项目名称

曹娥江大闸闸下冲淤面貌及工程水力学试验研究

  主要完成人

潘存鸿、卢祥兴、包中进、徐青松、王敏、韩海骞、史斌、林军、杨火其、陆芳春、俞月阳、陈舟、朱军政

 主要完成单位

浙江省水利河口研究院

绍兴市曹娥江大闸建设管理委员会

                              （省内第一完成单位盖印）

市科技行政部门、省级厅（局）推荐意见及建议奖励等级

                                           （盖章）

项目联系

人及电话

联系人：潘存鸿

 电话：86438004

所属国民经济行业

ABCDEFGHIJK

√

LM  N  OP

  任务来源

√

A BC D E  F  G H I J           

K L M N O P QR

成果水平

1.       √国际领先2.国际先进

3.国内领先4.国内先进

主持鉴定单位

浙江省科技厅

   鉴定日期

2005年 1 月

计划（基金）

名称和编号

发改农经[2004]1648号

项目起止时间

起始： 2001年11月10日

完成：2004年11月15日

项目简介（所属科学技术领域、主要内容、特点、推广应用、产业化情况）

   本项研究是我省“十五”重点水利建设项目的科研课题。

曹娥江大闸净宽560米，工程总投资12.8亿元，是曹娥江下游综合治理和浙东引水工程的一项重要枢纽工程，无论规模还是泄流量是我国已建和在建的潮汐河口最大挡潮闸，被称之为“中国河口第一大闸”。在海域来沙丰富的潮汐河口建闸是水利界十分慎重的大事，加之曹娥江大闸闸下位于钱塘江河口的尖山河段，该河段江道宽浅、潮强流急，涌潮汹涌、主槽摆动频繁、河床冲淤变化十分剧烈，因此该项研究极其复杂。

1、曹娥江大闸能否立项建设的最关键问题是闸下淤积面貌和能否解决的问题。本课题通过长系列实测资料的河床演变分析、现场冲淤试验、二维数学模型计算和室内定床、动床河工模型试验、以及水槽试验等手段，同时研究了闸下淤积面貌及解决措施，为工程的立项和可行性研究提供了可靠的依据，起了关键作用。

2、同时应用涌潮现场观测和涌潮水槽试验方法研究大闸所受的涌潮作用力及分布，还从大闸枢纽受涌潮作用力的角度研究了大闸的布置和规模，这在国内外文献中未见报导，其结果为工程的可行性研究和初步设计提供了确切数据。

3、采用二维数学模型计算、枢纽河工模型试验、水工水力学试验等手段，从泥沙冲淤和水力学的角度研究确定了大闸的布置和规模，进口导流堤布置，闸下消能工形式、闸下软基冲刷及防冲措施等，其结果已被初步设计所采用。

项目成果总体上达到国际先进水平，其中大闸所受的涌潮作用力及分布研究方面达到国际领先水平。

曹娥江大闸已于2004年12月动工建设。由于我国有着很多的潮汐河口或入海口，有些河口的支流如上海的黄浦江等都有建挡潮闸的要求，该项工程可以说是一项开拓性工程，它的研究方法和研究成果可推广应用到海相来沙丰富的潮汐河口，包括强潮河口和入海口支流上建闸问题研究。

发现、发明及创新点

通过研究发现：潮汐河口支流上建闸后的闸下淤积面貌很大程度上取决于干流的主槽位置，这与兴建在干流上挡潮闸的闸下淤积有着本质的不同。当闸下滩面比较短、泥沙又易冲时，可定期放水冲淤维持一定宽度的潮沟来解决闸下淤积。

根据科技查新报告，本项研究成果的创新点是：

1、对于在海域来沙丰富的强潮河口（潮差大于4米）支流口门处建闸问题进行系统的闸下冲淤面貌分析及解决措施研究；

2、同时采用河床演变分析、现场冲淤试验、数学模型（数值模拟）、动床模型试验（物理、实物或实体模型）、河工枢纽模型试验、水槽试验等手段综合研究闸下冲淤面貌；

3、应用涌潮现场观测和涌潮水槽试验研究大闸所受的涌潮作用力；

4、通过改变河宽解决实体模型中因时间变态造成的闸上水位和库容无法同时相似的问题；

5、从水力学、底板脉动荷载、有利于冲淤角度综合考虑，提出钱塘江强潮河口的消能工优化方案。                                                                                       

（不超过400个汉字）

保密要点：

无

（不超过100个汉字）

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

曹娥江大闸净宽560米，是我国已建和在建的潮汐河口最大的挡潮闸，被称之为“中国河口第一大闸”。潮汐河口建闸的最大问题是闸下淤积，国内外已有研究，但是

（1）已往研究大多为非强潮河口，潮汐动力较弱，含沙量相对也较低，特别是国外河口建闸含沙量更低。而本次研究对象是举世闻名的钱塘江强潮河口，潮强流急，涌潮汹涌，海域来沙丰富，泥沙易冲易淤，江道宽浅，主槽摆动频繁，河床冲淤变化十分剧烈，钱塘江河口是我国潮汐动力最强、河床冲淤幅度最大、主槽摆动最为频繁的河口，因此该项研究的复杂程度实属罕见。

（2）已往研究基本上为干流上建闸的闸下淤积问题，而本次研究支流口门处建闸的闸下淤积问题。根据研究成果，曹娥江口门建闸后的闸下淤积面貌主要取决于干流钱塘江尖山河段主槽的位置，这与兴建在潮汐河口干流上挡潮闸的闸下淤积有着本质的不同。

（3）曹娥江大闸位于钱塘江涌潮区，这不同于其它河口建闸。涌潮作用力是大闸、闸门结构设计的主要参数。大闸受涌潮作用力的大小取决于涌潮的强度（即涌潮的高度），闸底板高程以及涌潮传播方向与闸门的夹角。本项目应用涌潮观测资料和涌潮水槽试验从涌潮作用力的角度比选了大闸规模（即闸底板高程）、位置和闸门方向，并得出设计条件下大闸所受的涌潮作用力及其分布。

综上所述，工程的性质、工程的重要性以及工程位置环境的复杂性决定了本项目的重要性、创新性及其综合性。为此，本项目应用河床演变分析、现场冲淤试验、数学模型、动床模型试验、河工枢纽模型试验、水槽试验等手段综合研究闸下冲淤面貌及其减淤措施。

根据科技查新报告，本项研究有五个方面创新点。经鉴定，项目成果总体上达到国际先进水平，其中大闸所受的涌潮作用力及分布研究方面达到国际领先水平。

                                                   （不超过800个汉字）

应用情况

该项研究成果的闸下淤积面貌及其解决措施为工程立项起了关键作用，其它研究成果包括大闸布置和规模，船闸设置可能性，闸下消能、闸下软基冲刷，进口导流堤布置，以及闸门所受的涌潮作用力等均被项目建议书、工程可行性研究报告和初步设计报告所采用。并且，曹娥江大闸枢纽工程已经通过浙江省、水利部、国家发改委等各级的审查并批复立项，工程已于2004年12月开工建设。

设计采用的研究成果主要有：（1）研究推荐的下闸线河中偏左闸址方案，比原项建书提出的河中偏右方案可节省投资5173万元；（2）采用研究推荐闸底板高程介于低潮位和中潮位之间的-0.5m，有利于减少闸下淤积；（3）采用了涌潮水槽模型试验和涌潮压力现场观测的研究成果，即闸门下部的设计涌潮压力大于上部，闸门上受到的涌潮压力在35～90Kpa，胸墙的最大压力值为30Kpa；（4）采用了水工模型试验的研究成果：导流堤按缩短150m设计，为工程节省投资约1500万元；按试验研究提出的一级消力池方案和底板脉动压力试验成果进行结构设计；以及闸下冲刷试验成果进行防冲设计。

另外，由于我国有着很多的潮汐河口或入海口，因此它的研究方法和研究成果可推广应用到海相来沙丰富的潮汐河口，包括强潮河口和入海口支流上建闸问题研究：

1、潮汐河口支流上建闸闸下淤积问题是关键，可采用河床演变分析、现场冲淤试验、数值模型计算、河工模型试验、水槽试验等多种手段来研究闸下淤积面貌以及解决措施，通过相互印证、互相补充，使得到的结论更加科学可信。

2、水工建筑物的一些设计参数通常需进行模型试验加以确定，但实体模型中因时间变态造成的闸上水位与库容不相似的问题难以解决。在本项试验研究中通过改变河宽解决了这一难题，该方法可加以推广应用。

本项研究成果已在《泥沙研究》、《水动力学研究与进展》等杂志和国际学术会议上公开发表论文9篇。

                                                 （不超过800个汉字）

经济效益                 79173万元 +2.57亿元/年      单位：万元（人民币）

项目总投资额

回收期（年）

        栏目

年份

  新增利润

新增税收

创收外汇（美元）

节支总额

各栏目的计算依据：

1、直接经济效益

研究成果推荐大闸布置采用“河中偏左闸址方案”，可节省投资5173万元。同时，“河中偏左闸址方案”比原方案闸下滩地淤积长度缩短30%，平均每年可减少冲淤水量0.29亿m³，增加供水效益1450万元。按大闸运行50年计，可增加供水效益7.25亿元。另外，水工试验成果缩短导流堤150m，为工程节省投资约1500万元。

因此，该课题研究成果为工程节约投资6673万元，增加运行效益7.25亿元。

2、间接经济效益：

大闸建成后，在防潮（8250万元/年）、防洪（4900万元/年）、除涝（1160万元/年）、供水（3000万元/年）、航运（5253万元/年）、水环境改善（3150万元/年）等方面，合计产生经济效益2.57亿元/年。

社会效益：

本项研究为曹娥江大闸能得以立项和建设起了关键性作用。大闸建成后，降低了河口段的洪水位，使曹娥江两岸堤防的防洪能力从50年一遇提高到200年一遇；同时延长了两岸平原开闸排涝的时间，改善了排涝条件，提高了萧绍平原的排涝能力。从而减少了受灾损失，也减少了防洪抢险费用，因而对于人民群众安居乐业和国民经济可持续发展起着极大的保障作用。

其次，大闸建成后，可向萧绍平原提供大量的清洁水源，不仅缓解了萧绍平原日益增加的供水不足矛盾，促进地方经济的发展。同时，将大大改善曹娥江和沿江两岸河网的水环境，促进旅游业的发展，也提高了人民群众的生活质量，有益于身体健康。

第三，杭甬运河曹娥江段是目前通航保证率最低的河段，大闸建成后，将大大提高通航保证率，为杭绍宁地区的经济发展将起到重要作用。

第四，大闸还是浙东引水工程的一项重要枢纽工程，对浙东地区的经济发展将发挥重要作用。

最后，本项研究技术在海相来沙丰富的潮汐河口建闸领域中有所创新，对推动该领域研究的技术进步起到积极作用。

国别

申请号

专利号

项目名称

其他知识产权情况：（如著作权、商标权、技术秘密、动值特新品种审定、药品、医疗器械、农药、食品或饲料添加剂等）

鉴定（评审）意见：

2005年1月18日，浙江省科技厅在杭州主持召开了“曹娥江大闸闸下冲淤面貌及工程水力学试验研究”的鉴定会。鉴定委员会听取了研究成果的汇报、观看了录像，并进行了答疑，经认真讨论，形成鉴定意见如下：

一、提供鉴定的资料齐全、内容丰富翔实，符合鉴定要求。

二、曹娥江大闸是曹娥江下游综合治理和浙东引水工程的一项重要的枢纽工程。为论证项目建设的可行性，开展“曹娥江大闸闸下冲淤面貌及工程水力学试验研究”十分必要。潮汐河口闸下淤积问题是国内外普遍存在的技术难题。钱塘江河口潮强流急，涌潮汹涌，海相来沙丰富，河床冲淤剧烈，主槽摆动频繁，项目研究内容丰富、难度大，是一项少有的综合性工程应用研究。

三、项目研究历时三年，通过河床演变分析、现场冲淤试验、定床和动床数值模型计算、定床和动床模型试验、枢纽河工模型试验、水槽试验和水工试验等手段研究了闸下淤积面貌以及解决措施，大闸布置和规模，船闸设置可能性，闸下消能、闸下软基冲刷，进口导流堤布置，以及闸门所受的涌潮作用力等。技术路线正确、研究手段先进，成果已为曹娥江大闸工程的立项决策和工程设计采用。

四、该项目取得了如下创新

1、系统研究了闸下干流钱塘江复杂条件下支流口门处建闸的闸下淤积问题，采用多种研究手段相互印证，提出了通过尖山河段整治和利用闸上水量冲淤等减淤措施，解决了在海相来沙丰富的强潮游荡性河口支流口门处建闸泥沙淤积的关键技术问题。

2、首次应用涌潮现场观测和涌潮水槽试验研究大闸所受的涌潮作用力及分布。

3、首次在河工模型试验中通过改变河宽解决实体模型中因时间变态造成的闸上水位与库容无法相似的难题。

4、提出了钱塘江强潮河口水闸消能工的优化方案。

综上所述，项目成果总体上达到国际先进水平，其中大闸所受的涌潮作用力及分布研究方面达到国际领先水平。

建议加强闸址处水沙运动的观测分析。

序号

鉴定会职务

姓 名

工作单位

所学专业

现从事专业

职称职务

签   名

1

主任委员

韩其为

中国水利水电科学研究院

河流泥沙

河流泥沙

中国工程院

院士

2

副主任委员

胡春宏

国际泥沙研究培训中心

河流治理

治河工程

教授级高工

3

委员

胡训润

水利部水利水电规划设计总院

水利规划

水利规划

教授级高工

4

委员

 汪德爟

河海大学

海岸工程

海岸工程

教 授

5

委员

罗肇森

南京水利科学研究院

河口泥沙

河口泥沙

教授级高工

6

委员

孙志林

浙江大学

河口地貌

河口地貌

教 授

7

委员

赵方铠

浙江省交通设计院

港口工程

港口工程

教授级高工

8

委员

唐巨山

浙江省水利水电勘测设计院

水工

水工

教授级高工