龙口规模分析：认识其重要性与优化方法

1）保护期龙口规模

针对东侧堤坝深槽龙口选址方案，综合东侧堤坝深槽区域地形条件和东侧堤坝结构实施的步骤，计算分析了保护阶段东侧堤坝深槽龙口2种断面形式和3种规模尺寸的极值流速，见表3-4。在保护期计算朝型下，数学模型计算的800m宽、－3.0m高程的矩形断面，以及两端各50m宽、0.0m高的平台和中间为800m宽、－3.0m的复式断面的最大流速分别为7.5m／s和7.4m／s。

表3-4 保护期东龙口极值流速计算结果

为进一步预测在实施过程中，可能遇到的不同潮型条件下的龙口流速，利用数学模型还分别计算了非汛期5年一遇、非汛期2年一遇等条件下的流速。结果表明，即使在非汛期2年一遇潮型下，最大流速也达6.17m／s，在5年、10年或20年一遇潮型下，最大流速达7～8m／s。上述结果表明，在东侧堤坝深槽段设龙口，流速高是其基本特征。

综合龙口数学模型最大流速分析计算结果、东侧堤坝实施过程沉降控制的要求以及地形条件等，研究提出东侧堤坝深槽龙口在保护期按复式断面设置，龙口中心宽800m、底高程－3.0m，龙口两端各设宽50m、高程为0.0m的平台。－3.0m高程的结构保护按7.5m／s设防。相应北龙口按常规工艺保护，规模拟为宽300m、底高程－1.5m。

保护期龙口的深化研究还表明：北龙口、上下游闸对降低东侧堤坝深槽龙口的极值流速效果不明显；若龙口在保护期时底高程降低，可减小龙口断面流速，但坝后流速增加，龙口内外滩面的冲刷范围赠加，对靠近龙口北端、东西向大坝内坡脚冲刷影响加剧，需要增大滩面保护范围；龙口顶层充泥管袋保护层的施工难度加大；同时对后期收缩截流的施工强度提出更高要求，也大大增加了平堵截流过程截流坝自身稳定的难度，并降低了坝基先期压载的固结效果，对减小工后沉降不利。保护期龙口高程的确定，还与整个围坝的实施顺序、东侧堤坝沉降控制，特别是截流阶段施工强度与施工安全等因素有关，应结合东侧堤坝结构、施工顺序等条件综合确定。

为了尽可能减轻东侧堤坝深槽龙口的压力，同时又能使北龙口与常规围垦工程龙口尽可能相当，减小其截流难度，拟定北龙口规模为宽300m、底高程－1.5m。对东侧堤坝深槽龙口，其规模的确定要综合地形、水流、坝基固结与稳定及施工能力和进度安排，提出东侧堤坝深槽龙口在保护期按复式断面设置，规模为：龙口中心宽800m、底高程－3.0m，龙口两端各设宽50m、高程为0.0m的平台。－3.0m高程的结构保护按7.5m／s设防。

2）收缩截流过程平立堵工艺水流数值模拟分析

为研究东龙口以不同的截流工艺在收缩过程中最大流速的差异，分别研究了以立堵为主和以平堵为主的截流工艺，收缩期计算潮型为12月份10年一遇最大潮差潮型。以立堵收缩为主的过程见图3-10，以平堵抬升为主的过程见图3-11。(www.xing528.com)

图3-10 东侧堤坝深槽龙口立堵收缩截流顺序示意图

图3-11 东侧堤坝深槽龙口平堵抬升过程示意图

涨潮流速计算极值见表3-5。模型对立堵收缩过程的精细模拟计算表明，800m宽东龙口在－3m高程流速最大值出现在库内坡上部，最高流速约为5.2m／s，抬升至－1m高程最大涨潮流速为7.2～7.5m／s，收缩立堵至500m宽时最大涨潮流速为7.6～9.6m／s，收缩至300m时为7.5～9.9m／s。从上述可知，随着龙口的缩窄以及龙口位置戗堤的实施，龙口区域极值流速逐渐增加，极值流速出现的位置在戗堤与坡面的交角处，因此需要在实施过程中对－3m高程坝面和坝坡面交角区域及－1m戗堤坡角处和－3m堤顶一定范围内进行适当保护。利用截流预报潮型计算了300m以内最后截流阶段几种状态龙口最大流速，最大流速可达5～7m／s。

表3-5 东侧堤坝深槽龙口涨潮流速计算极值 （m／s）

同样，模型还对以抬升平堵为主的过程进行了模拟计算，两种模型计算表明，平堵工艺施工时，随龙口高度的升高，口上最大流速有先升高后降低的现象，在－1.0～1.0m处流速最大，为7.3～8.3m／s。

利用模型比尺为1∶70龙口正态水工物理模型，对龙口纵向（顺水流向）2.8km、横向2.1km的范围进行试验验证。物理模型试验结果表明：涨潮最大流速5.66m／s出现在－3m高程内坡肩、落潮最大流速3.04m／s出现在－3m高程外坡肩。从平面上看，过龙口水流形态较平顺，堤头略有小漩涡，无明显楔型水流，过口门的水流大部分偏向深槽走向。抛石立堵方案在300m宽时最大流速为8.06m／s。

综合龙口数模和物模有关结果、东侧堤坝实施过程沉降控制的要求以及地形条件等，东侧堤坝深槽龙口在保护期按复式断面设置，龙口中心宽800m、底高程－3.0m，龙口两端各设宽50m、高程为0.0m的平台。相应北龙口按常规工艺保护，规模拟为宽300m、底高程－1.5m。

两种收缩工艺的比较说明，平堵过程比立堵收缩出现的极值流速小。物理模型试验表明，框笼平堵过程最大流速5.57m／s，而抛石立堵过程最大流速8.06m／s，从控制高流速风险看平堵较为合理。平堵与立堵相比，缺点是闭气不能立刻跟上，整个龙口范围截流坝后无闭气体时间可能较长。同时由于工程施工船上作业的特点，研究确定平堵工艺，并建议为确保截流堤安全，应尽可能加大截流施工强度，减小闭气前截流时间。