固镇复线船闸上游航道口门区平面布置研究

张 波 李振亚

固镇复线船闸上游航道口门区平面布置研究

张 波 李振亚

一、枢纽概况

拟建的固镇复线船闸是沱浍河航道梯级开发的重要组成部分，位于安徽省蚌埠市固镇县固镇节制闸及老船闸南侧，上距蕲县闸38km，下距五河闸65km，为沱浍河航道自下而上第二个梯级通航建筑物。

根据《安徽省内河航运发展规划》，沱浍河航道李口集至入淮口段航道规划等级为Ⅳ级，可常年通航500t级船舶。本次拟建固镇复线船闸为500t级Ⅳ级船闸，闸室长130m，宽18m，门槛水深3.5m，预测年过闸货运量750×104t。复线船闸的建成将大大提高固镇枢纽的水运通过能力。

受当地城市规划影响，固镇复线船闸闸址只能选在固镇枢纽中老船闸的右侧。进行总平面布置研究时，上游引航道受京沪铁路浍河大桥通航孔的制约，引航道口门区及连接段的中心线与河流主流流向之间的夹角较大，因此可能产生较恶劣的横流、回流等不良流态，对上游引航道内的航行安全极为不利。若横向流速分量和回流达到一定强度，超过规范要求，则易使船舶的航向发生改变，从而发生事故，影响通航。为消除通航安全隐患，使新船闸安全稳定运行，有必要对上游口门区的平面布置进行分析研究。

二、引航道进口流态研究概述

为综合利用水资源，国内很多水利枢纽均建有船闸，在船闸的总体布置中，船闸上游引航道与河道相连接的口门区及连接段是船舶安全航行中最需关键的路段，引航道口门区水流条件的好坏直接影响到船舶航行的安全。但上下游引航道、连接段和口门区轴线与河道主流间总存在一定的夹角α，使得引航道内水流流向与船舶的行进方向不一致，若夹角α较大，则作用于船舶侧面的横向流速就相应较大，对行船安全造成威胁。

航道与河流间的隔堤裹头处是动水与静水的交汇点，静水区水位局部壅高，在隔堤裹头下游的动水区则产生跌流漩涡，由此而产生的斜向流速对行船安全造成不利影响。如果隔堤设置不合理，河道水流对航道内流态的不利影响将更为显著，航道内的横流、回流和隔堤裹头处的斜向流速将对通过的船只造成巨大威胁。

当前，国内改善上游口门区水流条件的措施主要有优化隔堤裹头型式、隔流堤长度优化、堤身开孔引流、丁潜坝挑流、导流墙外扩开孔、设置导流墩等；国外改善上游口门区水流条件的措施主要有隔流堤堤头和堤身开孔、设置丁潜坝等。

本文结合固镇复线船闸实际情况，对隔堤裹头型式和隔流堤长度进行综合考虑，详细研究了引航道口门区平面布置对引航道内流态的影响。

三、各方案比较研究

因上游引航道受京沪铁路浍河大桥的制约，引航道口门区及连接段的中心线与河流主流流向之间的夹角较大且不能改变，故研究侧重于对隔堤裹头型式和隔流堤长度进行研究，同时进行了口门区右侧扩大开挖范围的效果分析。本研究共进行了四个方案的比较分析。

方案一：上游引航道为与京沪铁路浍河大桥航道相接，在浍河大桥下游157.9m处和上游引航道正常段间设半径为320m、转角为109°的弯道。并在右岸滩地开挖出长250m、宽40m的停泊区，停泊区右岸坡度为1∶2；引航道左侧为1∶4的边坡与河道右岸滩地相接，堤顶裹头位于0-780处，堤顶高程加高至18.20m，0-780以上为滩地原地形与引航道边坡顺接。

方案二：将上游引航道左侧隔堤堤顶裹头（高程为18.20m）由0-780上移20m至0-800处，0-800~0-920段隔堤为高程17.0m的平台，0-920~0-960段隔堤为一坡度约为1∶8的斜坡与航道底相接。为使停泊区与河道的连接更为平顺，水流进入口门区时的断面流速分布更为均匀，上游引航道右岸0-1120~0-1000段进行了切滩，最大切滩宽度约为20m，其余同方案一。

方案三：上游引航道左侧隔堤布置同方案二，上游引航道右侧布置同方案一。

方案四：上游引航道左侧隔堤堤顶裹头（高程为18.20m）下移至0-750处，0-750~0-860段隔堤为高程17.0m的平台，0-860~0-880段隔堤为一坡度约为1∶4的斜坡与航道底相接。上游引航道右侧布置同方案一。

为研究不同水位下引航道口门区的流态及流速分布，分别采用最高通航水位、排涝水位、正常蓄水位和最低通航水位对各方案进行了实验研究比较。实验发现，因京沪铁路浍河大桥至航道口门区河段右岸滩地较宽（约160m），且高程较高（16.0m~18.2m），该段主流位于河道左侧，有利于航道口门区的通航，降低了引航道轴线与河道主流间夹角较大的不利影响。在固镇节制闸的调节下，低水位时，口门区流速较小，满足规范要求；高水位时，右岸滩地的过流有利于口门区流速的减小。因此上游航道口门区的整体水流条件较好。

表1 各方案航道口门区最大横向流速

各工况下，各方案上游口门区的流态无本质区别，除方案一中0-900断面的个别点横向流速超出规范要求外，其余三个方案主要控制断面的横向流速和回流流速均在规范规定的范围之内。各方案上游引航道口门区各断面的横向流速见表1。

从表1可以看出，方案一上游口门区的最大横向流速达0.39m/s，超过了规范要求的0.30m/s，其余各处水流条件满足通航要求。

方案二通过在航道右侧扩大开挖范围，使河道主流略微右移，增大引航道侧河道的过流能力，使水流流速在0-1100和0-1000断面的分布更为均匀；通过抬高隔堤前端的高程，使航道内水流与河道水流的分流点适当向上游推移。实验表明，本方案能使各主要断面的流速流态满足规范要求。但航道内水流与河道水流的分流点向上游推移后，使得分流处更靠近水流主流，分流处的横向流速分量加大。另外，加高隔堤裹头处高程对河道行洪也不利。

方案三表明航道右侧开挖并不能减小0-900断面处水流流向与航道中心线间的夹角，无益于减小该断面航道口门区的横向流速，却增大了工程的开挖量。

方案四综合了以上3个方案中各项措施的优点，将航道左侧隔堤下移，使航道内水流与河道水流的分流点远离水流主流，在裹头前设一高程为17.0m的平台，减小高水位下裹头处斜向水流与航道中心线的夹角。该方案较好地满足了规范对引航道口门区流速流态的要求。本方案虽略微增加了工程开挖方量，但也减小了筑堤的长度，不仅通过远离水流主流、增加过流面积解决了0-900处的横向流速超标的问题，也改善了该处河道的行洪条件，避免了方案二在隔堤裹头前增加隔堤高程可能对河道行洪造成的不利影响。

本研究通过在隔堤裹头前设一长为110m、高程为17.0m的平台，有效协调了口门处低水位和高水位下对隔堤长度及裹头型式的要求。低水位时，口门处水流流速较小，隔堤适当前移不会增大堤头处的斜向流速，但能进一步改善引航道内的流态；高水位时，平台为潜坝，能让一部分水流通过平台表面，减小斜向流速与引航道中心线间的夹角，同时也能控制水流表面流速的横向分量不超过规范要求。

四、结语

固镇闸上游口门区航道与河道主流在0-1000附近开始分离，航道内开始有横流及回流。为减小引航道隔堤裹头处的横向流速分量，本研究分别采取了均匀口门区进口流速分布、优化隔堤长度和裹头型式等措施进行比较。研究表明，均匀口门区进口流速分布无益于航道口门区横向流速分量的降低，却增大了工程开挖量；增加隔堤长度使动、静水分流处更接近于水流主流，增大了裹头处各工况下的横向流速分量；减小隔堤长度能较全面地解决引航道口门区横向流速分量超标、河道行洪、工程开挖量间的矛盾；在隔堤裹头前设一高程为17.0m的平台能有效协调低水位和高水位下对隔堤长度及裹头型式的要求

安徽省水利水资源重点试验室·安徽省水利科学研究院233000 安徽省蚌埠市港航管理局233000）

（专栏编辑：周 权）