布置方案实验结果和分析

1.工程布置

临淮岗工程原布置枢纽建筑物较多,包括主坝(约8.0km 长,最大坝高19m)、南北副坝(约69km 长,最大坝高11m)、老浅孔闸(49孔,单孔净宽10m)、老深孔闸 (10孔,单孔5m×6.5m)、新建深孔闸 (初拟12孔,单孔5m×6.5m)、新建姜唐湖进洪闸(初拟14孔,单孔净宽12m)、老船闸(初拟改建成500t级)以及上下游引河(长约14km,底宽160m,边坡1∶4)。

枢纽工程规划参数如表1-1所示。

原浅孔闸布置在临淮岗引河左侧滩地上,加固后仍为49孔,每孔净宽9.8m,闸室总宽566.6m,闸底板高程20.50m。原深孔闸、新建深孔闸、原船闸布置在临淮岗引河上。原深孔闸加固后仍为10孔,单孔尺寸4.5m×6m,闸底板高程15.15m。新建深孔闸为12孔,单孔尺寸5m×6.5m,闸底板高程14.90m。原船闸加固改建后为Ⅳ级(500t级)船闸,上下闸首净宽12m,闸坎高程14.90m,上下闸首及闸室总长215m。两深孔闸、浅孔闸工程规划参数见表1-2,船闸工程规划参数见表1-3。

表1-1　枢纽工程规划参数表

表1-2　两深孔闸、浅孔闸工程规划参数表

表1-3　船闸工程规划参数表

2.河道平槽泄水

河道平槽泄水工况,设计闸上水位21.23m,闸下水位20.66m,两深孔闸全开,浅孔闸关闭。各闸规划水位与实测水位如表1-4所示。设计落差0.57m,实测两深孔闸过闸落差0.15m,泄量满足设计要求且有富余。新、老深孔闸分流比如表1-5所示。两深孔闸前进流平顺,闸下游扩散较均。闸下两侧翼墙下游有小范围微弱回流。老深孔闸下游大墩尾部有小范围回流。下引航道出口与城西湖退水闸下引渠出口交汇处存在回流,回流流速0.15～0.20m/s,对通航有不利影响。

两深孔涵洞中水流流态为无压明流。当水位上升,涵洞中会出现明满流过渡状态。

3.河道滩槽泄水与河道设计洪水

对于河道滩槽泄水试验工况,浅孔闸泄量为4203m3/s,分流比为84.06%;新、老深孔闸泄量分别为455 m3/s和342 m3/s,分流比分别为9.10%和6.84%。

对于河道设计洪水工况,浅孔闸泄量为5959 m3/s,分流比为85.13%;新、老深孔闸泄量分别为595 m3/s和446 m3/s,分流比分别为8.50%和6.37%。

表1-4　敞泄工况水位、落差比较表

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表1-5　敞泄工况分流比

表1-6　敞泄工况分流比

由表1-6可以看出,三闸联合敞泄,浅孔闸分流比大于84%,且分流比随水位和枢纽泄量的增大而增大,而两深孔闸分流比则相应减小。

形成这种变化规律的主要原因是:浅孔闸为宽顶堰泄流,而深孔闸实际上是淹没孔流,两者水力特性不同。

由于引河走向偏右,在右岸转弯处形成大范围缓慢回流区。引河来流不能全部由两深孔闸下泄,部分水流偏向左侧浅孔闸,由浅孔闸下泄,从而造成深孔闸前壅水,并产生横向流速,横向流速大小与引河纵向流速相差不大。两深孔闸前存在大范围回流区,水流紊乱,增大了深孔闸过闸落差,影响深孔闸泄流。

两深孔闸下游翼墙两侧均产生回流,流态较紊乱。

枢纽闸上、闸下产生横比降和横向流速,深孔闸上、闸下产生大范围回流,初步分析,有以下几个方面的原因:

(1)从枢纽总体布置上看,引河主槽偏右,深孔闸泄量小,浅孔闸泄量大,引河来水不能全部由深孔闸下泄,部分水流在深孔闸前向左转弯,由浅孔闸下泄,必然产生横向落差和横向流速。

(2)从深、浅孔闸泄流特性上看,两深孔闸为涵洞式淹没出流,而浅孔闸为开敞宽顶堰式泄流。过流时前者闸前有局部壅水现象,而开敞式闸前产生降水曲线。壅水与降水水位有落差,必然产生横向落差。

综合分析,要改善整个枢纽和各闸局部流态,应从上述几个方面以及各建筑物局部布置着手进行比较、修改。

4.100年一遇设计洪水

对于100年一遇设计洪水,枢纽采用控泄方式运行。试验控泄原则是:三闸消能、防冲负担基本均衡。控制闸下平均水位为26.75m,老深孔闸闸上水位为28.41m。两深孔闸控泄,开度均为e=3.0m;浅孔闸从左到右第2n+1孔(n=0～10、14～24)开度e=2.0m,其余各孔开度e=2.5m。100年一遇设计洪水水位、流量比较表见表1-7。

表1-7　100年一遇设计洪水水位、流量比较表

对比表1-3、表1-7可知,由于闸门的调节作用,闸上、闸下水位横向落差均降至0.03m,横向流速也较河道滩槽泄水工况降低,对应测点平均降低0.20m/s左右。经比较分析,各闸闸下消能防冲能满足设计要求。