裕溪闸枢纽优化研究

张波

（水利水资源安徽省重点实验室 安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

裕溪闸枢纽优化研究

张波

（水利水资源安徽省重点实验室 安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

裕溪节制闸除险加固工程是在老闸上游重建新闸，新老闸在闸底板高程、闸室总净宽等方面变化较大，致使枢纽泄流能力、上下游流态等方面也产生较大变化。老闸浅孔闸闸底板的撤除利用方式直接影响着新闸闸下的消能防冲条件和除险加固工程的工程量，为统筹协调各方面的要求需进行模型试验以对枢纽进行优化研究。

模型试验 泄流能力 消能防冲 流态比较

1 引言

裕溪闸水利枢纽位于安徽省巢湖流域裕溪河入长江口4km处，是无为大堤上的大型水利工程，与巢湖闸组成巢湖、裕溪河梯级水利枢纽。裕溪节制闸是裕溪闸枢纽的主要泄水建筑物，于1959年底开工，1967年5月节制闸建成放水，共24孔，其中西部浅孔16孔，东部深孔8孔（其中岸边一孔已改做鱼道）。深浅孔之间用10m宽的导流墩作为连接段，原设计过闸流量 1170m3/s，校核过闸流量为1400m3/s，为Ⅱ等大（2）型水闸。闸室为胸墙式宽顶堰型，浅孔闸底板高程5.0m，闸孔（高×宽）为6.0m×5.0m；深孔闸底板高程2.5m，闸孔为6.5m×5.0m。消能方式为底流式水跃消能、浆砌石海漫和防冲槽。

裕溪节制闸由于地质条件差，处理不充分，导致工程基础不稳，虽经多次加固，仍未根本消除险情。2011年12月14日，安徽省水利厅主持召开了裕溪节制闸工程安全鉴定审查会议，依据《水闸安全鉴定管理办法》和《水闸安全鉴定规定》（SL214-98），综合评定裕溪节制闸工程安全状况等级为三类。2012年2月经水利部大坝安全管理中心核查，评定为三类闸。须进行除险加固工程建设。

2 工程设计

裕溪节制闸布置于主河槽内，由闸室、两岸连接建筑物、防渗排水设施、消能防冲设施、上下游导流堤及公路桥、鱼道等建筑物组成。移址后水闸位于老闸上游侧，新闸中心距老深孔闸中心52m，老闸在新闸建成后拆除，于老闸公路桥位置新建公路桥一座，连接两岸交通。鱼道仍布置于水闸右岸，靠边布置，出口利用水闸右岸空箱布置。

水闸为胸墙式宽顶堰型，钢筋混凝土结构，共14孔，单孔净宽8m，总净宽112m。水闸底槛高程为3.0m，胸墙底高程10.0m，闸顶高程14.5m，闸室顺水流方向长18m，闸室总宽度为134.4m。

闸室采用整体式底板结构，两孔一联的筏式基础，闸墩间分缝。闸墩为实体结构，中墩厚1.2m，缝墩厚1.0m。

正向消能设施采用挖深式底流消能型式，池深1.0m，池顶高程2.0m，末端槛顶高程3.0m，池底与闸底槛间以1∶4的斜坡护坦连接。消力池总长25m，为便于与老闸底板利用部分连接，池长取35m。消力池平面扩散角4.12°，末端宽度136.4m。

由于水闸有引江水进入巢湖的功能，引水时上游水深大，因此在上游侧只需设置护坦。护坦长20m。

由于新建闸室位于老闸上游海漫后河底上，为减少工程投资，采取对原老闸设施尽可能利用的原则对老闸进行拆除。

裕溪闸枢纽部分设计参数见表1。

与老闸相比，新裕溪闸闸室总净宽由120m变为112m；闸底板高程由浅孔闸5.0m，深孔闸2.5m，统一变为3.0m。此外，新闸建成后，水闸距老航道上游口门区更近，闸前水流对航道口门区的水流条件影响更大；老闸浅孔闸闸底板的撤除利用方式对新闸的消能防冲条件影响巨大，也直接影响着除险加固工程量的大小。

3 模型设计

此次研究拟分别同时制作整体模型和断面模型。整体模型主要研究新闸泄流能力、上下游流态。为使模型进出流流态与原型相似，整体模型模拟范围为闸上下游600m范围内的地形。按正态模型设计，根据模型范围相似条件，选定模型比尺为Lr=80。

断面模型主要研究老闸浅孔闸闸底板的撤除利用方式对新闸下游消能防冲条件的影响。断面模型取一联2孔进行试验，包括左右两侧缝墩，中间一个中墩，总宽19.2m，模型比尺为1∶32。

表1 裕溪节制闸部分设计参数表

4 方案研究

4.1方案简介

原设计方案：水闸胸墙底高程为10.0m，闸孔高为7.0m，老浅孔闸闸址处开挖至高程2.5m。

修改方案一：水闸胸墙抬高1.0m，抬高后，闸孔高为8.0m；消力池后老浅孔闸闸址处保持现状5.0m不变，深孔闸闸址处保持2.5m不变，中间垂直相接。其余与原设计方案相同。

修改方案二：修改方案二将水闸胸墙抬高0.5m，抬高后，闸孔高7.5m。其余与修改方案一相同。

修改方案三：将老闸浅孔闸闸底板开挖至3.0m高程，与消力坎高程保持一致；浅孔闸闸址处保持2.5m高程不变，深浅孔闸之间以1∶1的斜坡相连；老浅孔闸左侧以1∶2的斜坡做贴角，贴角顶高程为4.5m。其余与修改方案二相同。

4.2泄流能力研究

经试验，原设计方案在设计50年一遇和校核100一遇洪水时，水闸泄流能力不满足设计要求；修改方案一将胸墙抬高1m，但保持老闸闸底板不变，泄流能力基本满足设计要求；修改方案二在修改方案一的基础上减小胸墙抬高高度0.5m，水闸仅在校核100年一遇洪水时的泄流能力不满足设计要求；修改方案三在修改方案二的基础上将老浅孔闸闸址处降为3.0m高程，水闸仅在100年一遇洪水时，过闸落差超过设计值0.005m，且当上下游水位为设计值时，过闸流量为1435m3/s，与设计值1475m3/s相差2.71%，小于水工模型试验的流量允许误差5%；故认为修改方案三泄流能力满足要求。裕溪闸各方案各工况下过闸落差见表2。

4.3流态比较

各方案流态基本相似。各方案各工况下上游左侧老航道范围内均有一较大的回流区，但回流区回流流速较小。上游右侧有一回流区，回流范围基本局限于滩地。闸前水流均匀，无偏流。闸后水流出流均匀，无偏流。下游航道口门区无明显不良流态。

修改方案二恶劣放水工况下，受老闸闸址处原深浅孔闸闸底板高程不一致影响，下游河道内出现偏流，0+200断面处，水流偏向右侧原深孔闸，至0+400断面，水流又偏向左侧。

修改方案三恶劣放水工况下，老闸浅孔闸左侧贴角上游有小范围回流，对节制闸泄流能力的影响很小；坡度为1∶2，贴角顶高程在4.0～5.0m之间变化时，流态无明显改变。

表2 裕溪闸新闸各工况下过闸落差

4.4消能防冲

闸下消能防冲试验主要在断面模型上进行，采用上下游水位落差最大的恶劣放水工况来进行研究。试验控制流量为85.71m3/s，下游长江侧水位为3.5m，上游巢湖侧水位为8.5m。

闸下对消能防冲条件影响最大的因素为老闸浅孔闸闸底板的撤除利用方式。当浅孔闸闸址处保持5.0m不变时，水闸恶劣放水时消力池内的消能效果很好，但老闸消力坎后的水面衔接不畅，形成下跌，对该处河床形成冲刷。当浅孔闸闸址处开挖至3.0m时，水跃完全发生在消力池内，消力池消能效果良好。

修改方案二下泄水流在老闸消力坎后形成下跌，防冲槽底部最大流速达2.64m/s。修改方案三下泄水流在老闸消力坎后也形成下跌，防冲槽底部最大流速达2.14m/s，为防止冲刷，应结合实际情况进行适当防护。

5 结论

原设计方案和修改方案一的泄流能力不满足设计要求，修改方案二的泄流能力基本满足设计要求，修改方案三的泄流能力满足设计要求。

各方案各工况上下游流态均较好，但修改方案二恶劣放水工况下，下游河道出现偏流。

老闸浅孔闸闸址处保持5.0m不变时，新闸消力池消能效果很好，但水流在老闸消力坎后形成下跌。老闸浅孔闸闸址处开挖至3.0m时，水跃发生在消力池内，消力池消能效果良好■