裕溪閘樞紐優化研究

張波

（水利水資源安徽省重點實驗室 安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

裕溪閘樞紐優化研究

張波

（水利水資源安徽省重點實驗室 安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

裕溪節制閘除險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、上下游流態等方面也產生較大變化。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加固工程的工程量，為統籌協調各方面的要求需進行模型試驗以對樞紐進行優化研究。

模型試驗 泄流能力 消能防沖 流態比較

1 引言

裕溪閘水利樞紐位于安徽省巢湖流域裕溪河入長江口4km處，是無為大堤上的大型水利工程，與巢湖閘組成巢湖、裕溪河梯級水利樞紐。裕溪節制閘是裕溪閘樞紐的主要泄水建筑物，于1959年底開工，1967年5月節制閘建成放水，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道）。深淺孔之間用10m寬的導流墩作為連接段，原設計過閘流量 1170m3/s，校核過閘流量為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。

裕溪節制閘由于地質條件差，處理不充分，導致工程基礎不穩，雖經多次加固，仍未根本消除險情。2011年12月14日，安徽省水利廳主持召開了裕溪節制閘工程安全鑒定審查會議，依據《水閘安全鑒定管理辦法》和《水閘安全鑒定規定》（SL214-98），綜合評定裕溪節制閘工程安全狀況等級為三類。2012年2月經水利部大壩安全管理中心核查，評定為三類閘。須進行除險加固工程建設。

2 工程設計

裕溪節制閘布置于主河槽內，由閘室、兩岸連接建筑物、防滲排水設施、消能防沖設施、上下游導流堤及公路橋、魚道等建筑物組成。移址后水閘位于老閘上游側，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，鋼筋混凝土結構，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，閘室順水流方向長18m，閘室總寬度為134.4m。

閘室采用整體式底板結構，兩孔一聯的筏式基礎，閘墩間分縫。閘墩為實體結構，中墩厚1.2m，縫墩厚1.0m。

正向消能設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的斜坡護坦連接。消力池總長25m，為便于與老閘底板利用部分連接，池長取35m。消力池平面擴散角4.12°，末端寬度136.4m。

由于水閘有引江水進入巢湖的功能，引水時上游水深大，因此在上游側只需設置護坦。護坦長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，采取對原老閘設施盡可能利用的原則對老閘進行拆除。

裕溪閘樞紐部分設計參數見表1。

與老閘相比，新裕溪閘閘室總凈寬由120m變為112m；閘底板高程由淺孔閘5.0m，深孔閘2.5m，統一變為3.0m。此外，新閘建成后，水閘距老航道上游口門區更近，閘前水流對航道口門區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新閘的消能防沖條件影響巨大，也直接影響著除險加固工程量的大小。

3 模型設計

此次研究擬分別同時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。為使模型進出流流態與原型相似，整體模型模擬范圍為閘上下游600m范圍內的地形。按正態模型設計，根據模型范圍相似條件，選定模型比尺為Lr=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新閘下游消能防沖條件的影響。斷面模型取一聯2孔進行試驗，包括左右兩側縫墩，中間一個中墩，總寬19.2m，模型比尺為1∶32。

表1 裕溪節制閘部分設計參數表

4 方案研究

4.1方案簡介

原設計方案：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。其余與原設計方案相同。

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

經試驗，原設計方案在設計50年一遇和校核100一遇洪水時，水閘泄流能力不滿足設計要求；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計要求；修改方案二在修改方案一的基礎上減小胸墻抬高高度0.5m，水閘僅在校核100年一遇洪水時的泄流能力不滿足設計要求；修改方案三在修改方案二的基礎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，過閘落差超過設計值0.005m，且當上下游水位為設計值時，過閘流量為1435m3/s，與設計值1475m3/s相差2.71%，小于水工模型試驗的流量允許誤差5%；故認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閘落差見表2。

4.3流態比較

各方案流態基本相似。各方案各工況下上游左側老航道范圍內均有一較大的回流區，但回流區回流流速較小。上游右側有一回流區，回流范圍基本局限于灘地。閘前水流均勻，無偏流。閘后水流出流均勻，無偏流。下游航道口門區無明顯不良流態。

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，下游河道內出現偏流，0+200斷面處，水流偏向右側原深孔閘，至0+400斷面，水流又偏向左側。

修改方案三惡劣放水工況下，老閘淺孔閘左側貼角上游有小范圍回流，對節制閘泄流能力的影響很小；坡度為1∶2，貼角頂高程在4.0～5.0m之間變化時，流態無明顯改變。

表2 裕溪閘新閘各工況下過閘落差

4.4消能防沖

閘下消能防沖試驗主要在斷面模型上進行，采用上下游水位落差最大的惡劣放水工況來進行研究。試驗控制流量為85.71m3/s，下游長江側水位為3.5m，上游巢湖側水位為8.5m。

閘下對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。當淺孔閘閘址處保持5.0m不變時，水閘惡劣放水時消力池內的消能效果很好，但老閘消力坎后的水面銜接不暢，形成下跌，對該處河床形成沖刷。當淺孔閘閘址處開挖至3.0m時，水躍完全發生在消力池內，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2.14m/s，為防止沖刷，應結合實際情況進行適當防護。

5 結論

原設計方案和修改方案一的泄流能力不滿足設計要求，修改方案二的泄流能力基本滿足設計要求，修改方案三的泄流能力滿足設計要求。

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

老閘淺孔閘閘址處保持5.0m不變時，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挖至3.0m時，水躍發生在消力池內，消力池消能效果良好■