合裕航道主要船閘擴(kuò)建工程樞紐布置優(yōu)化研究

吳學(xué)中 王久晟 黃祚繼

（1.安徽省巢湖管理局裕溪閘管理處 巢湖 238312 2.水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蚌埠 233000 3.安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

合裕航道主要船閘擴(kuò)建工程樞紐布置優(yōu)化研究

吳學(xué)中1王久晟2，3黃祚繼2，3

（1.安徽省巢湖管理局裕溪閘管理處 巢湖 238312 2.水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蚌埠 233000 3.安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

裕溪河是巢湖與長(zhǎng)江通航的主要通道，為打造安徽省水上高速公路，擴(kuò)大合肥的入江通道，需對(duì)巢湖船閘、裕溪船閘進(jìn)行擴(kuò)建，均新建了復(fù)線船閘。為保證通航安全，船閘設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)船閘上下游引航道內(nèi)的水流條件提出了很高的要求，而船閘通航常常受到泄洪建筑物運(yùn)行的影響，通航條件惡化。因而常常通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化泄洪建筑物與船閘所組成的樞紐的平面布置。

復(fù)線 船閘 樞紐 布置 優(yōu)化

1 工程原貌與擴(kuò)建方案

1.1 巢湖閘水利樞紐工程

巢湖是我國(guó)五大淡水湖之一，巢湖閘樞紐工程位于巢湖市南郊司家巷坡附近，主要工程于20世紀(jì)60年代初期建成，由節(jié)制閘、船閘、引河及導(dǎo)流堤等組成，具有防洪、排洪、蓄水、引水灌溉及通航多種功能。巢湖閘引河上連巢湖，下接原裕溪河，基本呈直線布置，河軸線自北向南偏西約30°，2002年加固擴(kuò)建后，河底寬100m。節(jié)制閘布置在引河的左側(cè)，老節(jié)制閘共10孔，每孔凈寬5m，底坎高程4.0m，為滿足排洪要求，于2002年進(jìn)行了擴(kuò)建，擴(kuò)建閘閘室為潛孔式，單孔凈寬5.0m，共6孔，高7.5m，底坎高程4.0m，節(jié)制閘總設(shè)計(jì)流量1370m3/s。

老船閘位于引河的右側(cè)，與節(jié)制閘平行布置，兩閘中心距約128m，老船閘設(shè)計(jì)采用原蘇聯(lián)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，閘室長(zhǎng)195.0m，凈寬15.00m，底坎高程3.5m。上下閘首均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘門均采用橫拉門，齒條式啟閉機(jī)。由于原船閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，通航能力不足，已不適應(yīng)現(xiàn)在航運(yùn)發(fā)展的需要，制約了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此在原樞紐附近建設(shè)復(fù)線船閘是必要的。

新建復(fù)線船閘航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)最大船舶噸級(jí)為1000t級(jí)，閘室尺度為230m×23m×4.5m（長(zhǎng)×寬×門檻水深）。根據(jù)現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件，復(fù)線船閘建于老船閘右側(cè)，下閘首位于攔河堤上，參與防洪。新、老船閘中心相距80m（以現(xiàn)有船閘下閘首部位算），閘縱軸線相對(duì)于現(xiàn)有船閘軸線向南偏3°。復(fù)線船閘縱向布置長(zhǎng)度：上、下閘首30.5m（包括檢修門槽）、閘室段230m，上下游導(dǎo)航墻各為60m。

1.2 裕溪閘水利樞紐工程

裕溪閘水利樞紐工程是控制巢湖流域防洪、排澇及引水灌溉的綜合性水利樞紐，1973年建成使用。工程由節(jié)制閘、船閘、魚(yú)道、攔河壩、上下游引航道、導(dǎo)流堤等組成，節(jié)制閘24孔（其中淺孔16孔、深孔8孔，凈寬5m，底坎高程淺孔5.0m，深孔2.5m）。100年一遇設(shè)計(jì)流量為1170m3/s，300年一遇校核流量為1400m3/s，引江灌溉最大流量350 m3/s。船閘航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，通航能力2×1000t，裕溪船閘于1969年建成投入運(yùn)行，1991年實(shí)施加固處理，加固后閘室凈寬縮小為14.4m，閘室底板高程抬高為0.6m。上下游均無(wú)任何船舶引導(dǎo)、停靠設(shè)施，按現(xiàn)行內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)僅相當(dāng)于五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。裕溪船閘是溝通巢湖和長(zhǎng)江之間的咽喉要道，是安徽省骨干航道之一，故需對(duì)船閘進(jìn)行擴(kuò)建。

擴(kuò)建船閘航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)最大船舶噸級(jí)為1000t級(jí)，閘室有效尺度為200m×23m×3.5m（長(zhǎng)×寬×門檻水深），該尺度可以滿足1000t級(jí)駁船兩排兩列一次過(guò)閘。船閘年通過(guò)能力為4000萬(wàn)t。擴(kuò)建船閘位于裕溪節(jié)制閘東側(cè)，原老河道內(nèi)。下閘首位于攔河壩上，長(zhǎng)29m，閘室位于內(nèi)河側(cè)，長(zhǎng)200m，為鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)；上閘首位于上游，長(zhǎng)30m。上、下游引航道直線段長(zhǎng)均為400m。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 巢湖復(fù)線船閘

研究巢湖復(fù)線船閘在通航水位下，遭遇節(jié)制閘各種放水條件航道內(nèi)的縱橫向水流流速分布，測(cè)出主要回流區(qū)范圍，評(píng)價(jià)其對(duì)船舶和建筑物運(yùn)行安全的影響，并提出消除不利影響的措施；試驗(yàn)論證右岸排水溝泄流對(duì)通航安全的影響；根據(jù)航道水流流態(tài)，提出上、下游導(dǎo)航、靠船、錨泊區(qū)建筑物布置優(yōu)化建議；為改善通航水流條件，提出節(jié)制閘運(yùn)行方式建議；在通航水位下，論證新老船閘灌泄水時(shí)閘室口門處流速分布及其對(duì)船舶運(yùn)行安全的影響，提出合理建議。

2.2 裕溪復(fù)線船閘

研究裕溪復(fù)線船閘在通航研究水位下，遭遇節(jié)制閘各種放水條件航道內(nèi)的縱橫向水流流速分布，測(cè)出主要回流區(qū)范圍，評(píng)價(jià)其對(duì)船舶和建筑物運(yùn)行安全的影響，并提出消除不利影響的措施；對(duì)節(jié)制閘與船閘間的導(dǎo)航堤、引航道等主要平面布置進(jìn)行優(yōu)化，并提出優(yōu)化方案；提出節(jié)制閘優(yōu)化開(kāi)啟方式，在保證其抗沖安全前提下，減少節(jié)制閘放水對(duì)通航安全的影響；對(duì)將來(lái)實(shí)施的停泊區(qū)（上游蕪湖長(zhǎng)江大橋鐵路引橋以上2000m區(qū)域，下游淮南鐵路備用橋200m以下至入江口）提出建議。

3 試驗(yàn)組次及研究方案

均采用正態(tài)物理模型；比尺均為L(zhǎng)r=75。詳細(xì)試驗(yàn)組次見(jiàn)表1、表2。

表1 巢湖復(fù)線船閘工程模型試驗(yàn)水位流量控制表

表2 裕溪節(jié)制閘工程模型試驗(yàn)水位流量控制表

4 樞紐布置試驗(yàn)及優(yōu)化

4.1 巢湖復(fù)線船閘

巢湖閘新船閘引航道開(kāi)挖曲線總體布置合理，上下游引航道內(nèi)均未出現(xiàn)較為惡劣的流態(tài)。與原巢湖閘樞紐加固與擴(kuò)建工程水工模型試驗(yàn)成果相比，新船閘修建后老船閘的水流條件有所改善。

原布置方案最高通航水位、正向高水位運(yùn)行時(shí)，0-500斷面處，老船閘引航道引航道范圍內(nèi)個(gè)別點(diǎn)最大橫向流速達(dá)0.32m/s，略超過(guò)規(guī)范要求，可通過(guò)對(duì)上游導(dǎo)流隔堤裹頭進(jìn)行適當(dāng)疏浚予以改善。

原布置方案正向最大水級(jí)、船閘正常運(yùn)行工況1、船閘正常運(yùn)行工況2、船閘正常運(yùn)行工況3時(shí)，0+700斷面處，新老船閘引航道范圍內(nèi)最大橫向流速達(dá)0.32～0.42m/s，超過(guò)規(guī)范要求；可通過(guò)修改下游導(dǎo)流隔堤以保證該斷面水流條件符合規(guī)范要求。

原布置方案巢湖閘裕溪河側(cè)河道水位較高時(shí)，右岸排澇溝的泄流對(duì)通航安全影響較小；巢湖閘裕溪河側(cè)河道水位較低時(shí)，右岸排澇溝的出流增大了遠(yuǎn)調(diào)碼頭處的回流流速；修改小排澇溝的出口布置后，小排澇溝的出流平順，減小了小排澇溝出流對(duì)通航安全的影響。

通航水位下，在最不利的情況下，新船閘灌泄水時(shí)閘門口門處的流速分布對(duì)船舶運(yùn)行安全無(wú)明顯影響。

單開(kāi)新閘、單開(kāi)老閘、老閘部分開(kāi)啟與新老閘全部均勻開(kāi)啟相比，上游引航道內(nèi)流態(tài)無(wú)大的變化，下游引航道口門處流態(tài)較差，建議節(jié)制閘運(yùn)行應(yīng)盡量全部均勻開(kāi)啟。

4.2 裕溪復(fù)線船閘

裕溪閘新船閘上游航道口門區(qū)縱向、橫向及回流流速在各種工況下均滿足要求。只是在工況1條件下，閘上0-850～0-650m之間的引航道右岸水邊，最大回流流速略超出設(shè)計(jì)限值，為0.43 m/s；上游導(dǎo)堤裹頭處在工況1和工況2條件下局部橫向流速偏大，分別為0.41 m/s和0.50m/s，因此，需在導(dǎo)堤裹頭處設(shè)置警示標(biāo)志。

下游航道口門區(qū)縱向及回流流速在各種工況下均滿足要求，橫向流速除工況1條件下的閘下0+600～0+700m之間的區(qū)域超出設(shè)計(jì)限值外，其他工況均滿足要求。工況1條件下，由于流量較大，河道中流速較大，出閘水流由于受節(jié)制閘下左導(dǎo)堤限制，水流流向與航線夾角偏大，導(dǎo)致橫向分流速偏大。當(dāng)實(shí)施部分切除節(jié)制閘下左導(dǎo)堤時(shí)，可有效降低橫向流速。

通過(guò)加長(zhǎng)上游導(dǎo)堤25m和縮短上游導(dǎo)堤30m分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，這兩種修改方案對(duì)減小上游口門區(qū)回流流速和橫向流速作用不大。由于略超出設(shè)計(jì)限值的回流流速主要位于右岸水邊，而橫向流速超標(biāo)部位在導(dǎo)堤裹頭的局部地方，并非位于航道內(nèi)，因此對(duì)航行是安全的，但為了防止出現(xiàn)意外，建議在導(dǎo)堤裹頭處設(shè)置警示標(biāo)志。

考慮到裕溪河新、老船閘分別位于節(jié)制閘左右側(cè)，新閘局部范圍橫向流速與回流流速超標(biāo)僅限于1170m3/s流量工況，發(fā)生頻率較小，均略超出規(guī)范值，常年遇排澇工況流態(tài)較好；而將1170m3/s流量工況橫向流速和回流流速控制在規(guī)范值之內(nèi)工程量增大較多，且破壞了節(jié)制閘下游左側(cè)現(xiàn)有建筑物。建議遇該工況時(shí)充分利用老船閘，對(duì)新船閘短時(shí)間限航。

老船閘上游航道進(jìn)口在各種工況下流速滿足要求，流態(tài)良好。下游出口處回流流速基本滿足要求。

對(duì)設(shè)計(jì)流量級(jí)1170m3/s共進(jìn)行了下游出口河道3種不同分流比的試驗(yàn)，結(jié)果表明，下游河道分流比對(duì)新船閘下引航道口門區(qū)流速流態(tài)影響較小。

各種工況下，口門區(qū)以外的河道中水流流態(tài)良好，流向基本與設(shè)計(jì)航道的航線一致，橫向流速均能滿足要求。

下游淮南鐵路備用橋200m以下至入江口河段為開(kāi)挖的順直新河。通過(guò)鐵路橋以上約50m斷面處的流速分布可知，新河入口處主流偏于左岸，入口轉(zhuǎn)彎處右岸為弱回流區(qū)。至鐵路備用橋200m以下，河道水流逐漸歸順，斷面流速分布趨于均勻，回流消失。因此，該區(qū)域可設(shè)為停泊區(qū)。

上游蕪湖長(zhǎng)江大橋鐵路引橋以上2000m區(qū)域可設(shè)置為停泊區(qū)。從裕溪閘上至蕪湖長(zhǎng)江大橋鐵路引橋以上2000m間河道順直微彎。根據(jù)閘上1000m斷面處實(shí)測(cè)流速分布的分析，鐵路引橋以上2000m區(qū)域河道水流流速分布較為均勻，流態(tài)良好。因此，上游蕪湖長(zhǎng)江大橋鐵路引橋以上2000m區(qū)域可設(shè)為停泊區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

以上兩個(gè)工程均通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化了泄洪建筑物與船閘所組成的樞紐的平面布置，優(yōu)化了泄洪建筑物調(diào)度運(yùn)用方案，最大程度地減小泄洪建筑物運(yùn)行時(shí)對(duì)船閘通航的影響，并且通過(guò)試驗(yàn)擬定合理的船閘調(diào)度方案和劃定通航警戒區(qū)域，兩工程均已建成投入使用，運(yùn)行情況良好■