澛港闸枢纽主要水力学问题研究

张波

（水利水资源安徽省重点实验室安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院蚌埠233000）

澛港闸枢纽主要水力学问题研究

张波

（水利水资源安徽省重点实验室安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院蚌埠233000）

澛港闸枢纽是青弋江分洪道工程的入江枢纽，包括水闸、船闸、鱼道等建筑。澛港闸枢纽工程主要水力学问题包括水闸水力学、通航水力学和闸门调度运用等。针对原布置方案时闸下水跃冲出消力池，航道上下游口门区局部水流条件不满足规范要求的问题，试验均给出了解决方案，并被采纳。试验优化了枢纽平面布置，为枢纽的安全、正常运行提供了数据支持。

模型试验流态消能防冲通航条件调度运用

1 引言

水阳江、青弋江、漳河流域位于长江下游右岸，地跨江苏、安徽两省，流域面积1.88万平方千米。流域地处华东腹地，经济较发达，但因泄洪不畅、防洪工程标准低等原因，流域洪涝灾害频繁。自20世纪90年代以来，该流域多次发生较大洪水，致使人民生命财产蒙受很大损失，影响了当地经济社会发展。

青弋江分洪道工程位于芜湖市境内，是水阳江、青弋江、漳河流域防洪治理总布局中的重要骨干工程。该工程能显著降低流域下游地区洪水位，提高流域下游地区的防洪标准，同时可结合水阳江下游近期防洪治理工程大大改善水阳江中游地区的防洪形势，减轻水阳江下游近期防洪治理工程对下游地区的不利影响，对于流域整体防洪形势的改善有着十分重要的意义，防洪减灾效益显著。

澛港闸枢纽工程位于安徽省芜湖市漳河入江河口，是青弋江分洪道工程的入江枢纽。为对澛港闸枢纽主要水力学问题进行研究，须进行模型试验。

2 工程简介

澛港闸枢纽工程布置自左岸至右岸依次为左岸连接段（含鱼道）、14孔泄水闸、船闸和右岸连接段。枢纽轴线总长394.1m，其中，左岸连接段（含鱼道）宽89.2m，泄水闸宽203.0m，船闸宽35.0m，右岸连接段宽66.9m。

泄水闸采用开敞式平底闸型式，闸孔总净宽为168.0m。

澛港闸枢纽布置见图1，澛港闸敞泄试验工况见表1。

表1 澛港闸敞泄试验工况表

3 模型设计

整体模型采用正态模型，模型比尺为Lr=80，模型上游模拟至澛港闸上游弯道以上，约2.0km，横向模拟至大堤；下游模拟至澛港闸下游约1.1km,横向模拟宽度约1.5km，模型模拟范围约为3.1km×1.5km（长×宽）。

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29.0m，模型比尺选定为1∶36.25。

4 水闸水力学研究

水闸主要有控泄和敞泄两种运用方式，敞泄时，14孔水闸全部开启，主要在洪水期运用。

枯水期水闸主要为控泄，控泄运行调度原则：保持闸上游水位7.50m，根据上游来流量及对应下游水位逐级间隔开启闸门，闸门开度分别为0.30m，1.00m，1.50m，2.00m，2.50m…全开，闸门关闭程序相反；在满足过流能力的条件下，尽量增加闸孔开启数量，减少闸门开度。

设计洪水时，水闸敞泄，控制流量为3600.00m3/s，下游水位为8.24m。实测上游水位为8.368m，过闸落差为0.128m。

该工况0-600以上水流均匀，主流基本沿河槽下泄。航道与主流间隔流墙的墙头处河道侧出现一约100.0m× 30.0m的回流区。除此外，闸上游水流平稳，无明显不良流态。上游防冲槽底部最大流速为1.58m/s。过闸水流下泄均匀，无明显偏流。闸下游左侧滩地0+160以上有一约140.0m×50.0m的回流区，未影响闸出流。下游防冲槽底部最大流速为1.57m/s。水闸下游0+200断面右侧流速大于左侧流速，有利于外龙窝湖血防工程堤脚区域的防冲。

其他敞泄工况枢纽上下游流态与设计洪水相似。

控泄时，控制上游水位为7.50m，下游水位为0.50m，闸门开度e=0.30m，断面模型实测流量为68.69m3/s。

该工况上游水流平稳，上游防冲槽底部最大流速为0.42m/s；闸下水跃超出消力池范围，消力池后水流平稳，为使水跃完全发生在消力池范围内，加长消力池10m后，水跃完全发生在消力池范围内。

5 通航水力学研究

敞泄工况下，上下游航道口门区局部的横向流速超过规范要求的0.30m/s，而回流流速及平行于航线的纵向流速未超过规范要求。

控泄工况下，上游航道口门区内的流态较好，横向流速、纵向流速和回流流速均未超过规范要求；当下泄流量大于等于460m3/s时，下游航道口门区局部的横向流速超过规范要求的0.30m/s；当流量小于等于360m3/s时，口门区横向流速满足规范要求；回流流速及平行于航线的纵向流速未超过规范要求。

上游航道口门区水流横向流速超过规范要求是因水流受航道与主河道间隔墙的阻挡而形成；下游航道口门区横向流速超过规范要求是因口门区隔墙裹头处河道宽约130.0m，比水闸净宽小约40.0m，过流断面的减小使下游口门区的流速增大，且水流主流与航道中心线间的夹角较大，达约30°。

受实际地形影响，上下游航道口门区的水流条件较难通过枢纽平面布置的优化而得到根本改善。澛港闸上游水库为季节性壅水、平原河槽性水库，敞泄泄洪的时间较少，故建议管理单位根据实际情况优化水闸的调度运用，船只通行时，引导船只靠右行驶，远离航道间隔墙裹头，在水闸敞泄和下泄流量大于等于460m3/s时禁止通航，并在航道口门区设置警示标志，以保证航行安全。

图1 澛港闸枢纽平面布置示意图

6 控泄运行调度方式研究

选取合理的闸门开启或关闭方式，可使闸下水流对建筑物及河道可能造成的冲刷影响降到最低。由于始流工况是闸门最初开启工况，且过闸落差较大，能较好反映不同组合闸孔开启时的闸下水流流态差异，故选取始流工况进行闸门管理运用试验。

试验以2孔为一组，按照均匀、对称的开启原则，依次开启2孔、4孔、6孔、8孔、10孔、12孔、14孔。通过对比分析闸下水流流态，确定最理想的开启顺序。实际运用时的闸门开度级差由设计院根据操作难易程度及开启历时等因素综合考虑。因上游蓄水位较高，在下游水位较低时，建议第一轮开启时开度不超过0.3m，以后按照下游水位的上涨情况及上游来流量来合理确定下一轮的开启高度。

第一轮开启1#孔和14#孔（闸孔从左至右分别编号为1#～14#）时，消力池内流态良好；开启2#孔和13#孔时，下泄水流在消力池翼墙处形成强度较大的回流，该处回流可能掏刷翼墙基础；开启3#孔和12#孔时，翼墙处的回流强度进一步增大；其余开启方式以此类推。故第一轮开启最优开启方式为开启1#孔和14#孔。

经试验，后续的最优闸门开启顺序依次为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 结论

（1）水闸泄流能力满足设计要求。

（2）水闸敞泄时，枢纽上下游流态基本一致，总体良好。闸下左侧有一局部回流，回流流速较小，对过闸水流流态及流量影响很小。水闸下游0+200断面右侧流速大于左侧流速，有利于外龙窝湖血防工程堤脚区域的防冲。

（3）原布置方案始流工况时，闸下水跃已冲出消力池。修改方案将消力池加长10.0m，水跃完全发生在消力池内，消力池消能效果良好。

（4）外龙窝湖血防工程堤脚区域在敞泄、控泄工况下的流速均小于相应的河道不冲流速，堤脚区域发生冲刷的可能性很小。外龙窝湖血防工程堤顶在控泄时不过水；敞泄时，除P=20%时最大流速与不冲流速接近外，其余工况下的最大流速均大于该处相应的不冲流速；敞泄时，外龙窝湖血防工程堤顶可能会发生冲刷。建议加强护砌。

（5）敞泄工况P=33.3%和P=20%时，水闸上下游防冲槽流速均小于相应的河道不冲流速；P=10%、设计洪水和校核洪水下，水闸上下游防冲槽流速略大于河道不冲流速。控泄工况时，水闸上下游防冲槽流速均小于相应的河道不冲流速。水闸上下游防冲槽在P=10%、设计洪水和校核洪水会发生一定的冲刷，但发生的几率较小，建议设计单位可在条件允许时适当降低防冲槽高程■