澛港閘樞紐主要水力學問題研究

張波

（水利水資源安徽省重點實驗室安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院蚌埠233000）

澛港閘樞紐主要水力學問題研究

張波

（水利水資源安徽省重點實驗室安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院蚌埠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、魚道等建筑。澛港閘樞紐工程主要水力學問題包括水閘水力學、通航水力學和閘門調度運用等。針對原布置方案時閘下水躍沖出消力池，航道上下游口門區局部水流條件不滿足規范要求的問題，試驗均給出了解決方案，并被采納。試驗優化了樞紐平面布置，為樞紐的安全、正常運行提供了數據支持。

模型試驗流態消能防沖通航條件調度運用

1 引言

水陽江、青弋江、漳河流域位于長江下游右岸，地跨江蘇、安徽兩省，流域面積1.88萬平方千米。流域地處華東腹地，經濟較發達，但因泄洪不暢、防洪工程標準低等原因，流域洪澇災害頻繁。自20世紀90年代以來，該流域多次發生較大洪水，致使人民生命財產蒙受很大損失，影響了當地經濟社會發展。

青弋江分洪道工程位于蕪湖市境內，是水陽江、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洪水位，提高流域下游地區的防洪標準，同時可結合水陽江下游近期防洪治理工程大大改善水陽江中游地區的防洪形勢，減輕水陽江下游近期防洪治理工程對下游地區的不利影響，對于流域整體防洪形勢的改善有著十分重要的意義，防洪減災效益顯著。

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。為對澛港閘樞紐主要水力學問題進行研究，須進行模型試驗。

2 工程簡介

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

泄水閘采用開敞式平底閘型式，閘孔總凈寬為168.0m。

澛港閘樞紐布置見圖1，澛港閘敞泄試驗工況見表1。

表1 澛港閘敞泄試驗工況表

3 模型設計

整體模型采用正態模型，模型比尺為Lr=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×寬）。

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29.0m，模型比尺選定為1∶36.25。

4 水閘水力學研究

水閘主要有控泄和敞泄兩種運用方式，敞泄時，14孔水閘全部開啟，主要在洪水期運用。

枯水期水閘主要為控泄，控泄運行調度原則：保持閘上游水位7.50m，根據上游來流量及對應下游水位逐級間隔開啟閘門，閘門開度分別為0.30m，1.00m，1.50m，2.00m，2.50m…全開，閘門關閉程序相反；在滿足過流能力的條件下，盡量增加閘孔開啟數量，減少閘門開度。

設計洪水時，水閘敞泄，控制流量為3600.00m3/s，下游水位為8.24m。實測上游水位為8.368m，過閘落差為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出現一約100.0m× 30.0m的回流區。除此外，閘上游水流平穩，無明顯不良流態。上游防沖槽底部最大流速為1.58m/s。過閘水流下泄均勻，無明顯偏流。閘下游左側灘地0+160以上有一約140.0m×50.0m的回流區，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斷面右側流速大于左側流速，有利于外龍窩湖血防工程堤腳區域的防沖。

其他敞泄工況樞紐上下游流態與設計洪水相似。

控泄時，控制上游水位為7.50m，下游水位為0.50m，閘門開度e=0.30m，斷面模型實測流量為68.69m3/s。

該工況上游水流平穩，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，為使水躍完全發生在消力池范圍內，加長消力池10m后，水躍完全發生在消力池范圍內。

5 通航水力學研究

敞泄工況下，上下游航道口門區局部的橫向流速超過規范要求的0.30m/s，而回流流速及平行于航線的縱向流速未超過規范要求。

控泄工況下，上游航道口門區內的流態較好，橫向流速、縱向流速和回流流速均未超過規范要求；當下泄流量大于等于460m3/s時，下游航道口門區局部的橫向流速超過規范要求的0.30m/s；當流量小于等于360m3/s時，口門區橫向流速滿足規范要求；回流流速及平行于航線的縱向流速未超過規范要求。

上游航道口門區水流橫向流速超過規范要求是因水流受航道與主河道間隔墻的阻擋而形成；下游航道口門區橫向流速超過規范要求是因口門區隔墻裹頭處河道寬約130.0m，比水閘凈寬小約40.0m，過流斷面的減小使下游口門區的流速增大，且水流主流與航道中心線間的夾角較大，達約30°。

受實際地形影響，上下游航道口門區的水流條件較難通過樞紐平面布置的優化而得到根本改善。澛港閘上游水庫為季節性壅水、平原河槽性水庫，敞泄泄洪的時間較少，故建議管理單位根據實際情況優化水閘的調度運用，船只通行時，引導船只靠右行駛，遠離航道間隔墻裹頭，在水閘敞泄和下泄流量大于等于460m3/s時禁止通航，并在航道口門區設置警示標志，以保證航行安全。

圖1 澛港閘樞紐平面布置示意圖

6 控泄運行調度方式研究

選取合理的閘門開啟或關閉方式，可使閘下水流對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最初開啟工況，且過閘落差較大，能較好反映不同組合閘孔開啟時的閘下水流流態差異，故選取始流工況進行閘門管理運用試驗。

試驗以2孔為一組，按照均勻、對稱的開啟原則，依次開啟2孔、4孔、6孔、8孔、10孔、12孔、14孔。通過對比分析閘下水流流態，確定最理想的開啟順序。實際運用時的閘門開度級差由設計院根據操作難易程度及開啟歷時等因素綜合考慮。因上游蓄水位較高，在下游水位較低時，建議第一輪開啟時開度不超過0.3m，以后按照下游水位的上漲情況及上游來流量來合理確定下一輪的開啟高度。

第一輪開啟1#孔和14#孔（閘孔從左至右分別編號為1#～14#）時，消力池內流態良好；開啟2#孔和13#孔時，下泄水流在消力池翼墻處形成強度較大的回流，該處回流可能掏刷翼墻基礎；開啟3#孔和12#孔時，翼墻處的回流強度進一步增大；其余開啟方式以此類推。故第一輪開啟最優開啟方式為開啟1#孔和14#孔。

經試驗，后續的最優閘門開啟順序依次為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 結論

（1）水閘泄流能力滿足設計要求。

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

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

（4）外龍窩湖血防工程堤腳區域在敞泄、控泄工況下的流速均小于相應的河道不沖流速，堤腳區域發生沖刷的可能性很小。外龍窩湖血防工程堤頂在控泄時不過水；敞泄時，除P=20%時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的不沖流速；敞泄時，外龍窩湖血防工程堤頂可能會發生沖刷。建議加強護砌。

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