合裕航道主要船闸扩建工程枢纽布置优化研究

吴学中 王久晟 黄祚继

（1.安徽省巢湖管理局裕溪闸管理处 巢湖 238312 2.水利水资源安徽省重点实验室 蚌埠 233000 3.安徽省水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

合裕航道主要船闸扩建工程枢纽布置优化研究

吴学中1王久晟2，3黄祚继2，3

（1.安徽省巢湖管理局裕溪闸管理处 巢湖 238312 2.水利水资源安徽省重点实验室 蚌埠 233000 3.安徽省水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

裕溪河是巢湖与长江通航的主要通道，为打造安徽省水上高速公路，扩大合肥的入江通道，需对巢湖船闸、裕溪船闸进行扩建，均新建了复线船闸。为保证通航安全，船闸设计规范对船闸上下游引航道内的水流条件提出了很高的要求，而船闸通航常常受到泄洪建筑物运行的影响，通航条件恶化。因而常常通过试验优化泄洪建筑物与船闸所组成的枢纽的平面布置。

复线 船闸 枢纽 布置 优化

1 工程原貌与扩建方案

1.1 巢湖闸水利枢纽工程

巢湖是我国五大淡水湖之一，巢湖闸枢纽工程位于巢湖市南郊司家巷坡附近，主要工程于20世纪60年代初期建成，由节制闸、船闸、引河及导流堤等组成，具有防洪、排洪、蓄水、引水灌溉及通航多种功能。巢湖闸引河上连巢湖，下接原裕溪河，基本呈直线布置，河轴线自北向南偏西约30°，2002年加固扩建后，河底宽100m。节制闸布置在引河的左侧，老节制闸共10孔，每孔净宽5m，底坎高程4.0m，为满足排洪要求，于2002年进行了扩建，扩建闸闸室为潜孔式，单孔净宽5.0m，共6孔，高7.5m，底坎高程4.0m，节制闸总设计流量1370m3/s。

老船闸位于引河的右侧，与节制闸平行布置，两闸中心距约128m，老船闸设计采用原苏联三级标准，闸室长195.0m，净宽15.00m，底坎高程3.5m。上下闸首均为钢筋混凝土结构。闸门均采用横拉门，齿条式启闭机。由于原船闸设计标准低，通航能力不足，已不适应现在航运发展的需要，制约了地方经济的发展，因此在原枢纽附近建设复线船闸是必要的。

新建复线船闸航道等级为Ⅲ级，设计最大船舶吨级为1000t级，闸室尺度为230m×23m×4.5m（长×宽×门槛水深）。根据现状地形地质条件，复线船闸建于老船闸右侧，下闸首位于拦河堤上，参与防洪。新、老船闸中心相距80m（以现有船闸下闸首部位算），闸纵轴线相对于现有船闸轴线向南偏3°。复线船闸纵向布置长度：上、下闸首30.5m（包括检修门槽）、闸室段230m，上下游导航墙各为60m。

1.2 裕溪闸水利枢纽工程

裕溪闸水利枢纽工程是控制巢湖流域防洪、排涝及引水灌溉的综合性水利枢纽，1973年建成使用。工程由节制闸、船闸、鱼道、拦河坝、上下游引航道、导流堤等组成，节制闸24孔（其中浅孔16孔、深孔8孔，净宽5m，底坎高程浅孔5.0m，深孔2.5m）。100年一遇设计流量为1170m3/s，300年一遇校核流量为1400m3/s，引江灌溉最大流量350 m3/s。船闸航道等级为Ⅲ级，通航能力2×1000t，裕溪船闸于1969年建成投入运行，1991年实施加固处理，加固后闸室净宽缩小为14.4m，闸室底板高程抬高为0.6m。上下游均无任何船舶引导、停靠设施，按现行内河通航标准仅相当于五级标准。裕溪船闸是沟通巢湖和长江之间的咽喉要道，是安徽省骨干航道之一，故需对船闸进行扩建。

扩建船闸航道等级为Ⅲ级，设计最大船舶吨级为1000t级，闸室有效尺度为200m×23m×3.5m（长×宽×门槛水深），该尺度可以满足1000t级驳船两排两列一次过闸。船闸年通过能力为4000万t。扩建船闸位于裕溪节制闸东侧，原老河道内。下闸首位于拦河坝上，长29m，闸室位于内河侧，长200m，为钢筋混凝土U型槽结构；上闸首位于上游，长30m。上、下游引航道直线段长均为400m。

2 主要研究内容

2.1 巢湖复线船闸

研究巢湖复线船闸在通航水位下，遭遇节制闸各种放水条件航道内的纵横向水流流速分布，测出主要回流区范围，评价其对船舶和建筑物运行安全的影响，并提出消除不利影响的措施；试验论证右岸排水沟泄流对通航安全的影响；根据航道水流流态，提出上、下游导航、靠船、锚泊区建筑物布置优化建议；为改善通航水流条件，提出节制闸运行方式建议；在通航水位下，论证新老船闸灌泄水时闸室口门处流速分布及其对船舶运行安全的影响，提出合理建议。

2.2 裕溪复线船闸

研究裕溪复线船闸在通航研究水位下，遭遇节制闸各种放水条件航道内的纵横向水流流速分布，测出主要回流区范围，评价其对船舶和建筑物运行安全的影响，并提出消除不利影响的措施；对节制闸与船闸间的导航堤、引航道等主要平面布置进行优化，并提出优化方案；提出节制闸优化开启方式，在保证其抗冲安全前提下，减少节制闸放水对通航安全的影响；对将来实施的停泊区（上游芜湖长江大桥铁路引桥以上2000m区域，下游淮南铁路备用桥200m以下至入江口）提出建议。

3 试验组次及研究方案

均采用正态物理模型；比尺均为Lr=75。详细试验组次见表1、表2。

表1 巢湖复线船闸工程模型试验水位流量控制表

表2 裕溪节制闸工程模型试验水位流量控制表

4 枢纽布置试验及优化

4.1 巢湖复线船闸

巢湖闸新船闸引航道开挖曲线总体布置合理，上下游引航道内均未出现较为恶劣的流态。与原巢湖闸枢纽加固与扩建工程水工模型试验成果相比，新船闸修建后老船闸的水流条件有所改善。

原布置方案最高通航水位、正向高水位运行时，0-500断面处，老船闸引航道引航道范围内个别点最大横向流速达0.32m/s，略超过规范要求，可通过对上游导流隔堤裹头进行适当疏浚予以改善。

原布置方案正向最大水级、船闸正常运行工况1、船闸正常运行工况2、船闸正常运行工况3时，0+700断面处，新老船闸引航道范围内最大横向流速达0.32～0.42m/s，超过规范要求；可通过修改下游导流隔堤以保证该断面水流条件符合规范要求。

原布置方案巢湖闸裕溪河侧河道水位较高时，右岸排涝沟的泄流对通航安全影响较小；巢湖闸裕溪河侧河道水位较低时，右岸排涝沟的出流增大了远调码头处的回流流速；修改小排涝沟的出口布置后，小排涝沟的出流平顺，减小了小排涝沟出流对通航安全的影响。

通航水位下，在最不利的情况下，新船闸灌泄水时闸门口门处的流速分布对船舶运行安全无明显影响。

单开新闸、单开老闸、老闸部分开启与新老闸全部均匀开启相比，上游引航道内流态无大的变化，下游引航道口门处流态较差，建议节制闸运行应尽量全部均匀开启。

4.2 裕溪复线船闸

裕溪闸新船闸上游航道口门区纵向、横向及回流流速在各种工况下均满足要求。只是在工况1条件下，闸上0-850～0-650m之间的引航道右岸水边，最大回流流速略超出设计限值，为0.43 m/s；上游导堤裹头处在工况1和工况2条件下局部横向流速偏大，分别为0.41 m/s和0.50m/s，因此，需在导堤裹头处设置警示标志。

下游航道口门区纵向及回流流速在各种工况下均满足要求，横向流速除工况1条件下的闸下0+600～0+700m之间的区域超出设计限值外，其他工况均满足要求。工况1条件下，由于流量较大，河道中流速较大，出闸水流由于受节制闸下左导堤限制，水流流向与航线夹角偏大，导致横向分流速偏大。当实施部分切除节制闸下左导堤时，可有效降低横向流速。

通过加长上游导堤25m和缩短上游导堤30m分别进行试验，结果表明，这两种修改方案对减小上游口门区回流流速和横向流速作用不大。由于略超出设计限值的回流流速主要位于右岸水边，而横向流速超标部位在导堤裹头的局部地方，并非位于航道内，因此对航行是安全的，但为了防止出现意外，建议在导堤裹头处设置警示标志。

考虑到裕溪河新、老船闸分别位于节制闸左右侧，新闸局部范围横向流速与回流流速超标仅限于1170m3/s流量工况，发生频率较小，均略超出规范值，常年遇排涝工况流态较好；而将1170m3/s流量工况横向流速和回流流速控制在规范值之内工程量增大较多，且破坏了节制闸下游左侧现有建筑物。建议遇该工况时充分利用老船闸，对新船闸短时间限航。

老船闸上游航道进口在各种工况下流速满足要求，流态良好。下游出口处回流流速基本满足要求。

对设计流量级1170m3/s共进行了下游出口河道3种不同分流比的试验，结果表明，下游河道分流比对新船闸下引航道口门区流速流态影响较小。

各种工况下，口门区以外的河道中水流流态良好，流向基本与设计航道的航线一致，横向流速均能满足要求。

下游淮南铁路备用桥200m以下至入江口河段为开挖的顺直新河。通过铁路桥以上约50m断面处的流速分布可知，新河入口处主流偏于左岸，入口转弯处右岸为弱回流区。至铁路备用桥200m以下，河道水流逐渐归顺，断面流速分布趋于均匀，回流消失。因此，该区域可设为停泊区。

上游芜湖长江大桥铁路引桥以上2000m区域可设置为停泊区。从裕溪闸上至芜湖长江大桥铁路引桥以上2000m间河道顺直微弯。根据闸上1000m断面处实测流速分布的分析，铁路引桥以上2000m区域河道水流流速分布较为均匀，流态良好。因此，上游芜湖长江大桥铁路引桥以上2000m区域可设为停泊区。

5 结语

以上两个工程均通过试验优化了泄洪建筑物与船闸所组成的枢纽的平面布置，优化了泄洪建筑物调度运用方案，最大程度地减小泄洪建筑物运行时对船闸通航的影响，并且通过试验拟定合理的船闸调度方案和划定通航警戒区域，两工程均已建成投入使用，运行情况良好■