董峰湖進(jìn)洪閘總體布置研究

張 波

淮河干流正陽關(guān)至峽山口河段，長約38.00km，沿程分布有壽西湖、董峰湖行洪區(qū)?，F(xiàn)狀壽西湖行洪區(qū)運(yùn)用機(jī)遇為15年一遇，1954年以后未行過洪；董峰湖行洪區(qū)運(yùn)用機(jī)遇為5年一遇。在充分利用行洪區(qū)行洪的情況下，現(xiàn)狀河道過流能力約9200.00m3/s，仍達(dá)不到設(shè)計(jì)過流10000.00m3/s 的要求。根據(jù)淮河流域防洪規(guī)劃，為擴(kuò)大中等洪水出路，滿足設(shè)計(jì)水位條件下淮河干流的設(shè)計(jì)排洪要求，正陽關(guān)至峽山口河段擬進(jìn)行行洪區(qū)調(diào)整并開展河道整治，主要措施包括董峰湖改建為有閘控制的行洪區(qū)，新建進(jìn)洪閘、退洪閘各一座，董峰湖上段行洪堤退建；壽西湖改建為有閘控制的行洪區(qū)，新建進(jìn)洪閘、退洪閘各一座，并新建菱角、澗溝、城西等3 處保莊圩；靠山圩生產(chǎn)圩廢棄，結(jié)合行洪區(qū)調(diào)整，實(shí)施澗溝口至峽山口河段疏浚。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）的規(guī)定，分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點(diǎn)稍偏下游處；進(jìn)水閘或分水閘的中心線與河（渠）道中心線的交角宜小于30°，其上游引河（渠）長度不宜過長；位于彎曲河（渠）段的進(jìn)水閘或分水閘，宜布置在靠近河（渠）道深泓的岸邊。

為確保董峰湖行洪區(qū)分洪能力達(dá)到設(shè)計(jì)行洪標(biāo)準(zhǔn)，須對(duì)董峰湖進(jìn)洪閘的進(jìn)流能力及進(jìn)洪時(shí)的流態(tài)流速分布等水流條件進(jìn)行水工模型試驗(yàn)研究。

一、董峰湖進(jìn)洪閘工程布置及其特點(diǎn)

董峰湖行洪區(qū)位于焦崗閘與峽山口之間淮河左岸，總面積約43.70km2，耕地約4.90 萬畝，區(qū)內(nèi)總?cè)丝诩s1.60 萬人。區(qū)內(nèi)地面高程一般在18.00～22.70m（1985 國家高程基準(zhǔn)，下同），地形南高北低?，F(xiàn)狀行洪堤長13.60km，堤頂高程27.90～25.20m，頂寬一般為4.00～9.00m，內(nèi)外邊坡1∶2～1∶3。1950年以來共行洪9 次。

根據(jù)《淮河干流正陽關(guān)～峽山口段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程可行性研究報(bào)告》以及水利部批復(fù)意見，董峰湖行洪區(qū)建設(shè)內(nèi)容主要有：新建董峰湖進(jìn)洪閘和退洪閘，退建董峰湖上段6.0km 行洪堤，加固下段7.4km 行洪堤等。

進(jìn)洪閘位于董峰湖上口門，閘中心線樁號(hào)約為1+100m，距淮北大堤最近約860.00m，至合淮阜淮河特大橋垂直距離約700.00m。退洪閘位于董峰湖下口門的老行洪堤上，閘中心線樁號(hào)約為12+450。兩閘均采用開敞式水閘型式，設(shè)計(jì)流量均為2500.00m3/s。

最終布置方案董峰湖進(jìn)洪閘共22 孔，單孔凈寬12.00m，水閘底檻高程為19.50m，閘頂高程27.80m，閘室順?biāo)鞣较蜷L19.00m，閘墩寬1.60m，閘室總寬度為297.60m。墩頂依次布置有公路橋、檢修門槽、啟閉機(jī)排架、工作門槽、檢修便橋等。公路橋橋面高程27.80m，凈寬60m。

閘室兩側(cè)采用空箱岸墻結(jié)構(gòu)與閘室連接，上下游翼墻為空箱扶壁式、扶壁式或倒“T”型結(jié)構(gòu)，其中，淮河側(cè)翼墻順?biāo)飨蛲队伴L度35.00m，為1/4 圓弧型，湖內(nèi)側(cè)翼墻順?biāo)飨蛲队伴L度70.00m。翼墻填土面以上設(shè)一道導(dǎo)水墻，墻頂高程為26.20m。

進(jìn)洪閘湖內(nèi)側(cè)采用挖深式底流消能模式，消力池深1.75m，總長30.00m，消力池平面擴(kuò)散角10°，在消力池斜坡末端布置2 排消力墩。消力池后布置60.00m 長的混凝土或砌石海漫，海漫末端設(shè)2.50m的漿砌石防沖墻，與防沖槽過渡連接。拋石防沖槽長1.50m，頂面高程為15.50m，槽深2.50m，防沖槽末端的坡面設(shè)拋石防護(hù)，拋石厚1.0m。進(jìn)洪閘淮河側(cè)依次設(shè)置有20.00m 長鋼筋混凝土防滲鋪蓋、20.00m 長砌石結(jié)構(gòu)和10.00m 長拋石防沖槽，作為上游防沖防護(hù)設(shè)施。

董峰湖進(jìn)洪閘所處淮河河段為微彎河道，樞紐布置于凹岸，閘址距淮河河道約1.00km。進(jìn)洪閘引河與淮河主槽間的夾角約為41°。

董峰湖進(jìn)洪閘設(shè)計(jì)行洪條件下，淮河水位為25.83m，湖內(nèi)水位為25.73m，行洪流量為2500.00m3/s。

二、模型設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用1∶100 的正態(tài)模型，滿足重力相似準(zhǔn)則。董峰湖進(jìn)洪閘淮河河道模擬長度約3.10km，閘下董峰湖側(cè)模擬長度約0.90km，寬約1.8km。采用量水堰控制流量，測(cè)針測(cè)量沿程水位，三維流速儀測(cè)量斷面流速。

三、設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果

設(shè)計(jì)行洪工況下，董峰湖進(jìn)洪閘控制淮河來流量為8000m3/s，閘下董峰湖側(cè)水位25.73m，過閘流量為2500m3/s 時(shí)，實(shí)測(cè)淮河主槽水位為25.83m。水流在進(jìn)入引河時(shí)口門落差為0.02m。

董峰湖進(jìn)洪閘未分流前，淮河主槽最大流速為1.35m/s，左側(cè)灘地流速約為0.50m/s。進(jìn)洪閘分流后，淮河主槽最大流速為1.08m/s，左側(cè)灘地流速約為0.40m/s。

進(jìn)洪閘前右側(cè)水流流速大于左側(cè)，0-200 斷面，右側(cè)最大流速為1.12m/s，左側(cè)最大流速為0.80m/s。進(jìn)洪閘進(jìn)流較為平順，除右側(cè)裹頭與翼墻間有小范圍回流外，無其他明顯不良流態(tài)。閘下水流擴(kuò)散較為均勻。

四、引河優(yōu)化方案試驗(yàn)成果

為優(yōu)化進(jìn)洪閘進(jìn)洪條件，進(jìn)一步改善引河入口區(qū)的流態(tài)，試驗(yàn)擴(kuò)大了引河左側(cè)的開挖范圍，使淮河更易分流至引河。

方案一：為使引河與淮河的連接更順暢，引河與淮河交匯處左側(cè)擴(kuò)大開挖范圍，擴(kuò)挖后，0-1100斷面閘中線至左側(cè)引河底邊距離為245.00m，上游順接至焦崗閘下游右側(cè)灘地；閘上0-400 至淮河主槽高程逐漸由19.00m 高程降至17.00m。該方案在閘下水位及過閘流量與設(shè)計(jì)方案相同時(shí)，淮河主槽水位為25.80m。

引河進(jìn)口擴(kuò)大開挖范圍后，淮河水通過進(jìn)洪閘更為順暢，進(jìn)洪閘中心線左側(cè)過流能力增大較多，但水流方向在引河內(nèi)未調(diào)整至與進(jìn)洪閘中心線平行，至進(jìn)洪閘，水流方向與閘墩間夾角約為15°。

方案二：為調(diào)順?biāo)鞣较?，引河進(jìn)口左側(cè)在方案一的基礎(chǔ)上縮小開挖范圍，0-1100 斷面閘中線至左側(cè)引河底邊距離為202.00m，上下游順接，其余同方案一。方案二樞紐布置見圖1。方案二閘下董峰湖側(cè)水位為25.73m，過閘流量為2500.00m3/s 時(shí)，淮河主槽水位為25.82m，低于設(shè)計(jì)水位，董峰湖進(jìn)洪閘過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 董峰湖進(jìn)洪閘引河優(yōu)化方案二平面布置示意圖

引河左側(cè)進(jìn)口適當(dāng)縮小開挖范圍后，引河進(jìn)口水流平順，閘前水流流態(tài)良好，水流進(jìn)閘方向與閘中心線基本平行。閘前右側(cè)流速略大于左側(cè)，0-200斷面，右側(cè)最大流速為1.12m/s，左側(cè)最大流速為0.92m/s。閘下水流擴(kuò)散較為均勻。

五、非行洪年份汛期擋水工況研究

為分析非行洪年份汛期擋水工況下董峰湖進(jìn)洪閘口門附近的淤積情況，試驗(yàn)研究了淮河常遇流量（3000.00m3/s 和5000.00m3/s）時(shí)進(jìn)洪閘閘前水流狀況。

（一）淮河流量為3000.00m3/s

根據(jù)安徽省水科院2011年進(jìn)行的“淮河干流正陽關(guān)～峽山口段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程河工模型試驗(yàn)研究”，當(dāng)淮河流量為3000.00m3/s 時(shí)，董峰湖進(jìn)口水位為20.47m。

該工況下，僅引河（底高程19.00m）內(nèi)有水，灘地（高程約22.00m）上無水，進(jìn)洪閘閘前為靜水區(qū)。此時(shí)閘上產(chǎn)生淤積的可能性較小。

（二）淮河流量為5000.00m3/s

根據(jù)安徽省水科院2011年進(jìn)行的“淮河干流正陽關(guān)～峽山口段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程河工模型試驗(yàn)研究”，當(dāng)淮河流量為5000.00m3/s 時(shí)，董峰湖進(jìn)口水位為22.84m。

該工況下，灘地上水深約為0.80m，流速很小，進(jìn)洪閘閘前為靜水區(qū)。此時(shí)閘上產(chǎn)生淤積的可能性較小。

從泥沙的統(tǒng)計(jì)成果來看，位于董峰湖進(jìn)洪閘上游的魯臺(tái)子站水文站1951—2015年多年平均輸沙量為874.5 萬t，多年平均含沙量為0.37kg/m3。各年代平均輸沙量及含沙量隨時(shí)間推移均呈明顯遞減趨勢(shì)，進(jìn)入2000年之后，含沙量基本維持在0.10kg/m3，僅為1950年代的1/6 左右。

董峰湖進(jìn)洪閘所處淮河干流為微彎河段，且進(jìn)洪閘處于凹岸，因此董峰湖進(jìn)洪閘閘前產(chǎn)生大量淤積的可能性很小。

六、結(jié)論

（一）設(shè)計(jì)方案控制淮河來流量為8000.00m3/s，閘下董峰湖側(cè)水位25.73m，過閘流量為2500.00m3/s時(shí)，實(shí)測(cè)淮河側(cè)水位為25.83m。引河優(yōu)化方案二，控制淮河來流量為8000.00m3/s，閘下董峰湖側(cè)水位25.73m，過閘流量為2500.00m3/s 時(shí)，實(shí)測(cè)淮河側(cè)水位為25.82m。董峰湖進(jìn)洪閘過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

（二）引河優(yōu)化方案二設(shè)計(jì)行洪條件時(shí)上下游流態(tài)較為平順，無明顯不良流態(tài)。閘前右側(cè)流速略大于左側(cè)，閘下水流擴(kuò)散基本均勻。建議采用引河優(yōu)化方案二作為最終方案。

（三）從泥沙的統(tǒng)計(jì)成果來看，位于董峰湖進(jìn)洪閘上游的魯臺(tái)子水文站各年代平均輸沙量及含沙量隨時(shí)間推移均呈明顯遞減趨勢(shì)，進(jìn)入2000年之后，含沙量基本維持在0.10kg/m3。董峰湖進(jìn)洪閘所處淮河干流為微彎河段，且進(jìn)洪閘處于凹岸，因此董峰湖進(jìn)洪閘閘前產(chǎn)生大量淤積的可能性很小■