优化岗船闸方案试验：改善河道布置，提升通航标准

1.工程布置

优化方案将原10孔深孔闸拆除,在此位置新建临淮岗船闸,并在其左岸新建开敞式深孔闸。新建深孔闸与临淮岗浅孔闸中心距约746m,与主坝正交。现有船闸加固后作为城西湖与淮河之间通航使用,并新建封闭堤封堵上游老河道。工程总体布置详见图1-1。

临淮岗上引河在新深孔闸前496m 处开始转弯,转弯半径为3000m,转角为10.5°。转弯后河线为直线,河底宽160m,边坡1∶4,在新深孔闸闸前约1858m 处与临淮岗船闸上引航道相交(上引航道右坡脚与上引河右坡脚的交点)。在上引河右侧排涝站上游滩地设置了一面积约40万m2的冲填区,设计冲填至24m 高程。

临淮岗船闸下闸首位于主坝,上闸首、闸室布置在上游老河道上,按Ⅳ级通航标准兴建。闸室净宽12m,长130m,闸坎高程14.9m。临淮岗船闸上游导堤长约400m,船闸上游引航道除利用闸上现有的一段引河外,在距上闸首约480m 处向上新挖约880m 引航道与临淮岗上引河相连,引航道采用直线与曲线段结合方式布置。船闸下引航道基本利用现有临淮岗下引河,下引航道两侧布置导航堤,左岸新建400m 导航堤,右侧利用已有老船闸的导航堤。

2.河道平槽泄水工况

(1)泄流能力。

河道平槽泄水时,水流仅通过深孔闸敞泄。控制闸下水位为20.66m,设计流量为1090m3/s,此时闸上水位为20.81m,过闸落差为15cm,引河口水位为20.96m,泄流能力满足设计要求。本方案初步试验敞泄各工况落差及深、浅孔闸分流比的实测值详见表1-6、表1-7。

(2)深孔闸及上、下游引河流态。

除深孔闸的上翼墙顶与临淮岗船闸的左导堤堤顶之间的三角形区域存在着微弱回流,最大回流流速达-0.20m/s外,上引河至深孔闸闸前流速分布基本均匀,0-150处最大垂线平均流速为0.99m/s。

除闸室后至0+150段两侧边坡有微弱回流外,主河槽内流速分布较为均匀,0+150处最大垂线平均流速为1.45m/s,虽较原布置方案稍有增大,但仍小于闸下允许流速V′=1.50m/s,闸下消能防冲满足要求。

(3)临淮岗船闸、城西湖船闸引航道流态。

临淮岗船闸上引航道进口(1-300附近)存在着有较大危害的回流,回流范围占据了引航道的2/3,最大回流流速为-0.35m/s,已超过Ⅳ级航道回流流速不大于-0.30m/s的要求。

在临淮岗船闸上引航道现有左导堤的堤顶上游,存在着一段低洼地带,导致临淮岗船闸上引航道内有一股水流绕过深孔闸右导堤流入深孔闸,使得上引航道在该导堤堤顶附近出现达0.58m/s的横向流速,对通航非常不利。

临淮岗船闸与城西湖船闸的下引航道及城西湖退水闸前的大片区域为死水区,死水区与深孔闸主流的分界线在临淮岗船闸下游左导堤的延长线上。

3.河道滩槽泄水

(1)泄流能力。

河道滩槽泄水时,由深孔闸与浅孔闸共同承担,均为敞泄。此时,控制闸下水位为25.51m,过闸泄量为5000m3/s,实测闸上水位为25.58m,过闸落差为7cm,上引河口水位为25.63m,泄流能力满足要求。

深孔闸过流量为1682m3/s,所占分流比为33.65%;浅孔闸过流量为3318m3/s,所占分流比为66.35%。

(2)浅孔闸流态。

浅孔闸上、下游流态良好,深、浅孔闸闸上水流在0-500处开始分离,在闸下0+500处又开始汇合,由于该工况浅孔闸过流量较可行性研究方案减少了18.7%,因而浅孔闸闸上0-090.7处最大垂线平均流速为1.15m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为0.88m/s,均小于原布置方案的相应断面最大垂线平均流速,运行更安全。

(3)深孔闸及上下引河流态。

由于引河主槽更加顺直,且深孔闸所占的分流比由原布置方案的15.94%增大至33.65%,因而上引河及闸上流态较原布置方案有很大改善。闸前横比降由原方案的5cm 减为2cm,闸下横比降不变。深孔闸上左导堤与浅孔闸右导堤之间的最大横向流速也由原来的0.77m/s减至0.53m/s;闸下深孔闸与浅孔闸右导堤之间出现小范围的微弱回流区,回流流速为-0.20m/s。

深孔闸闸上左导墙进流平顺,0-50～0-150段右侧边坡及深孔闸与临淮岗船闸的隔堤边坡存在着流速约-0.15m/s的微弱回流,闸室后至0+150段两侧边坡存在着微弱回流,0+200～0+400段右侧边坡也存在微弱回流。除此之外,深孔闸上、下游流态良好,闸上0-150处最大垂线平均流速为0.85m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为1.36m/s,均小于各自抗冲流速值1.74 m/s和1.70m/s。

(4)临淮岗船闸、城西湖船闸和引航道流态。

由于临淮岗船闸上引航道进口段中心线与上引河中心线交角约30°,该工况时引航道进口处主流流线基本平行于上引河中心线,在进口段开始约400m 范围内,主流流速最大达0.45m/s,相应的横向流速达0.225m/s,其后的上引航道流态较平顺。

城西湖船闸、临淮岗船闸下引航道内流态较平顺,在两船闸下引航道交汇处存在微弱回流区,回流流速在-0.15～-0.25m/s之间,回流区未波及临淮岗船闸下引航道。(www.xing528.com)

4.河道设计洪水

(1)泄流能力。

河道设计洪水时,由深孔闸与浅孔闸共同承担,均为敞泄,控制闸下水位为26.70m,过闸泄量为7000 m3/s,实测闸上水位为26.81m,过闸落差为11cm,上引河口水位为26.85m,泄流能力满足要求。

此时深孔闸流量为2151m3/s,所占分流比为30.73%;浅孔闸过流量为4849m3/s,所占分流比为69.27%。

(2)浅孔闸流态。

除浅孔闸右导堤与深孔闸左导堤之间存在着小范围的横向流动之外,浅孔闸进出流较为平顺。由于浅孔闸分流比减小,在浅孔闸闸上、闸下各断面最大垂线平均流速值也相应减小,0-150断面处最大垂线平均流速为1.49m/s,0+150断面处最大垂线平均流速为1.12m/s。

(3)深孔闸上、下引河流态。

本方案闸上横比降由原布置的8cm 降为2cm,闸下横比降不变。闸上深孔闸左导堤与浅孔闸右导堤之间最大横向流速也由原来的0.89m/s减为0.78m/s,闸下深孔闸左导堤与浅孔闸右导堤之间回流区范围及强度同原布置方案相差不大。

深孔闸闸上左侧进流平顺,右侧0-050～0-600段深孔闸与临淮岗船闸的隔堤边坡存在微弱回流,深孔闸闸后至0+150段左、右侧边坡、0+150～0+350段右侧边坡存在微弱回流。除此之外,深孔闸闸址附近各处流态良好。闸上0-150处最大垂线平均流速为0.96m/s;闸下0+150处最大垂线平均流速为1.49m/s,均小于各自的抗冲流速1.75m/s和1.74m/s,深孔闸上下游消能防冲满足要求。

(4)临淮岗船闸、城西湖船闸引航道流态。

该工况临淮岗船闸上引航道进口长约700m 段存在着较大的横向流速,其中进口处主流流速达0.95m/s,相对的引航道的横向流速为0.48m/s。进口向下700m 处横向流速仍可达0.20m/s,横向流速的区域达临淮岗上引航道长度的一半,峰值较大,通航条件较差。

城西湖船闸与临淮岗船闸下引航道内流态较平顺,在两船闸下引航道交汇处存在着弱回流区,回流流速在-0.15～-0.30m/s之间,其中-0.30m/s出现在城西湖退水闸淮河侧引河右侧坡脚 (面向淮河),此处较大的回流对两船闸通航不会产生影响。

5.100年一遇洪水

该工况闸上水位为28.41m,闸下水位为26.75m,控制深、浅孔闸总泄量为5481m3/s。各组试验结果分述如下。

(1)深孔闸单独泄洪。

浅孔闸关闭,深孔闸闸门齐开9.2m 即可满足泄量要求。此时闸上来流主流偏左,0-150处左侧垂线平均流速为1.96m/s,右侧仅为1m/s,来流不平顺,闸下0+150处最大垂线平均流速已达3.77m/s,已远远超出此时闸下抗冲流速的极限值V′=1.74m/s,不能采用该种开启方式。

(2)浅孔闸单独泄洪。

深孔闸关闭,浅孔闸齐开2.8m,即可满足泄量要求。此时浅孔闸闸上主流偏右,0-90.8处右侧最大垂线平均流速可达1.24m/s,而左侧垂线平均流速仅为0.86m/s,来流较不平顺。由于是控泄,闸下流态较好,0+150处最大垂线平均流速为1.19m/s。

单开浅孔闸,闸上、闸下最大垂线平均流速均小于河床抗冲流速1.59m/s和1.51m/s,说明采用该种开启方式时不会出现冲刷破坏,但由于闸上来流不平顺,也不宜采用。

(3)深、浅孔闸联合泄洪。

1)深孔闸齐开2.3m,浅孔闸齐开2.5m,总泄量为5481m3/s。该工况深孔闸泄量为1413m3/s,占总泄量的25.8%,浅孔闸泄量为4068m3/s,占总泄量的74.2%。

浅孔闸与深孔闸上游导堤之间存在着横向流动,横向流速最大为0.57m/s,两闸下游导堤之间自坝轴线至0+500段存在弱回流区。除此之外,深、浅孔闸上下游流态较好,浅孔闸闸上0-090.8处最大垂线平均流速为1.12m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为1.04m/s;深孔闸闸上0-150处最大垂线平均流速为0.45m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为0.94m/s,均小于相应的抗冲流速值。

该工况临淮岗船闸及城西湖船闸均不通航,因而对两船闸的引航道进出口处存在小范围回流不予考虑。

2)在断面模型中,进行了深孔闸闸门安全开度的试验,断面模型试验提供的深孔闸安全开度的极限值为5.5m,但该开度时水跃冲出消力池后5m。局部整体试验选用深孔闸齐开4.0m,此时从局部整体模型上可以看出水跃已被控制在消力池内,且闸下消能防冲能满足设计要求。

试验中将浅孔闸齐开2.15m,使两闸总泄量为5481m3/s。此时深孔闸过流量为1951m3/s,占总泄量的34.94%;浅孔闸过流量为3530m3/s,占总泄量的65.06%。

深、浅孔闸上游导堤之间的横向流动仍然存在,流速略有降低,两闸下游导堤之间的回流区仍存在。除此之外,深、浅孔闸上、下游流态均较好。浅孔闸闸上0-150处最大垂线平均流速为0.64m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为0.79m/s;深孔闸闸上0-150处最大垂线平均流速为0.74m/s,闸下0+150处最大垂线平均流速为1.52m/s,均小于相应的河床抗冲流速值,可安全运行。