王昆

（安徽省蚌埠港航管理局，安徽 蚌埠 233000）

1 工程概述

沱澮河航道由河南省境內(nèi)沱河上段、安徽省境內(nèi)的澮河中下段及河南省境內(nèi)兩河連接線人工渠道大青溝組成，全長325.5 km。擬建的固鎮(zhèn)復(fù)線船閘是沱澮河航道梯級(jí)開發(fā)的重要組成部分，位于蚌埠市固鎮(zhèn)縣固鎮(zhèn)節(jié)制閘及老船閘南側(cè)，上距蘄縣閘38 km，下距五河閘65 km，為沱澮河航道自下而上第二個(gè)梯級(jí)通航建筑物。

現(xiàn)有固鎮(zhèn)老船閘緊鄰節(jié)制閘南側(cè)，建于1994年，為Ⅵ級(jí)，可通行100噸級(jí)船舶，閘室有效尺度為80m×8m×1.5m，設(shè)計(jì)年通過能力150萬t。根據(jù)《安徽省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃》，沱澮河航道李口集至入淮口段航道規(guī)劃等級(jí)為Ⅳ級(jí)，可常年通航500噸級(jí)船舶。本次擬建固鎮(zhèn)復(fù)線船閘為500噸級(jí)Ⅳ級(jí)船閘，閘室有效尺度為130m×18m×3.5 m，設(shè)計(jì)年通過能力750萬t。

受當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃影響，閘址只能選在固鎮(zhèn)樞紐中老船閘的右側(cè)。在總平面布置時(shí)，上游引航道受京滬鐵路澮河大橋的制約，引航道口門區(qū)及連接段的中心線與河流主流流向之間的夾角較大，產(chǎn)生的橫流、回流等對(duì)上游航道航行安全不利，擬建復(fù)線船閘通航條件將比現(xiàn)有船閘差，需通過模型試驗(yàn)對(duì)通航條件進(jìn)行驗(yàn)證。

2 設(shè)計(jì)水位

固鎮(zhèn)閘樞紐工程由老節(jié)制閘、新節(jié)制閘、新老船閘組成，設(shè)計(jì)水位資料見表1。

3 試驗(yàn)內(nèi)容、目的和要求

1）通過試驗(yàn)，揭示引航道口門區(qū)橫流流速及其變化規(guī)律，測(cè)定天然狀態(tài)下及設(shè)計(jì)狀態(tài)下，上、下游引航道口門的流態(tài)，包括縱向流速、水位等情況。

2）通過試驗(yàn)，對(duì)船閘口門區(qū)及引航道布置進(jìn)行論證，并對(duì)引航道口門角度、導(dǎo)堤、切灘等工程提出優(yōu)化方案，以滿足規(guī)范要求的口門流速標(biāo)準(zhǔn)。

3）試驗(yàn)執(zhí)行有關(guān)規(guī)范、規(guī)程[1-3]的規(guī)定。

表1 規(guī)劃及實(shí)際運(yùn)行水位流量資料

4 模型設(shè)計(jì)

4.1 模型比尺選定

根據(jù)SL155—95《水工（常規(guī)）模型試驗(yàn)規(guī)程》相似準(zhǔn)則2.0.3規(guī)定，水工模型試驗(yàn)在滿足重力相似的基礎(chǔ)上水工建筑物模型必須采用正態(tài)模型，因而本模型按正態(tài)模型設(shè)計(jì)，根據(jù)模型范圍相似條件、試驗(yàn)室的供水條件等綜合因素，選定模型比尺為Lr=80。

相應(yīng)的主要水力要素的比尺分別為：

模型水流進(jìn)入阻力平方區(qū)；模型表面流速大于23 cm/s，水深在3 cm以上。

4.2 模型范圍

上游引航道受京滬鐵路澮河大橋的制約，為保證模型中上引航道入口及下引航道出口水流流態(tài)與原型相似，模型模擬范圍應(yīng)包括京滬鐵路澮河大橋，因此主河道上游模擬至津浦鐵路澮河大橋以上220m，主河道下游模擬至彎道以下并預(yù)留足夠的水流穩(wěn)定段，全長4 km。橫向取至澮河大堤。整體模型平面布置詳見圖1。

圖1 固鎮(zhèn)復(fù)線船閘模型布置圖

4.3 水位測(cè)點(diǎn)及測(cè)流斷面布置

模型以節(jié)制閘公路中心線為0+000，以新節(jié)制閘中線為軸線。模型沿程布置了12個(gè)水位測(cè)點(diǎn)，分別在0-200（3個(gè)）、0-600（2個(gè)）、0-1 000、0-1 400、0+200、0+400、0+600（2個(gè)）、0+1 000。

為充分研究上下游引航道進(jìn)出口流速，在上游引航道進(jìn)口處布置了4個(gè)測(cè)流斷面，分別為0-800、0-900、0-1 000、0-1 100；在下游引航道出口處布置了3個(gè)測(cè)流斷面，分別為0+900、0+1 000、0+1 100。

5 原開挖方案試驗(yàn)成果

原開挖方案上游引航道為與京滬鐵路澮河大橋航道相接，在引航道入口處設(shè)半徑為320m，轉(zhuǎn)角為109°的彎道，并在右岸灘地開挖出長250m，寬40m的停泊區(qū)。下游引航道在出口處設(shè)半徑為320m，轉(zhuǎn)角為50°的彎道。

5.1 最高通航水位試驗(yàn)成果

5.1.1 設(shè)計(jì)最高通航水位試驗(yàn)成果

該工況控制閘上水位為18.54m，閘下水位為18.42 m，節(jié)制閘閘門全開，實(shí)測(cè)澮河來流量為1 347m3/s。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順，無不良流態(tài)，引航道0-900～0-800段出現(xiàn)一面積約為40m×120m的回流區(qū)，最大回流流速為-0.20m/s。

0-1100～0-1000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.56m/s，主流基本與航道方向一致。0-1 000斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.32m/s，因該處河道主流與航道航道中心線的夾角約為10°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為1.30m/s，垂直于航線的橫向流速為0.23 m/s，水流條件滿足通航要求。

0-900～0-800段河道主槽與引航道基本分開，引航道內(nèi)水流流速顯著降低，0-900斷面處引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.79m/s，因該處河道主流與航道航道中心線的夾角約30°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.68m/s，垂直于航線的橫向流速為0.39m/s，航道橫向流速超過規(guī)范要求。0-800斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速達(dá)0.41m/s，水流方向基本與航道方向一致，符合規(guī)范要求。

下游引航道出口在0+900～0+1 000段出現(xiàn)一面積約為30m×90m的回流區(qū)，最大回流流速為-0.10m/s，該段引航道與河道分離，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.29m/s，水流方向基本與航道方向一致，水流條件滿足通航要求。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.34m/s，水流方向基本與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。該處出現(xiàn)回流主要是由于主槽內(nèi)水流侵入航道所致，可結(jié)合工程施工盡可能將主槽與航道分隔開來。

由于新、老船閘相距較遠(yuǎn)，且兩船閘引航道有導(dǎo)堤分隔，對(duì)老船閘的通航條件無明顯影響。

5.1.2 實(shí)際最高通航水位試驗(yàn)成果

該工況澮河來流量為680m3/s，控制閘上水位為18.50 m，下水位為18.44m。節(jié)制閘閘門全開。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順，無不良流態(tài)。

0-1 100～0-1 000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.84m/s，主流基本與航道方向一致。0-1 000斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.70m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為10°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.69m/s，垂直于航線的橫向流速為0.12m/s，水流條件滿足通航要求。

0-900～0-800段河道主槽與引航道基本分開，0-900斷面處引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.37m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為30°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.32m/s，垂直于航線的橫向流速為0.18m/s，水流條件滿足規(guī)范要求。0-800斷面處，引航道范圍內(nèi)為死水區(qū)。

下游引航道出口在0+900-0+1 000段引航道與河道分離，引航道范圍內(nèi)為死水區(qū)。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.24m/s，水流方向基本與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。

5.2 排澇水位試驗(yàn)成果

該工況澮河來流量為1 015m3/s，控制閘上水位為17.37m，閘下水位為17.26m。節(jié)制閘閘門全開。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順，無不良流態(tài)。

0-1 100～0-1 000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.74m/s，主流基本與航道方向一致。0-1 000斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.35m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為10°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為1.33m/s，垂直于航線的橫向流速為0.23m/s，水流條件滿足通航要求。

0-900～0-800段河道主槽與引航道基本分開，0-900斷面處引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.52m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為30°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.45m/s，垂直于航線的橫向流速為0.26m/s，水流條件符合規(guī)范要求。0-800斷面處引航道范圍內(nèi)表面最大流速小于0.20m/s，符合規(guī)范要求。

下游引航道出口在0+900～0+1 000段引航道與河道分離，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.38m/s，水流方向基本與航道方向一致，水流條件滿足通航要求。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.70m/s，水流方向基本與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。

5.3 正常蓄水位試驗(yàn)成果

5.3.1 流量680m3/s

該工況澮河來流量為680m3/s，控制閘上水位為16.50 m，閘下水位為14.50m。節(jié)制閘閘門全開。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順：無不良流態(tài)。

0-1 100～0-1 000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.37m/s，主流基本與航道方向一致。0-1 000斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為1.06m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為10°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為1.04m/s，垂直于航線的橫向流速為0.18m/s，水流條件滿足通航要求。

0-900～0-800段河道主槽與引航道基本分開，0-900斷面處引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.50m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為30°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.43m/s，垂直于航線的橫向流速為0.25m/s，水流條件符合規(guī)范要求。0-800斷面處引航道范圍內(nèi)為死水區(qū)，水流條件符合規(guī)范要求。

下游引航道出口在0+900～0+1 000段引航道與河道分離，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.52m/s，水流方向基本與航道方向一致，水流條件滿足通航要求。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.96m/s，水流方向基本與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。

5.3.2 流量120m3/s

該工況澮河來流量為120m3/s，控制閘上水位為16.50 m，閘下水位為14.50m。節(jié)制閘老閘關(guān)閉，新閘開中間6孔，開度為0.50m。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順，無不良流態(tài)。

0-1 100～0-1000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.34m/s，主流基本與航道方向一致。0-1 000斷面處，引航道范圍內(nèi)表面最大流速為0.27m/s，因該處河道主流向與航道中心線的夾角約為10°，對(duì)應(yīng)平行于航線的縱向流速為0.27m/s，垂直于航線的橫向流速為0.05m/s，水流條件滿足通航要求。

0-900～0-800段河道主槽與引航道基本分開，引航道內(nèi)為死水區(qū)。

0+900～0+1 000段引航道與河道分離，航道內(nèi)為死水區(qū)，水流條件滿足通航要求。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，最大流速為0.43m/s，水流方向與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。

5.4 最低通航水位試驗(yàn)成果

該工況澮河來流量為100m/s，控制閘上水位為14.37 m，閘下水位為13.00m。節(jié)制閘老閘關(guān)閉，新閘開中間4孔，開度為0.60m。

該工況下，京滬鐵路澮河大橋至上游引航道入口段水流平順，無不良流態(tài)。

0-1100～0-1000段河道主槽與航道基本重合，0-1 100斷面處，引航道表面最大流速為0.37 m/s，0-1 000斷面處，引航道表面最大流速為0.22m/s，滿足規(guī)范要求。

0-900～0-800段河道主槽與航道基本分開，航道內(nèi)為死水區(qū)。

0+900～0+1 000段引航道與河道分離，航道內(nèi)為死水區(qū)，水流條件滿足通航要求。0+1 100斷面處引航道與河道匯合，最大流速為0.32m/s，水流方向與航道方向一致，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

1）引航道開挖曲線總體布置合理，上下游引航道內(nèi)均未出現(xiàn)較為惡劣的流態(tài)。

2）最高通航水位時(shí)，0-900～0-1 000段橫向流速在0.23～0.39m/s之間，該段局部區(qū)域橫向流速超出規(guī)范要求，可通過調(diào)整上引航道開挖線加以改善。下游0+900～0+1 000段航道范圍內(nèi)出現(xiàn)小范圍微弱回流，回流流速為-0.10 m/s，該處回流主要是由于河道主槽水流侵入航道所導(dǎo)致，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土方平衡優(yōu)化分流導(dǎo)堤予以改善。其余各處縱向流速、橫向流速、回流流速等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3）排澇水位時(shí)上下游引航道內(nèi)縱向流速、橫向流速、回流流速等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

4）正常蓄水位下，下泄流量按固鎮(zhèn)閘建成后歷史實(shí)際發(fā)生流量120m/s控制時(shí)，上下游引航道內(nèi)縱向流速、橫向流速、回流流速等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。為驗(yàn)證極端惡劣情況下新船閘建成后的通航效果，進(jìn)行了正常蓄水位下節(jié)制閘下泄流量為680m/s（歷史上通航水位范圍內(nèi)發(fā)生的最大流量）時(shí)的補(bǔ)充試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果偏安全，此時(shí)0-900～0-1 000段橫向流速在0.05～0.26m/s之間，滿足規(guī)范要求，其余各處縱向流速、橫向流速、回流流速等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

5）最低通航水位時(shí)上下游引航道內(nèi)縱向流速、橫向流速、回流流速等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

6）由于新、老船閘相距較遠(yuǎn)，且兩船閘引航道有導(dǎo)堤分隔，新船閘建成后對(duì)老船閘的通航條件無明顯影響。

[1] JTJ305—2001，船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] SL155—1995，水工（常規(guī)）模型試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] JTJ/T232—1995，內(nèi)河航道與港口水流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程[S].