小东江流域三水闸设计资料.docx
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小东江流域三水闸设计资料
茂名市小东江流域水闸
1.工程及流域概况
1.1工程概况
广东省茂名市高山水闸、小东江水闸、乌石水闸位于小东江河流。
乌石拦河闸位于小东江的下游河段，距离上游东江口水闸约9km，闸址距茂名市区约14km。
东江口水闸位于茂南区境内，距茂名市区约2km，位于小东江与白沙河汇流处下游约300m的小东江中下游河段。
茂名市小东江高山拦河闸坝位于茂名市小东江高山桥下游300m处。
三宗水闸都是以灌溉为主，改善水环境的水闸工程。
高山水闸概况
高山水闸于1997年2月开工，1998年11月建成运行至今。
闸室结构为开敞式，闸门为钢筋混凝土双铰自动翻板闸门，闸室底板为分离式平底板。
水闸正常蓄水位8.40m，堰顶高程5.00m，相应的前坦高程4.80m；闸门顶高程8.40m，闸门高3.50m。
闸孔净宽b0=8.0m，孔数N=12孔，闸室总净宽B0=12×8.0=96.0m。
水闸断面为复式断面，二级平台，第一级平台闸岸顶高程10.0m，左岸河滩宽4m，右岸河滩宽38m；第二级平台岸顶高程左岸13.5m，右岸11.7m。
拦河闸总宽138m。
水闸原设计标准30年一遇，设计流量为1230m3/秒，100年一遇洪水校核，校核流量为1670m3/秒。
东江口水闸概况
闸址以上流域面积667km2，是一宗以灌溉为主，兼顾航运的大
（2）型综合性水利枢纽工程。
该闸原为航道部门于1958年兴建的固定式浆砌石滚水坝，同时左岸滩地设船闸一座。
建坝后上游淤积严重，并造成上游大面积受涝。
1960年由航道部门在右岸增建10孔翻板闸门，但河床淤积仍十分严重，对上游防洪和市区防洪构成极大威胁。
为了解决上游防洪问题，确保市区防洪安全，1978年，经水利部门批准，对东江口拦河闸坝进行改造。
改造后的工程呈“一”字形布置，由左至由右依次为：
10m宽船闸、8孔×8m的升卧式水闸、3孔×10m的翻板闸、水轮泵站等。
水闸正常蓄水位为6.0m，闸前正常蓄水高度2.0m。
升卧式平板闸闸底板高程为4.0m，闸门为平板钢丝网砼闸门，闸门高度2.0m，闸墩顶高程为12.2m，闸孔净宽8.0m，过水净宽64m，建筑物总宽75.7m。
翻板闸部分总宽38.3m，共10孔每孔净宽3m，过水净宽30m，闸门为平板钢闸门，闸门高度2.0m，闸底板高程4.0m，闸墩顶高程7.0m。
闸前铺盖长10m，为30cm厚的浆砌石和15cm厚的150＃砼面板构成；消力池长12.2m，护坦长9.7m，海漫长10m，消力池末端设有一排消力墩。
升卧式水闸闸门采用一机四闸启闭，分二组，每组四扇闸门，由2台160KN电动卷扬式启闭机集中启闭。
整个启闭系统有动滑轮和定滑轮120多个，钢丝绳1200m长，绳扣70多个。
改建后的工程原设计标准，按1964年《水利水电工程基本技术规范》（水工部分，研究生班定稿）的有关规定，水闸按3级水工建筑物设计。
原设计洪水标准为20年一遇，相应原设计洪峰流量为1220m3/s，原设计洪水位为10.40m；原校核洪水标准为100年一遇，相应原校核洪峰流量为1590m3/s，原校核水位为11.48m。
改造工程于1979年1月动工，1980年10月竣工，运行后河床淤积情况得到大大改善。
乌石水闸概况
乌石水闸位于小东江的下游河段，距离上游东江口水闸约8km，闸址距市区约14km，闸址以上集雨面积720km2，是一宗以灌溉为主，兼顾航运和发电的大
（2）型综合性水利枢纽工程。
该闸原为航道部门于1958年兴建的固定式浆砌石滚水坝，同时左岸滩地设船闸一座。
建坝后上游淤积严重，并造成上游大面积受涝。
1963年由航道部门在右岸增建9孔平板闸门，但河床淤积仍十分严重，加上平板闸闸门最高只能提升到7.9m高程，仍在洪水位以下，对上游防洪构成极大威胁。
为了解决上游防洪问题，确保市区防洪安全，1978年，经水利部门批准，对乌石拦河闸坝进行改造。
改造后的工程呈“一”字形布置，由左至由右依次为：
10m宽船闸、320kW电站、8孔×8m的升卧式水闸、9孔×3.4m的平板闸、水轮泵站等。
水闸正常蓄水位为4.50m，闸前正常蓄水高度2.0m。
升卧式平板闸闸底板高程为2.5m，闸门为平板钢丝网砼闸门，闸门高度2.0m，闸墩顶高程为11.3m，闸孔净宽8.0m，过水净宽64m，建筑物总宽75.8m。
平板闸部分总宽39.6m，共9孔每孔净宽3.4m，过水净宽30.6m，闸门为平板钢闸门，闸门高度2.0m，闸底板高程2.5m，闸墩顶高程7.0m。
闸前铺盖长12m，为30cm厚的浆砌石和15cm厚的150＃砼面板构成；消力池长12.7m，护坦长9.7m，海漫长10m。
1992年10月由水利部门兴建茂南水电厂，利用乌石水闸水头差，引水流量26m3/s，总装机容量320kW，1995年并网发电，取得较好的经济效益，目前电厂转为承包经营，运转基本正常。
升卧式水闸闸门采用一机四闸启闭，分二组，每组四扇闸门，由2台160KN电动卷扬式启闭机集中启闭。
原平板闸门采用一机九闸启闭。
整个启闭系统有动滑轮和定滑轮120多个，钢丝绳1200m长，绳扣70多个。
改建后的工程原设计标准，按1964年《水利水电工程基本技术规范》（水工部分，研究生班定稿）的有关规定，水闸按3级水工建筑物设计。
原设计洪水标准为20年一遇，相应原设计洪峰流量为1220m3/s，原设计洪水位为9.47m；原校核洪水标准为100年一遇，相应原校核洪峰流量为1590m3/s，原校核水位为10.85m。
改造工程于1979年1月动工，1980年10月竣工，运行后河床淤积情况得到大大改善。
1.2流域概况
小东江（原称梅江）是袂花江最大的支流，属鉴江的二级支流，集雨面积1142km2，河床综合平均比降0.064%，干流总长67km。
小东江发源于高州市根子镇境内的官庄岭，依次流经的主要村庄和城镇有黄杰、莲塘、新圩、官渡、樟古、茂名市区、高山、车田、章福、坡头、合水、荷榭、樟岭、白沙、彭村、镇盛圩、联塘、博郡、禾步、新村、斜岭、公文、衍水等地，从衍水进入吴川境内，于白官山涌口汇入袂花江，再经梅禄水闸汇入鉴江。
小东江主要支流情况简述如下：
1）三丫河
三丫河属小东江的一级支流，发源于高州市的石鼓镇，集水面积329km2，全长38km，流经高州、化州、茂南、吴川等市（县、区），于吴川市的四丫口汇入小东江。
2）白沙河
白沙河（公馆河）是小东江的一级支流，发源于高州市秀观山，全长38km，流经高州的石鼓和茂南区的周村、低山、金塘、丰田、河之口、荔枝塘、公馆圩、大埠口、东华岭、旧村等地，于合水汇入小东江，集水面积232km2，其中境内面积148km2。
河床比降为0.72‰，流速快，浮泥不淤，砂粒洁白。
近年来由于河水污染变黑，很难见到白沙。
建国前，当地物资进出主要通过白沙河水上运输，船只向下航行入小东江、袂花江、鉴江、甚至出海。
1960年建成东江口水闸后，公馆下游20t级船只通行无阻。
白沙河上游属丘陵，下游属平原，茂南区境内修建有南塘、文林坡头塘、垭坡等四座小
（一）型水库以及苏沥、新塘等2座小
（二）型水库，控制面积10.3km2。
3）泗水河
泗水河是小东江的一级支流，属鉴江的三级支流，发源于高州红花岭，流经高州的泗水、联和、储良、飞马和茂南区的合益、烧酒、禄村、山口、黄塘、莲塘，在官渡汇入小东江。
泗水河集雨面积203km2，总干流长42km。
泗水河上游为山区，中下游为丘陵地区，河道弯多流急，河床较深，中上游两岸崩塌严重，河底多为粗砾石。
由于河水湍急，历史上没有通航记录。
工程位置及流域水系图见图2-1。
图1-1工程位置及流域水系图
2气象特征
2.1气温
小东江流域属热带气候，气候温和，多年平均气温21～23℃，气温受季风的影响而有所变化，年内最高气温多出现在7～8月，达37℃以上，最低气温多出现在1～2月，极端最低气温为3℃。
2.2降水量
小东江流域属热带气候，湿润多雨。
降水的时间与大小受季风早晚强弱控制，冬季受北极地高压气团控制，盛吹北风及东北风，气温低，雨量少；春季极地高压气团逐渐侵入，雨量逐渐增加。
流域雨量充沛，多年平均降雨量在1700～2800mm之间，流域中心多年平均降雨量2000mm。
雨量的年内分配不均，每年降雨量集中在汛期4～9月，约占全年雨量的80%左右，而枯水期（10月至次年3月）仅占20%左右。
2.3风向、风速
区域内季风变化明显，夏季多东南风，冬季多北风，春秋两季则以北风居多，其次是东南风和南风，全年主导风向为偏北风。
根据茂名电白气象站各风向设计风速（采用广东省2004年颁布的《广东省海堤工程设计导则（试行）》中附录E），30年一遇设计各方位最大风速为27.3m/s、最小风速为19.1m/s；100年一遇设计各方位最大风速为33.3m/s、最小风速为23.9m/s。
2.4日照和蒸发量
小东江流域内多年平均日照2000h左右，全年基本无霜冻，由于气温高，日照长，蒸发量较大。
据新河水文站实测资料统计，多年平均蒸发量为1740mm，最大年蒸发量为1891mm，最小年蒸发量为1636mm。
3水文基本资料
（1）水文、水位测站
小东江的主要控制性水文测站为茂名水文站，集雨面积为402km2，具有1958年1月～3月、1969年9月～12月、1970年～1993年共约26年的实测年月最大洪峰资料，1970年～2009年年月最高水位资料。
此外，上、下游及其邻近流域有新河水文站、长山园水文和梅禄水位站。
区域内测站站点分布情况见图2-1，收集到主要水文测站资料情况见表2-1：
表1-1主要水文（水位）站基本情况表
河名
站名
集雨面积（km2）
观测年限
观测项目
袂花江
新河
649
1960年～2004年
水位、流量、降雨
小东江
茂名
402
1958年1月至今（部分年份缺失）
水位、流量、降雨
根据广东省水利厅原水文总站对历史洪水资料成果汇编整理可知：
茂名水文站1935年10月8日曾发生洪峰流量为1360m3/s的较大洪水，1967年发生1020m3/s的较大洪水，其它历史洪水无法考证。
实测系列中1976年实测洪水最大（1510m3/s）、1971年次之（1400m3/s）。
各断面对应的流域面积表如下：
表1-2各断面对应流域面积情况表
断面
流域面积
茂名水文站
402
高山水闸
408
东江口水闸
667
乌石水闸
720
三叉江口
1004
小东江河口
1142
4径流
小东江流域内径流量丰富，多年平均径流量14.12亿m3，多年平均年径流深1238mm。
径流年内分配受降水变化影响，汛期径流量占年总量的79%。
径流年际变化较大，据茂名站资料分析结果，最大年径流量8.35亿m3，最小年径流量2.79万m3，最大径流量比值为2.99。
茂名站实测最高洪水位为11.30m（1976年9月22日），相应最大洪峰流量为1510m3/s，最低水位为5.07m（1997年2月26日），水位最大变幅6.23m。
5洪水
5.1暴雨洪水特性
本区域地处亚热带季风气候区，濒临海洋，气候温暖湿润，雨量较为充沛，但降雨时空分布极不均匀，流域内暴雨集中出现在4月～9月，冬春季节往往出现干旱。
尤其是7～9月受沿海台风影响，常常带来暴雨和特大暴雨，降雨量约占全年的80%，洪、涝、风等灾害甚为频繁。
小东江上游属山区，地势陡峻。
中游为狭长形冲积沃土，下游为平原，地势低洼。
由于上游暴雨大，水土流失严重，下游河浅弯多，河涌交错，受鉴江干流洪水顶托，袂花江下游洪灾频发。
下游吴川市境内的博茂减洪河和梅禄水闸发挥了巨大的防洪效益，1982年以来，袂花江洪水问题得到了较好的改善。
但近年来，袂花江的防洪设施老化严重，影响防洪效益的发挥。
6.设计参数
6.1河道流域特征参数
根据小东江各工程所谓在位置点，将设计洪水分成三段来计算：
第一段为乌石水闸以上；第二段为东江口水闸以上；第三段为高山水闸以上。
各分段流域特征参数见表6-1
表6-1小东江各断面特征参数表
分段
名称
归属
集雨面积（km2）
干河长（km）
平均坡降（%）
一
高山水闸
小东江
408
40
0.23
二
东江口水闸
小东江
667（东江干流段435）
43
0.124
三
乌石水闸
小东江
720（东江干流段435）
50.97
0.109
6.2水位流量资料
茂名水文站的流量水位资料见excel表格。
6.3各实测断面示意图
2011年4月广东省水利电力勘测设计研究院测绘队对小东江指定河段进行了横断面测量。
本次测量共布置64个横断面，本次计算采用的断面号位东60～东3。
小东江河口以下断面采用《吴川市黄竹尾水闸除险加固工程初步设计报告》中2008年10月河河道断面资料，共取三个断面。
表6-2小东江河道横断面特性表单位：
m
序号
断面号
断面间距（m）
累加距（m）
1
黄竹尾1
0
2
黄竹尾2
1115
1115
3
黄竹尾3
1021
2136
4
东60
1018
3154
5
东59
98
3252
6
东58
618
3870
7
东57
825
4695
8
东56
1039
5734
9
东55
160
5894
10
东54
238
6131
11
东53
1144
7275
12
东52
955
8230
13
东51
780
9010
14
东50
978
9988
15
东49
905
10893
16
东48
1072
11966
17
东47
1055
13020
18
东46
1005
14025
19
东45
999
15024
20
东44
1046
16069
21
东43
822
16891
22
东42
362
17253
23
东41
806
18058
24
东40
1119
19177
25
东乌石水闸下
1081
20258
26
东39乌石水闸
50
20308
27
东38
333
20641
28
东37
471
21113
29
东36
531
21644
30
东35
461
22105
31
东34
567
22672
32
东33
455
23127
33
东32
300
23427
34
东31
545
23972
35
东30
566
24538
36
东29
464
25003
37
东28
525
25527
38
东27
490
26017
39
东26
607
26624
40
东25
422
27046
41
东24
209
27255
42
东23
491
27746
43
东东江口水闸下
483
28229
44
东22东江口水闸
50
28280
45
东21
187
28466
46
东20
160
28627
47
东19
466
29092
48
东18
322
29414
49
东17
539
29953
50
东16
321
30274
51
东15
431
30705
52
东14
469
31175
53
东高山水闸下
419
31594
54
东13高山水闸
50
31644
55
东12
312
31956
56
东11
504
32460
57
东10（茂名水文站）
321
32781
58
东9
503
33284
59
东8
185
33469
60
东7
460
33929
61
东6
433
34363
62
东5
525
34888
63
东4
494
35383
64
东3
576
35959
65
东2
460
36419
66
东1
556
36975
各断面设计流量
（1）东3～东60断面
东3～东60各断面设计流量分配按洪水计算成果进行分配。
（2）小东江河口以下断面
小东江入袂花河以后，经分叉河口入海，其中一分叉为通过梅菉水闸、另一分叉通过博茂减洪河。
6.4起推水位：
采用小东江分流前断面开始起推，即东57断面起推，起推水位流量关系如下表：
表6-3各流量对应起推水位
项目
频率（%）
1
2
3.33
5
10
20
流量（m3/s）
3946
3392
3068
2662
2112
1566
水位（m）
9.95
9.25
8.81
8.25
7.40
6.35
6.5水闸特征参数表
东江口水闸，8孔，单宽12m；堰流流量系数采用0.385；堰顶高3.5m，水闸正常蓄水位6.0m。
按30年一遇洪水标准进行设计，100年一遇洪水标准进行校核。
高山水闸，8孔10米单宽，堰流流量系数采用0.385；堰顶高5m.。
水闸正常蓄水位8.4m。
按30年一遇洪水标准进行设计，100年一遇洪水标准进行校核。
乌石水闸，8孔，单宽12m；堰流流量系数采用0.385；堰顶高3.5m，水闸正常蓄水位4.5m。
按30年一遇洪水标准进行设计，100年一遇洪水标准进行校核。
设计要求：
1.推求设计洪水。
设计洪水的推求有两种途径：
（1）暴雨途径
根据《广东省暴雨参数等值线图》（2003）资料推求设计暴雨，采用综合单位线及推理公式进行设计洪水计算。
（2）流量途径（以高山水闸为例）
高山闸址上游茂名水文站控制集雨面积为402km2，根据茂名水文站实测年最大洪峰流量系列，采用适线法推求水文站的设计洪水，然后按面积比及搬家指数推求出高山水闸闸址处设计洪水。
A这种方法就是先求出短历时（1970~1993）最大洪峰和最高水位的流量关系，点汇茂名水文站洪水水位流量关系曲线，拟合出水位流量关系曲线（按外包线或其他的方法进行拟合），之后根据拟合的水位流量关系曲线对洪峰流量插补延长，推求1970到2009年的洪峰流量关系曲线。
B茂名、新河站流量相关性。
给出了新河站1970~1993年的流量水位表。
论证茂名和新河站流量的相关性。
C将原有的水位流量关系曲线和现有的流量关系曲线分别进行排频计算，看两者的成果。
D论证成果的合理性。
E将茂名水文站的资料推求到高山水闸处。
采用的方法是搬家公式。
其公式为：
式中：
为设计点的集雨面积；
为参证点的集雨面积；
，
为设计点、参证点的设计洪峰流量，
n为搬家指数。
本次流域搬家系数根据暴雨途径计算的断面洪峰流量反算搬家指数，计算成果为0.6～0.7之间，考虑本流域面积较大，取下限值0.6。
根据上述公式推求高山水闸处的各种频率的洪峰流量。
F做施工洪水
分析高水水闸断面10~2月、10~3月、10~4月、11~3月及全年频率为5%、10%20%的施工洪水。
G同理可以推求出东江口闸、乌石水闸处及小东江分流口处的各种频率的洪峰流量。
2.水面线的推求
（1）糙率率定
对水面线进行推求，必须先进行糙率率定。
由于小东江河道水流条件较好，两岸较顺直，河滩障碍物较少，结合历次小东江水面线的推求资料，河道综合糙率初步取0.025、0.028分别推求各种频率洪水水面线。
验证河床的糙率。
（2）起推水位
采用小东江分流前断面开始起推，即东57断面起推，断面水位流量关系采用曼尼公式进行计算，比降采用水面线坡降0.00015，根据率定的糙率进行计算。
（3）闸下水位~流量关系（以高山水闸为例）
高山水闸闸下水位～流量关系采用本院2011年4月份实测小东江河道横断面，反推水面线至闸下求得。
利用反推水面线求闸下水位流量关系曲线，只能推算较大流量的水位，对于较小流量的水位，由于前后断面距离较远，精度较低，因此采用水力学均匀流公式推求小流量水位流量关系。
由于高山水闸缺乏历史实测的水位流量观测资料，对水位流量关系的远期预测比较困难，本次根据现场查勘，拦河闸河段现状下切情况不明显，从安全角度考虑，暂定1.5m下切深度，建议今后运行定期测量闸下水位流量关系，以确定其演变规律。
（4）水面线推求原理：
回水计算采用天然河道恒定非均匀渐变流的伯努利方程：
式中下标1，2-----分别指1-1，2-2断面；
-----动能修正系数；
Z-----断面水位（m）；
V-----断面平均流速（m3/s）；
ΔH沿-----河段沿程水头损失（m）；
ΔH局-----河段局部水头损失（m）.
其中
-----摩阻比降，
；
Q-----断面流量（m3/s）；
L-----河段长度（m）；
K-----流量模数（m3/s）。
其中A-----断面过水面积（m2）；
R-----断面水力半径（m）；
C-----谢才系数（
）；
-----河段糙率；
-----复式断面中第
个子断面。
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