張波

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

裕溪閘樞紐優(yōu)化研究

張波

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

裕溪節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程是在老閘上游重建新閘，新老閘在閘底板高程、閘室總凈寬等方面變化較大，致使樞紐泄流能力、上下游流態(tài)等方面也產(chǎn)生較大變化。老閘淺孔閘閘底板的撤除利用方式直接影響著新閘閘下的消能防沖條件和除險(xiǎn)加固工程的工程量，為統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方面的要求需進(jìn)行模型試驗(yàn)以對(duì)樞紐進(jìn)行優(yōu)化研究。

模型試驗(yàn) 泄流能力 消能防沖 流態(tài)比較

1 引言

裕溪閘水利樞紐位于安徽省巢湖流域裕溪河入長(zhǎng)江口4km處，是無(wú)為大堤上的大型水利工程，與巢湖閘組成巢湖、裕溪河梯級(jí)水利樞紐。裕溪節(jié)制閘是裕溪閘樞紐的主要泄水建筑物，于1959年底開(kāi)工，1967年5月節(jié)制閘建成放水，共24孔，其中西部淺孔16孔，東部深孔8孔（其中岸邊一孔已改做魚(yú)道）。深淺孔之間用10m寬的導(dǎo)流墩作為連接段，原設(shè)計(jì)過(guò)閘流量 1170m3/s，校核過(guò)閘流量為1400m3/s，為Ⅱ等大（2）型水閘。閘室為胸墻式寬頂堰型，淺孔閘底板高程5.0m，閘孔（高×寬）為6.0m×5.0m；深孔閘底板高程2.5m，閘孔為6.5m×5.0m。消能方式為底流式水躍消能、漿砌石海漫和防沖槽。

裕溪節(jié)制閘由于地質(zhì)條件差，處理不充分，導(dǎo)致工程基礎(chǔ)不穩(wěn)，雖經(jīng)多次加固，仍未根本消除險(xiǎn)情。2011年12月14日，安徽省水利廳主持召開(kāi)了裕溪節(jié)制閘工程安全鑒定審查會(huì)議，依據(jù)《水閘安全鑒定管理辦法》和《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-98），綜合評(píng)定裕溪節(jié)制閘工程安全狀況等級(jí)為三類。2012年2月經(jīng)水利部大壩安全管理中心核查，評(píng)定為三類閘。須進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)。

2 工程設(shè)計(jì)

裕溪節(jié)制閘布置于主河槽內(nèi)，由閘室、兩岸連接建筑物、防滲排水設(shè)施、消能防沖設(shè)施、上下游導(dǎo)流堤及公路橋、魚(yú)道等建筑物組成。移址后水閘位于老閘上游側(cè)，新閘中心距老深孔閘中心52m，老閘在新閘建成后拆除，于老閘公路橋位置新建公路橋一座，連接兩岸交通。魚(yú)道仍布置于水閘右岸，靠邊布置，出口利用水閘右岸空箱布置。

水閘為胸墻式寬頂堰型，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共14孔，單孔凈寬8m，總凈寬112m。水閘底檻高程為3.0m，胸墻底高程10.0m，閘頂高程14.5m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)18m，閘室總寬度為134.4m。

閘室采用整體式底板結(jié)構(gòu)，兩孔一聯(lián)的筏式基礎(chǔ)，閘墩間分縫。閘墩為實(shí)體結(jié)構(gòu)，中墩厚1.2m，縫墩厚1.0m。

正向消能設(shè)施采用挖深式底流消能型式，池深1.0m，池頂高程2.0m，末端檻頂高程3.0m，池底與閘底檻間以1∶4的斜坡護(hù)坦連接。消力池總長(zhǎng)25m，為便于與老閘底板利用部分連接，池長(zhǎng)取35m。消力池平面擴(kuò)散角4.12°，末端寬度136.4m。

由于水閘有引江水進(jìn)入巢湖的功能，引水時(shí)上游水深大，因此在上游側(cè)只需設(shè)置護(hù)坦。護(hù)坦長(zhǎng)20m。

由于新建閘室位于老閘上游海漫后河底上，為減少工程投資，采取對(duì)原老閘設(shè)施盡可能利用的原則對(duì)老閘進(jìn)行拆除。

裕溪閘樞紐部分設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

與老閘相比，新裕溪閘閘室總凈寬由120m變?yōu)?12m；閘底板高程由淺孔閘5.0m，深孔閘2.5m，統(tǒng)一變?yōu)?.0m。此外，新閘建成后，水閘距老航道上游口門(mén)區(qū)更近，閘前水流對(duì)航道口門(mén)區(qū)的水流條件影響更大；老閘淺孔閘閘底板的撤除利用方式對(duì)新閘的消能防沖條件影響巨大，也直接影響著除險(xiǎn)加固工程量的大小。

3 模型設(shè)計(jì)

此次研究擬分別同時(shí)制作整體模型和斷面模型。整體模型主要研究新閘泄流能力、上下游流態(tài)。為使模型進(jìn)出流流態(tài)與原型相似，整體模型模擬范圍為閘上下游600m范圍內(nèi)的地形。按正態(tài)模型設(shè)計(jì)，根據(jù)模型范圍相似條件，選定模型比尺為L(zhǎng)r=80。

斷面模型主要研究老閘淺孔閘閘底板的撤除利用方式對(duì)新閘下游消能防沖條件的影響。斷面模型取一聯(lián)2孔進(jìn)行試驗(yàn)，包括左右兩側(cè)縫墩，中間一個(gè)中墩，總寬19.2m，模型比尺為1∶32。

表1 裕溪節(jié)制閘部分設(shè)計(jì)參數(shù)表

4 方案研究

4.1方案簡(jiǎn)介

原設(shè)計(jì)方案：水閘胸墻底高程為10.0m，閘孔高為7.0m，老淺孔閘閘址處開(kāi)挖至高程2.5m。

修改方案一：水閘胸墻抬高1.0m，抬高后，閘孔高為8.0m；消力池后老淺孔閘閘址處保持現(xiàn)狀5.0m不變，深孔閘閘址處保持2.5m不變，中間垂直相接。其余與原設(shè)計(jì)方案相同。

修改方案二：修改方案二將水閘胸墻抬高0.5m，抬高后，閘孔高7.5m。其余與修改方案一相同。

修改方案三：將老閘淺孔閘閘底板開(kāi)挖至3.0m高程，與消力坎高程保持一致；淺孔閘閘址處保持2.5m高程不變，深淺孔閘之間以1∶1的斜坡相連；老淺孔閘左側(cè)以1∶2的斜坡做貼角，貼角頂高程為4.5m。其余與修改方案二相同。

4.2泄流能力研究

經(jīng)試驗(yàn)，原設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)50年一遇和校核100一遇洪水時(shí)，水閘泄流能力不滿足設(shè)計(jì)要求；修改方案一將胸墻抬高1m，但保持老閘閘底板不變，泄流能力基本滿足設(shè)計(jì)要求；修改方案二在修改方案一的基礎(chǔ)上減小胸墻抬高高度0.5m，水閘僅在校核100年一遇洪水時(shí)的泄流能力不滿足設(shè)計(jì)要求；修改方案三在修改方案二的基礎(chǔ)上將老淺孔閘閘址處降為3.0m高程，水閘僅在100年一遇洪水時(shí)，過(guò)閘落差超過(guò)設(shè)計(jì)值0.005m，且當(dāng)上下游水位為設(shè)計(jì)值時(shí)，過(guò)閘流量為1435m3/s，與設(shè)計(jì)值1475m3/s相差2.71%，小于水工模型試驗(yàn)的流量允許誤差5%；故認(rèn)為修改方案三泄流能力滿足要求。裕溪閘各方案各工況下過(guò)閘落差見(jiàn)表2。

4.3流態(tài)比較

各方案流態(tài)基本相似。各方案各工況下上游左側(cè)老航道范圍內(nèi)均有一較大的回流區(qū)，但回流區(qū)回流流速較小。上游右側(cè)有一回流區(qū)，回流范圍基本局限于灘地。閘前水流均勻，無(wú)偏流。閘后水流出流均勻，無(wú)偏流。下游航道口門(mén)區(qū)無(wú)明顯不良流態(tài)。

修改方案二惡劣放水工況下，受老閘閘址處原深淺孔閘閘底板高程不一致影響，下游河道內(nèi)出現(xiàn)偏流，0+200斷面處，水流偏向右側(cè)原深孔閘，至0+400斷面，水流又偏向左側(cè)。

修改方案三惡劣放水工況下，老閘淺孔閘左側(cè)貼角上游有小范圍回流，對(duì)節(jié)制閘泄流能力的影響很?。黄露葹?∶2，貼角頂高程在4.0～5.0m之間變化時(shí)，流態(tài)無(wú)明顯改變。

表2 裕溪閘新閘各工況下過(guò)閘落差

4.4消能防沖

閘下消能防沖試驗(yàn)主要在斷面模型上進(jìn)行，采用上下游水位落差最大的惡劣放水工況來(lái)進(jìn)行研究。試驗(yàn)控制流量為85.71m3/s，下游長(zhǎng)江側(cè)水位為3.5m，上游巢湖側(cè)水位為8.5m。

閘下對(duì)消能防沖條件影響最大的因素為老閘淺孔閘閘底板的撤除利用方式。當(dāng)淺孔閘閘址處保持5.0m不變時(shí)，水閘惡劣放水時(shí)消力池內(nèi)的消能效果很好，但老閘消力坎后的水面銜接不暢，形成下跌，對(duì)該處河床形成沖刷。當(dāng)淺孔閘閘址處開(kāi)挖至3.0m時(shí)，水躍完全發(fā)生在消力池內(nèi)，消力池消能效果良好。

修改方案二下泄水流在老閘消力坎后形成下跌，防沖槽底部最大流速達(dá)2.64m/s。修改方案三下泄水流在老閘消力坎后也形成下跌，防沖槽底部最大流速達(dá)2.14m/s，為防止沖刷，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。

5 結(jié)論

原設(shè)計(jì)方案和修改方案一的泄流能力不滿足設(shè)計(jì)要求，修改方案二的泄流能力基本滿足設(shè)計(jì)要求，修改方案三的泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

各方案各工況上下游流態(tài)均較好，但修改方案二惡劣放水工況下，下游河道出現(xiàn)偏流。

老閘淺孔閘閘址處保持5.0m不變時(shí)，新閘消力池消能效果很好，但水流在老閘消力坎后形成下跌。老閘淺孔閘閘址處開(kāi)挖至3.0m時(shí)，水躍發(fā)生在消力池內(nèi)，消力池消能效果良好■