引江济淮东淝河与淮河干流衔接段水工物理模型试验研究

（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）

1 工程概况

淮河和东淝河交汇段是引江济淮工程的一个节点工程。现状东淝河河道较窄，且呈垂直角度汇入淮河，现有的河道条件不能满足建设Ⅱ级航道的要求，需对原东淝河河道疏浚拓宽并在淮河右岸滩地新开一条航道与淮河航道平顺连接。为了科学合理经济设计，优化该段平面布置，为航道设计提供必要的技术支撑，同时为以后船舶航行提供必要管理要求[1,2]，开展该段模型试验研究。

在河道原型观测资料分析的基础上，通过水工模型试验研究，从航道的通航水流条件及口门区新开挖航道稳定性等方面，论证引江济淮东淝河入淮口与淮河干流衔接段航道线路平面布置的合理性，并根据试验结果提出口门区域内航道布置的优化措施[3,4]。根据物理模型试验结果，优化现有设计方案，以满足通航安全和航槽稳定的要求。

2 试验设计

根据东淝河入淮口与淮河干流衔接段的试验内容和要求，为保证模型进、出流边界相似，选定模型范围为：淮河老东淝河河口以上模拟约1.5km，以下模拟约1.3km；东淝河上游模拟至东淝闸以上约200m，下游模拟至淮河；横向模拟至大堤。采用正态模型，选定模型比尺为1 ∶100。

东淝河入淮口与淮河干流衔接段整体水工模型布置图见图1。

图1 东淝河入淮口与淮河干流衔接段整体水工模型布置图

根据当地历年水文资料及与设计院协商，确定的试验工况见表1。

3 结果与分析

3.1 原设计方案上下行航道分开布置方案研究成果

3.1.1 最高通航水位

东淝闸闸下至淮河为静水区。上行航道出口处主槽内最大流速为0.28m/s，上行航道段水流方向与航道中心线基本一致。下行航道出口处主槽内最大流速为0.51m/s，水流方向与航道中心线的夹角约为35°，垂直于航道中心线的流速分量为0.29m/s。

该工况下行航道右岸岸边流速达0.60m/s，因大堤附近水深较浅，建议对下行航道右岸大堤进行护砌。

3.1.2 最低通航水位

0+800 断面最大流速为1.50m/s，进入航道后主流位于航道左侧，因过流断面增大，流速迅速降低，至0+1400 断面，最大流速降为0.53m/s。淮河侧航道口门区有一约550m×150m（长×宽，以下同）的回流区，最大回流流速位于航道右岸，达0.73m/s，超过规范的规定值0.40m/s。

航道锚泊区流态良好，东淝河与淮河交汇处主流位于上行航道，水流方向与航道中心线基本一致，航道主槽内最大流速为0.48m/s，上行航道出口断面流速偏向航道右侧，最大流速为0.39m/s，出航道后与淮河主流汇合，最大流速为0.51m/s。下行航道流速小于0.20m/s。

3.1.3 东淝闸退水设计工况

水流出东淝闸进入航道前最大流速为1.17m/s，0+800 断面航道内最大流速为1.06m/s，水流方向与航道中心线的夹角约为40°，垂直于航道中心线的流速分量为0.68m/s，超过规范的规定值0.30m/s。

航道锚泊区处水流主流位于航道右侧，最大流速降为0.85m/s。淮河侧航道口门区有一约400m×150m的回流区，最大回流流速位于航道右岸，达0.73m/s，超过规范的规定值0.40m/s。

东淝河与淮河交汇处主流位于下行航道，水流方向与航道中心线基本一致，航道主槽内最大流速为0.63m/s，下行航道出口断面最大流速为0.85m/s。

上行航道主流偏向航道右侧，最大流速为0.32m/s，航道水流至与老东淝河交汇处转向老东淝河下游，老东淝河出流通过航道汇入淮河，老东淝河出流与航道中心线的夹角约40°，最大流速为0.71m/s，垂直于航道中心线的流速分量为0.46m/s，超过规范标准。上行航道出口断面最大流速为0.39m/s。

3.1.4 东淝闸退水校核工况

0+800 断面水流最大流速为1.06m/s，航道锚泊区处水流主流位于航道右侧，最大流速降为0.66m/s。淮河侧航道口门区有一约400m×150m 的回流区，回流流速位于航道右岸，达0.60m/s，超过规范的规定值0.40m/s。

东淝河与淮河交汇处主流位于下行航道，水流方向与航道中心线基本一致，航道主槽内最大流速为0.78m/s，下行航道出口断面最大流速为0.93m/s。

上行航道主流偏向航道右侧，最大流速为0.32m/s，老东淝河出流基本沿老东淝河走向，与航道中心线的夹角约60°，最大流速为0.60m/s，垂直于航道中心线的流速分量为0.52m/s，超过规范标准。上行航道上游出口断面最大流速为0.34m/s。

3.2 优化修改方案上下行航道合并方案研究成果

上下行航道合并方案将新东淝河与航道交汇处开挖至与航道底高程11.54m 一致，河道底宽为69.0m，向上游以1 ∶10 的坡与老河槽相接。航道与淮河交汇处设单航线，航线向淮河上游转弯半径为330m。航道最窄处位于锚泊区下游，宽为90.0m。

表1 东淝河入淮口模型试验工况表

上下行航道合并方案设计布置示意图见图2。

图2 上下行航道合并方案设计布置示意图

3.2.1 最高通航水位

东淝闸闸下至淮河为静水区。上行航道与淮河交汇处水流表面最大流速为0.60m/s，水流方向与上行航道中心线基本垂直，水流条件不满足规范要求；下行航道与淮河交汇处水流表面最大流速为0.55m/s，水流方向与下行航道中心线的夹角约为35°，垂直于下行航道中心线的流速分量为0.32m/s，略超过规范要求。

因东淝河河口航道开挖较宽，且最高通航水位时，淮河流量大于等于6500m3/s 的时间较少，自1954年至今共计76 天，建议此工况下通过上行航道船只绕行下行航道，通过下行航道船只应靠航道左侧行驶，远离右侧航道边坡。

该工况下行航道右岸岸边流速达0.62m/s，因大堤附近水深较浅，建议对下行航道右岸大堤进行护砌。

3.2.2 最低通航水位

东淝河在航道口门区上游拓宽后，水流进入航道流速显著降低，0+800 断面最大流速为0.66m/s，航道口门区为静水区。

锚泊区处水流主流位于左侧，锚泊区最大流速小于0.30m/s，锚泊区以下水流流速分布基本均匀平顺，最大流速为0.46m/s。东淝河与淮河交汇口门区因过流断面增大，最大流速降为0.25m/s。

3.2.3 东淝闸退水设计工况

0+800 断面最大流速为1.08m/s，航道口门区为弱回流区，最大回流流速为0.21m/s。

锚泊区处水流主流位于航道中心线附近，最大流速为0.76m/s，锚泊区以下水流流速分布基本均匀平顺，最大流速为0.76m/s。下行航道口门区水流方向与航道中心线基本一致，最大流速为0.75m/s。上行航道口门区为回流区，最大回流流速为0.28m/s。老东淝河河口出口断面最大流速0.41m/s，水流出河口进入交汇区后因水面扩大，至航道范围内流速降至0.30m/s 以下。

3.2.4 东淝闸退水校核工况

0+800 断面最大流速为1.41m/s，航道口门区右侧有一回流区，最大回流流速为0.44m/s，位于右岸边坡，超出航道范围，建议加强航道标识，引导船只避开此不良水流流态区域。

锚泊区处水流主流位于航道中心线附近，最大流速为0.76m/s，锚泊区以下水流流速分布基本均匀平顺，最大流速为0.92m/s。下行航道口门区水流方向与航道中心线基本一致，最大流速为0.94m/s。上行航道在老东淝河与下行航道水流主流间为回流区，最大回流流速为0.35m/s。老东淝河河口出口断面最大流速0.41m/s，因水流方向与上行航道中心线基本垂直，故超过规范要求。

因东淝闸遭遇该工况的可能性较小，建议此工况下通过上行航道船只绕行下行航道。

4 结论与建议

（1）原设计方案上下行航道分开布置试验，各试验工况水流流态均不满足规范值要求。

（2）优化修改方案上下行航道合并试验，最低通航水位和东淝闸退水设计工况时，航道口门区、锚泊区和东淝河与淮河交汇口门区水流条件良好，满足规范要求。最高通航水位和东淝闸退水校核工况时，上行航道流速超过规范要求，因东淝闸遭遇最高通航水位和东淝闸退水校核工况的可能性较小，此工况下需上行的船只可以通过绕行下行航道来解决。

（3）建议采用上下行航道合并方案作为推荐方案■