关系。校测结果宜用统计检验法进行检验,当原相关关系与校测样本有显著性差异时,应重新进行试验并率定相关关系[6]。
2015年盐城市,汛前水情基本平稳,汛期屡遭梅雨、台风暴雨和夏日强对流降水袭击,降水量较常年偏多三成,河网水位多次超警戒,受害严重。黄沙港闸水文站在2015年特殊的水情工况下,选择高、中、低水情条件,合理安排时间进行H-ADCP测流校测,实测得21个测点。
通过对2015年校测测量成果进行分析,发现υi~υp关系与2013,2014年黄沙港闸站的比测率定关系基本吻合,流速校测υi~υp关系如图5所示。同时通过对黄沙港闸站2015年21个测点与测定的υi~υp关系曲线做学生氏t检验,得到|t|=1.71<1.96,符合学生氏t检验要求,推出结论:原关系曲线仍可使用。
4 结语
综上所述,从测验断面布设情况来看:该测验断面上下游河道顺直,水流平稳,无紊流区;从仪器安装位置来看:仪器安装高程合适;从测验资料的检验分析成果来看:该站H-ADCP指标流速和断面平均流速关系检验的各项统计参数均符合SL 247—2012《水文资料整编规范》要求,指标和断面平均流速关系成单一关系。在今后的使用过程中,通过进一步加强率定范围内的关系线校测和其他不同水情条件下的比测率定工作,能够利用H-ADCP实现黄沙港闸的流量自动在线监测工作。
黄沙港闸的堰闸规模、闸下港道及排涝能力在沿海众多挡潮闸中有较好的代表性,因此,其他沿海挡潮闸,通过合理选择仪器型号、安装断面、确定合适的安装高程,做好流量比测率定,可以使用H-ADCP这款自动化测流设备代替传统的流速仪测流,以实现沿海挡潮闸的流量测验自动化目标。
摘要：主要研究H-ADCP在沿海挡潮闸流量测验中的应用,通过黄沙港闸水文站安装的H-ADCP与同断面流速仪进行同步比测率定,得到指标流速υi和断面平均流速υp关系公式:υp=0.832υi,同时关系线按照《水文资料整编规范》的要求进行符号、适线及偏离等检验,结果均符合规范要求,证明在率定范围内的关系符合规范要求。说明只要选择断面位置正确,设计安装合理,通过正确的比测率定,利用H-ADCP实现沿海挡潮闸的测流自动化是完全可行的。
关键词：H-ADCP,沿海挡潮闸,流量测验,率定分析
参考文献
[1]田淳,刘少华.声学多普勒测流原理及其应用[M].郑州:黄河水利出版社,2003:180-185.
[2]陈锡林,沈长松.江苏水闸工程技术[M].北京:中国水利水电出版社,2013:158-171.
[3]中华人民共和国水利部.河流流量测验规范:GB 50179—2015[S].北京:中国计划出版社,2015:72-73.
[4]中华人民共和国水利部.水文资料整规范:SL 247—2012[S].北京:中国水利水电出版社,2012:14-16.
[5]张楠,时秀梅,单志学.利用EXCEL精确计算水位面积曲线的方法[J].陕西水利,2013:210-211.
沿海挡潮闸 篇3
关键词：混凝土,加固,反拱底板,试验
引言
我国沿海挡潮闸共有千余座,多建于20世纪50年代～70年代,使用年限均已接近大修加固的龄期。挡潮闸水下部位混凝土损坏,一直是困扰主管部门和管理人员的难题,因损坏部位处于水下,不便详细检查,维修养护亦难以及时进行。沿海港闸都建在沙土地基上,渗透性强,一旦基础裂缝引起渗漏,将直接威胁闸身的安全。70年代兴建一批反拱底板水闸,采用素混凝土结构,目前因地基不均匀沉陷,产生底板断裂,形成工程安全隐患。这些部位一般形状都比较复杂,修补时不能采用大体积混凝土浇筑,对新老混凝土结合强度要求较高,而且多为水下作业。为此,文中以盐城市黄沙港闸维修加固为例,研究水下反拱加固技术,从而寻求一种既能保证工程安全,又能消除工程隐患的建筑混凝土水下部位修补最佳方法。
黄沙港闸是苏北里下河地区四大港排涝挡潮控制工程之一(如图1所示),位于射阳县黄沙港镇,于1971年11月动工兴建,1972年6月竣工,并投入使用,黄沙港闸设计排水流域面积865 km2,设计最大过闸流量1 418 m3/s,设计日平均排涝流量200 m3/s。
水下浇筑薄层异型钢筋混凝土对反拱底板进行修补,采用了一系列新材料、新工艺、新技术。在国内外都没有先例可循,为验证此方案的可行性,以及各种修补材料在特定环境条件下的性能和施工质量可靠程度,克服多泥砂环境对施工的影响,实施中采取了循序渐进的谨慎步骤,先进行模拟试验,取样检测各种新材料的实际性能,然后推广实施。
1 试块设计
为确保水下修补技术在工程实际中应用成功,特在黄沙港闸上游进行现场模拟施工试验,试块采用足尺试验,即先设计4 000×2 000×200拱形板,然后严格按照水下修补技术设计要求进行,在上面现浇200 mm混凝土板,然后进行各项材料性能的测试。
2 试验内容
1)验证水下加固补强技术各道工序可实施性以及施工质量的可控制性;2)检测水下浇筑薄层不分散混凝土的各项力学性能指标;3)检测新老混凝土结合强度;4)验证施工中各种新工程材料性能;5)新浇混凝土外观状况;6)水下不分散混凝土与锚筋的粘结强度等。
3 试验结果
外观:模拟试块与现场钻芯样外观检查,表明水下不分散混凝土表面光滑、四周完整、内部密实,说明水下不分散混凝土有较好流动性和自密实性。
力学性能:为多方位测定水下不分散混凝土强度,将试块吊出水面风干后进行表面回弹试验和钻芯取样试验,现场回弱测区10个,抗压强度平均值25.2 MPa,芯样试验抗压强度25.6 MPa,与现场回弹试验检测结果相当接近,强度表里一致(见表1),达到设计标准(C20),说明加盖模板和泵送挤压两条工艺措施非常有效;水下不分散混凝土水下成型试件强度占陆上成型试件强度的83.6%,满足设计要求。
新老混凝土结合性能:在老混凝土表面,通过浇筑新混凝土加固结构,使其发挥整体结构性能,新老混凝土结构的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力,新老混凝土结合面通过劈拉、剪切强度试验,分别占整体新混凝土劈拉、剪切强度的45%与56%(不含锚筋)(见表2),因另使用锚筋加强,可提高劈拉强度70%、剪切强度50%左右。
4施工注意要点
4.1底板清理
黄沙港地处淤泥质海岸带,闸室淤积严重,回淤快,施工中底板打毛也产生许多渣质,底板清理始终贯穿整个施工过程,闸底板清理彻底与否直接影响新老混凝土结合强度。开闸放水清除淤泥及渣质,是理想的底板清理方法。为此,在有关部门的协调下,与邻近水系的射阳河闸、新洋港闸、运棉河闸、利民河闸开闸泄洪方案进行调整,解决了冲淤水源和汛期分洪问题。
4.2锚固钢模的牢固程度
锚固钢模的牢固程度直接影响到混凝土浇筑质量。泵送混凝土进仓的泵送压力很大,主要靠锚固钢筋承担。锚固钢模都由潜水员在水下完成,施工前要组织潜水员学习锚固剂的特性和水下安装方法,做好技术交底工作,杜绝少放漏插,防止因锚固筋锚固强度不够而导致钢模上浮、跑浆、漏浆。
4.3水下施工质量控制
水下施工不如干式施工那样直观明了,为了保证水下施工质量,必须要做好各个环节的施工质量控制。根据设计要求选择有资质、有能力、信誉好的施工单位,并事先报送施工组织设计和施工方案,经监理工程师批准后方可施工,把好原材料关,坚持原材料试验制度。施工过程中,各个环节用水下摄像机跟踪检测,并实时传送至陆上,监理工程师全过程监控。根据需要另派潜水员下水检验,及时发现和解决存在的问题。混凝土浇筑完成后,可用回弹仪进行强度检测或钻芯取样试验,检查是否达到设计标号,施工单位对各道工序进行水下录像检查,并将录像资料作为竣工资料。
5结语