引江濟淮東淝河與淮河干流銜接段水工物理模型試驗研究

（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）

1 工程概況

淮河和東淝河交匯段是引江濟淮工程的一個節點工程。現狀東淝河河道較窄，且呈垂直角度匯入淮河，現有的河道條件不能滿足建設Ⅱ級航道的要求，需對原東淝河河道疏浚拓寬并在淮河右岸灘地新開一條航道與淮河航道平順連接。為了科學合理經濟設計，優化該段平面布置，為航道設計提供必要的技術支撐，同時為以后船舶航行提供必要管理要求[1,2]，開展該段模型試驗研究。

在河道原型觀測資料分析的基礎上，通過水工模型試驗研究，從航道的通航水流條件及口門區新開挖航道穩定性等方面，論證引江濟淮東淝河入淮口與淮河干流銜接段航道線路平面布置的合理性，并根據試驗結果提出口門區域內航道布置的優化措施[3,4]。根據物理模型試驗結果，優化現有設計方案，以滿足通航安全和航槽穩定的要求。

2 試驗設計

根據東淝河入淮口與淮河干流銜接段的試驗內容和要求，為保證模型進、出流邊界相似，選定模型范圍為：淮河老東淝河河口以上模擬約1.5km，以下模擬約1.3km；東淝河上游模擬至東淝閘以上約200m，下游模擬至淮河；橫向模擬至大堤。采用正態模型，選定模型比尺為1 ∶100。

東淝河入淮口與淮河干流銜接段整體水工模型布置圖見圖1。

圖1 東淝河入淮口與淮河干流銜接段整體水工模型布置圖

根據當地歷年水文資料及與設計院協商，確定的試驗工況見表1。

3 結果與分析

3.1 原設計方案上下行航道分開布置方案研究成果

3.1.1 最高通航水位

東淝閘閘下至淮河為靜水區。上行航道出口處主槽內最大流速為0.28m/s，上行航道段水流方向與航道中心線基本一致。下行航道出口處主槽內最大流速為0.51m/s，水流方向與航道中心線的夾角約為35°，垂直于航道中心線的流速分量為0.29m/s。

該工況下行航道右岸岸邊流速達0.60m/s，因大堤附近水深較淺，建議對下行航道右岸大堤進行護砌。

3.1.2 最低通航水位

0+800 斷面最大流速為1.50m/s，進入航道后主流位于航道左側，因過流斷面增大，流速迅速降低，至0+1400 斷面，最大流速降為0.53m/s。淮河側航道口門區有一約550m×150m（長×寬，以下同）的回流區，最大回流流速位于航道右岸，達0.73m/s，超過規范的規定值0.40m/s。

航道錨泊區流態良好，東淝河與淮河交匯處主流位于上行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內最大流速為0.48m/s，上行航道出口斷面流速偏向航道右側，最大流速為0.39m/s，出航道后與淮河主流匯合，最大流速為0.51m/s。下行航道流速小于0.20m/s。

3.1.3 東淝閘退水設計工況

水流出東淝閘進入航道前最大流速為1.17m/s，0+800 斷面航道內最大流速為1.06m/s，水流方向與航道中心線的夾角約為40°，垂直于航道中心線的流速分量為0.68m/s，超過規范的規定值0.30m/s。

航道錨泊區處水流主流位于航道右側，最大流速降為0.85m/s。淮河側航道口門區有一約400m×150m的回流區，最大回流流速位于航道右岸，達0.73m/s，超過規范的規定值0.40m/s。

東淝河與淮河交匯處主流位于下行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內最大流速為0.63m/s，下行航道出口斷面最大流速為0.85m/s。

上行航道主流偏向航道右側，最大流速為0.32m/s，航道水流至與老東淝河交匯處轉向老東淝河下游，老東淝河出流通過航道匯入淮河，老東淝河出流與航道中心線的夾角約40°，最大流速為0.71m/s，垂直于航道中心線的流速分量為0.46m/s，超過規范標準。上行航道出口斷面最大流速為0.39m/s。

3.1.4 東淝閘退水校核工況

0+800 斷面水流最大流速為1.06m/s，航道錨泊區處水流主流位于航道右側，最大流速降為0.66m/s。淮河側航道口門區有一約400m×150m 的回流區，回流流速位于航道右岸，達0.60m/s，超過規范的規定值0.40m/s。

東淝河與淮河交匯處主流位于下行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內最大流速為0.78m/s，下行航道出口斷面最大流速為0.93m/s。

上行航道主流偏向航道右側，最大流速為0.32m/s，老東淝河出流基本沿老東淝河走向，與航道中心線的夾角約60°，最大流速為0.60m/s，垂直于航道中心線的流速分量為0.52m/s，超過規范標準。上行航道上游出口斷面最大流速為0.34m/s。

3.2 優化修改方案上下行航道合并方案研究成果

上下行航道合并方案將新東淝河與航道交匯處開挖至與航道底高程11.54m 一致，河道底寬為69.0m，向上游以1 ∶10 的坡與老河槽相接。航道與淮河交匯處設單航線，航線向淮河上游轉彎半徑為330m。航道最窄處位于錨泊區下游，寬為90.0m。

表1 東淝河入淮口模型試驗工況表

上下行航道合并方案設計布置示意圖見圖2。

圖2 上下行航道合并方案設計布置示意圖

3.2.1 最高通航水位

東淝閘閘下至淮河為靜水區。上行航道與淮河交匯處水流表面最大流速為0.60m/s，水流方向與上行航道中心線基本垂直，水流條件不滿足規范要求；下行航道與淮河交匯處水流表面最大流速為0.55m/s，水流方向與下行航道中心線的夾角約為35°，垂直于下行航道中心線的流速分量為0.32m/s，略超過規范要求。

因東淝河河口航道開挖較寬，且最高通航水位時，淮河流量大于等于6500m3/s 的時間較少，自1954年至今共計76 天，建議此工況下通過上行航道船只繞行下行航道，通過下行航道船只應靠航道左側行駛，遠離右側航道邊坡。

該工況下行航道右岸岸邊流速達0.62m/s，因大堤附近水深較淺，建議對下行航道右岸大堤進行護砌。

3.2.2 最低通航水位

東淝河在航道口門區上游拓寬后，水流進入航道流速顯著降低，0+800 斷面最大流速為0.66m/s，航道口門區為靜水區。

錨泊區處水流主流位于左側，錨泊區最大流速小于0.30m/s，錨泊區以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.46m/s。東淝河與淮河交匯口門區因過流斷面增大，最大流速降為0.25m/s。

3.2.3 東淝閘退水設計工況

0+800 斷面最大流速為1.08m/s，航道口門區為弱回流區，最大回流流速為0.21m/s。

錨泊區處水流主流位于航道中心線附近，最大流速為0.76m/s，錨泊區以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.76m/s。下行航道口門區水流方向與航道中心線基本一致，最大流速為0.75m/s。上行航道口門區為回流區，最大回流流速為0.28m/s。老東淝河河口出口斷面最大流速0.41m/s，水流出河口進入交匯區后因水面擴大，至航道范圍內流速降至0.30m/s 以下。

3.2.4 東淝閘退水校核工況

0+800 斷面最大流速為1.41m/s，航道口門區右側有一回流區，最大回流流速為0.44m/s，位于右岸邊坡，超出航道范圍，建議加強航道標識，引導船只避開此不良水流流態區域。

錨泊區處水流主流位于航道中心線附近，最大流速為0.76m/s，錨泊區以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.92m/s。下行航道口門區水流方向與航道中心線基本一致，最大流速為0.94m/s。上行航道在老東淝河與下行航道水流主流間為回流區，最大回流流速為0.35m/s。老東淝河河口出口斷面最大流速0.41m/s，因水流方向與上行航道中心線基本垂直，故超過規范要求。

因東淝閘遭遇該工況的可能性較小，建議此工況下通過上行航道船只繞行下行航道。

4 結論與建議

（1）原設計方案上下行航道分開布置試驗，各試驗工況水流流態均不滿足規范值要求。

（2）優化修改方案上下行航道合并試驗，最低通航水位和東淝閘退水設計工況時，航道口門區、錨泊區和東淝河與淮河交匯口門區水流條件良好，滿足規范要求。最高通航水位和東淝閘退水校核工況時，上行航道流速超過規范要求，因東淝閘遭遇最高通航水位和東淝閘退水校核工況的可能性較小，此工況下需上行的船只可以通過繞行下行航道來解決。

（3）建議采用上下行航道合并方案作為推薦方案■