張波

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安徽省（水利部淮河水利委員會(huì)）水利科學(xué)研究院蚌埠233000）

澛港閘樞紐主要水力學(xué)問(wèn)題研究

張波

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會(huì)）水利科學(xué)研究院蚌埠233000）

澛港閘樞紐是青弋江分洪道工程的入江樞紐，包括水閘、船閘、魚(yú)道等建筑。澛港閘樞紐工程主要水力學(xué)問(wèn)題包括水閘水力學(xué)、通航水力學(xué)和閘門(mén)調(diào)度運(yùn)用等。針對(duì)原布置方案時(shí)閘下水躍沖出消力池，航道上下游口門(mén)區(qū)局部水流條件不滿足規(guī)范要求的問(wèn)題，試驗(yàn)均給出了解決方案，并被采納。試驗(yàn)優(yōu)化了樞紐平面布置，為樞紐的安全、正常運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)支持。

模型試驗(yàn)流態(tài)消能防沖通航條件調(diào)度運(yùn)用

1 引言

水陽(yáng)江、青弋江、漳河流域位于長(zhǎng)江下游右岸，地跨江蘇、安徽兩省，流域面積1.88萬(wàn)平方千米。流域地處華東腹地，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，但因泄洪不暢、防洪工程標(biāo)準(zhǔn)低等原因，流域洪澇災(zāi)害頻繁。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，該流域多次發(fā)生較大洪水，致使人民生命財(cái)產(chǎn)蒙受很大損失，影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

青弋江分洪道工程位于蕪湖市境內(nèi)，是水陽(yáng)江、青弋江、漳河流域防洪治理總布局中的重要骨干工程。該工程能顯著降低流域下游地區(qū)洪水位，提高流域下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可結(jié)合水陽(yáng)江下游近期防洪治理工程大大改善水陽(yáng)江中游地區(qū)的防洪形勢(shì)，減輕水陽(yáng)江下游近期防洪治理工程對(duì)下游地區(qū)的不利影響，對(duì)于流域整體防洪形勢(shì)的改善有著十分重要的意義，防洪減災(zāi)效益顯著。

澛港閘樞紐工程位于安徽省蕪湖市漳河入江河口，是青弋江分洪道工程的入江樞紐。為對(duì)澛港閘樞紐主要水力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，須進(jìn)行模型試驗(yàn)。

2 工程簡(jiǎn)介

澛港閘樞紐工程布置自左岸至右岸依次為左岸連接段（含魚(yú)道）、14孔泄水閘、船閘和右岸連接段。樞紐軸線總長(zhǎng)394.1m，其中，左岸連接段（含魚(yú)道）寬89.2m，泄水閘寬203.0m，船閘寬35.0m，右岸連接段寬66.9m。

泄水閘采用開(kāi)敞式平底閘型式，閘孔總凈寬為168.0m。

澛港閘樞紐布置見(jiàn)圖1，澛港閘敞泄試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

表1 澛港閘敞泄試驗(yàn)工況表

3 模型設(shè)計(jì)

整體模型采用正態(tài)模型，模型比尺為L(zhǎng)r=80，模型上游模擬至澛港閘上游彎道以上，約2.0km，橫向模擬至大堤；下游模擬至澛港閘下游約1.1km,橫向模擬寬度約1.5km，模型模擬范圍約為3.1km×1.5km（長(zhǎng)×寬）。

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29.0m，模型比尺選定為1∶36.25。

4 水閘水力學(xué)研究

水閘主要有控泄和敞泄兩種運(yùn)用方式，敞泄時(shí)，14孔水閘全部開(kāi)啟，主要在洪水期運(yùn)用。

枯水期水閘主要為控泄，控泄運(yùn)行調(diào)度原則：保持閘上游水位7.50m，根據(jù)上游來(lái)流量及對(duì)應(yīng)下游水位逐級(jí)間隔開(kāi)啟閘門(mén)，閘門(mén)開(kāi)度分別為0.30m，1.00m，1.50m，2.00m，2.50m…全開(kāi)，閘門(mén)關(guān)閉程序相反；在滿足過(guò)流能力的條件下，盡量增加閘孔開(kāi)啟數(shù)量，減少閘門(mén)開(kāi)度。

設(shè)計(jì)洪水時(shí)，水閘敞泄，控制流量為3600.00m3/s，下游水位為8.24m。實(shí)測(cè)上游水位為8.368m，過(guò)閘落差為0.128m。

該工況0-600以上水流均勻，主流基本沿河槽下泄。航道與主流間隔流墻的墻頭處河道側(cè)出現(xiàn)一約100.0m× 30.0m的回流區(qū)。除此外，閘上游水流平穩(wěn)，無(wú)明顯不良流態(tài)。上游防沖槽底部最大流速為1.58m/s。過(guò)閘水流下泄均勻，無(wú)明顯偏流。閘下游左側(cè)灘地0+160以上有一約140.0m×50.0m的回流區(qū)，未影響閘出流。下游防沖槽底部最大流速為1.57m/s。水閘下游0+200斷面右側(cè)流速大于左側(cè)流速，有利于外龍窩湖血防工程堤腳區(qū)域的防沖。

其他敞泄工況樞紐上下游流態(tài)與設(shè)計(jì)洪水相似。

控泄時(shí)，控制上游水位為7.50m，下游水位為0.50m，閘門(mén)開(kāi)度e=0.30m，斷面模型實(shí)測(cè)流量為68.69m3/s。

該工況上游水流平穩(wěn)，上游防沖槽底部最大流速為0.42m/s；閘下水躍超出消力池范圍，消力池后水流平穩(wěn)，為使水躍完全發(fā)生在消力池范圍內(nèi)，加長(zhǎng)消力池10m后，水躍完全發(fā)生在消力池范圍內(nèi)。

5 通航水力學(xué)研究

敞泄工況下，上下游航道口門(mén)區(qū)局部的橫向流速超過(guò)規(guī)范要求的0.30m/s，而回流流速及平行于航線的縱向流速未超過(guò)規(guī)范要求。

控泄工況下，上游航道口門(mén)區(qū)內(nèi)的流態(tài)較好，橫向流速、縱向流速和回流流速均未超過(guò)規(guī)范要求；當(dāng)下泄流量大于等于460m3/s時(shí)，下游航道口門(mén)區(qū)局部的橫向流速超過(guò)規(guī)范要求的0.30m/s；當(dāng)流量小于等于360m3/s時(shí)，口門(mén)區(qū)橫向流速滿足規(guī)范要求；回流流速及平行于航線的縱向流速未超過(guò)規(guī)范要求。

上游航道口門(mén)區(qū)水流橫向流速超過(guò)規(guī)范要求是因水流受航道與主河道間隔墻的阻擋而形成；下游航道口門(mén)區(qū)橫向流速超過(guò)規(guī)范要求是因口門(mén)區(qū)隔墻裹頭處河道寬約130.0m，比水閘凈寬小約40.0m，過(guò)流斷面的減小使下游口門(mén)區(qū)的流速增大，且水流主流與航道中心線間的夾角較大，達(dá)約30°。

受實(shí)際地形影響，上下游航道口門(mén)區(qū)的水流條件較難通過(guò)樞紐平面布置的優(yōu)化而得到根本改善。澛港閘上游水庫(kù)為季節(jié)性壅水、平原河槽性水庫(kù)，敞泄泄洪的時(shí)間較少，故建議管理單位根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化水閘的調(diào)度運(yùn)用，船只通行時(shí)，引導(dǎo)船只靠右行駛，遠(yuǎn)離航道間隔墻裹頭，在水閘敞泄和下泄流量大于等于460m3/s時(shí)禁止通航，并在航道口門(mén)區(qū)設(shè)置警示標(biāo)志，以保證航行安全。

圖1 澛港閘樞紐平面布置示意圖

6 控泄運(yùn)行調(diào)度方式研究

選取合理的閘門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉方式，可使閘下水流對(duì)建筑物及河道可能造成的沖刷影響降到最低。由于始流工況是閘門(mén)最初開(kāi)啟工況，且過(guò)閘落差較大，能較好反映不同組合閘孔開(kāi)啟時(shí)的閘下水流流態(tài)差異，故選取始流工況進(jìn)行閘門(mén)管理運(yùn)用試驗(yàn)。

試驗(yàn)以2孔為一組，按照均勻、對(duì)稱的開(kāi)啟原則，依次開(kāi)啟2孔、4孔、6孔、8孔、10孔、12孔、14孔。通過(guò)對(duì)比分析閘下水流流態(tài)，確定最理想的開(kāi)啟順序。實(shí)際運(yùn)用時(shí)的閘門(mén)開(kāi)度級(jí)差由設(shè)計(jì)院根據(jù)操作難易程度及開(kāi)啟歷時(shí)等因素綜合考慮。因上游蓄水位較高，在下游水位較低時(shí)，建議第一輪開(kāi)啟時(shí)開(kāi)度不超過(guò)0.3m，以后按照下游水位的上漲情況及上游來(lái)流量來(lái)合理確定下一輪的開(kāi)啟高度。

第一輪開(kāi)啟1#孔和14#孔（閘孔從左至右分別編號(hào)為1#～14#）時(shí)，消力池內(nèi)流態(tài)良好；開(kāi)啟2#孔和13#孔時(shí)，下泄水流在消力池翼墻處形成強(qiáng)度較大的回流，該處回流可能掏刷翼墻基礎(chǔ)；開(kāi)啟3#孔和12#孔時(shí)，翼墻處的回流強(qiáng)度進(jìn)一步增大；其余開(kāi)啟方式以此類推。故第一輪開(kāi)啟最優(yōu)開(kāi)啟方式為開(kāi)啟1#孔和14#孔。

經(jīng)試驗(yàn)，后續(xù)的最優(yōu)閘門(mén)開(kāi)啟順序依次為5#孔和10#孔，3#孔和12#孔，2#孔和13#孔，6#孔和9#孔，4#孔和11#孔，7#孔和8#孔。

7 結(jié)論

（1）水閘泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）水閘敞泄時(shí)，樞紐上下游流態(tài)基本一致，總體良好。閘下左側(cè)有一局部回流，回流流速較小，對(duì)過(guò)閘水流流態(tài)及流量影響很小。水閘下游0+200斷面右側(cè)流速大于左側(cè)流速，有利于外龍窩湖血防工程堤腳區(qū)域的防沖。

（3）原布置方案始流工況時(shí)，閘下水躍已沖出消力池。修改方案將消力池加長(zhǎng)10.0m，水躍完全發(fā)生在消力池內(nèi)，消力池消能效果良好。

（4）外龍窩湖血防工程堤腳區(qū)域在敞泄、控泄工況下的流速均小于相應(yīng)的河道不沖流速，堤腳區(qū)域發(fā)生沖刷的可能性很小。外龍窩湖血防工程堤頂在控泄時(shí)不過(guò)水；敞泄時(shí)，除P=20%時(shí)最大流速與不沖流速接近外，其余工況下的最大流速均大于該處相應(yīng)的不沖流速；敞泄時(shí)，外龍窩湖血防工程堤頂可能會(huì)發(fā)生沖刷。建議加強(qiáng)護(hù)砌。

（5）敞泄工況P=33.3%和P=20%時(shí)，水閘上下游防沖槽流速均小于相應(yīng)的河道不沖流速；P=10%、設(shè)計(jì)洪水和校核洪水下，水閘上下游防沖槽流速略大于河道不沖流速。控泄工況時(shí)，水閘上下游防沖槽流速均小于相應(yīng)的河道不沖流速。水閘上下游防沖槽在P=10%、設(shè)計(jì)洪水和校核洪水會(huì)發(fā)生一定的沖刷，但發(fā)生的幾率較小，建議設(shè)計(jì)單位可在條件允許時(shí)適當(dāng)降低防沖槽高程■