大墩嶺整治工程分析研究

劉敦偉 鄭樂高

(揚州大學(xué) 江蘇 揚州 225009)

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大墩嶺整治工程分析研究

劉敦偉 鄭樂高

(揚州大學(xué) 江蘇 揚州 225009)

本文從淮河入江水道行洪能力減小，近10多年行洪實況,得到入江水道行洪能力達不到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),出現(xiàn)了“中流量、高水位、大防汛”的嚴(yán)峻狀況。究其原因,由入江水道內(nèi)障礙物分布現(xiàn)狀,障礙物縮窄了行洪通道,阻礙行洪速度,延長洪水持續(xù)時間,給防汛工作帶來了很大的影響。本文針對入江水道內(nèi)行洪障礙進行綜合治理。本文要研究的內(nèi)容是對大墩嶺做切灘整治，研究其切灘整治效果。

切灘整治；障礙物治理；水位流態(tài)

一、前言

淮河入江水道是黃河奪淮的產(chǎn)物?；春尤虢郎掀鸷闈珊赝窘?jīng)過淮安、揚州2市10縣(市、區(qū))最終在三江營匯入長江，全長157.2公里，淮河入江水道是淮河下游洪澤湖的主要泄水河道，兼顧防洪、除澇、灌溉、航運等綜合功能。

淮河入江水段金湖段以及上段水位流量情況。據(jù)1990、1991、1996和2003四年汛期中渡水位～流量關(guān)系曲線及金湖水位～流量關(guān)系曲線分析。中渡的水位與流量關(guān)系：在水位條件相同的情況下，洪峰期中度流量比1971年設(shè)計流量減少了1000m3/s左右。金湖水位與流量關(guān)系：在流量相同的情況下1990、1991、1996年水位都1971年的設(shè)計水位要高，但是抬高的程度是不一樣的1990、1996年抬高較多，大約有0.5m。2003年當(dāng)三河閘下泄流量為8300m3/s左右時，金湖水位11.96m左右，與設(shè)計流量12000m3/s時的設(shè)計水位僅差0.18m，適當(dāng)考慮區(qū)間來水,水位抬高0.50-0.60m,相當(dāng)于減少行洪流量2000m3/s。

從入江水道上段建成后的行洪實況來看，入江水道金湖段以及上段行洪能力達不到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)了“中流量高水位大防汛”的嚴(yán)峻狀況，給防汛工作帶來了重大的影響。漫水公路前面的大墩嶺是阻水的主要障礙物。

結(jié)合淮河入江水道金湖段的實際情況,研究大墩嶺整治工程對河道行洪的影響。對搞清淮河入江水道金湖段過流狀況，增強或者恢復(fù)入江水道的泄洪能力；入江水道內(nèi)行洪障礙阻水特性研究；工程實際管理的需要有著重大意義。

二、研究現(xiàn)狀

(一)復(fù)式河槽研究現(xiàn)狀

復(fù)式河槽是由主槽和邊灘組成，平原地區(qū)比較多見。在枯水期，流量小水流多在主槽內(nèi)流動；在行洪期間由主槽和灘地共同行洪。近年來,這一類河道由于自然及人為因素的影響,淤積嚴(yán)重,行洪能力差,常常發(fā)生洪災(zāi),危害人民的生命財產(chǎn)安全,急需采用各種工程措施進行治理。對復(fù)式河槽的研究最早可以追溯到1950年，熱列茲里亞柯夫首次在實驗室中發(fā)現(xiàn)洪水漫灘后，主槽過水能力降低灘地過水能力增加的現(xiàn)象[1]。Yen和Overton[2]兩人共同對復(fù)式河道的流速分布進行了研究,得出主槽和灘地的邊界切應(yīng)力大小與主槽與灘地交界面動量交換作用密切相關(guān)。我國在復(fù)式河槽特性方面的研究上取得的成果。胡春宏等人[3]針對灘槽平均邊界剪切應(yīng)力同水深的關(guān)系進行了研究,它們通過把實測的復(fù)式明渠斷面流速等值線分布情況以及邊界剪切應(yīng)力分布情況同矩形斷面明渠邊界剪切應(yīng)力分布情況進行對比分析建立起兩者之間的關(guān)系，為復(fù)式斷面水流結(jié)構(gòu)和輸水能力的研究打下了基礎(chǔ)。王韋[4]等人在謝漢祥[5]法基礎(chǔ)上導(dǎo)出了更為合理的流速分布公式即謝漢祥修正法和斷面疊加法，計算精度得到了進一步的提高。

(二)入江水道研究現(xiàn)狀

關(guān)于淮河入江水道的研究。鐘開偉2指出，入江水道行洪水位抬高，行洪能力下1000～2000 m3/s的直接原因是三河段和金溝改道段灘地上蘆葦阻水。羅伯民強調(diào)入江水道“中流量高水位大防汛”現(xiàn)象主要是由蘆葦、高灘、狹段嚴(yán)重阻水引起的。張錦家指出入江水道上段行洪能力降低的主要原因是金湖境內(nèi)的西安高地，大墩嶺和改道段尚未清除的柴草阻水。張敏1通過率定將1991年和2003年的糙率并同設(shè)計糙率對比分析，發(fā)現(xiàn)上段的觀音灘、大墩嶺糙率有所增加，中段的新民灘、邵伯湖灘群糙率也有所增加。董小雨對淮河入江水道建立了一、二維耦合水動力數(shù)值模型，通過實測地形斷面資料以及2007和2003年的兩次洪水水文資料對模型進行率定驗證，成功模擬了二次洪水的行洪過程。

(三)大墩嶺切灘整治研究

采用物理模型試驗、數(shù)值模擬計算相結(jié)合的方法。通過物理模型采集大墩嶺切灘整治前后的試驗數(shù)據(jù)，對比分析整治前后的試驗數(shù)據(jù)從而分析切灘整治效果。

通過數(shù)值模擬計算出大墩嶺切灘后大墩嶺周邊流態(tài)結(jié)果。通過物理模型試驗采集的數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬計算結(jié)果的相互驗證增強結(jié)論的正確性。具體研究內(nèi)容如下：

1、采集大墩嶺整治前后2000m3/s、4000m3/s、6000m3/s、8000 m3/s、10000 m3/s、12000 m3/s各流量與不同施尖水位相組合的水位數(shù)據(jù)，對比分析出出流方式對大墩嶺水位影響；流量對大墩嶺水位的影響。

2、采集大墩嶺整治前后下游復(fù)式河槽漫灘時對應(yīng)的行洪流量，分析大墩嶺切灘整治對漫灘流量的影響。

3、采集大墩嶺切灘整治前后大墩嶺面層和底層流場數(shù)據(jù)，對比分析切灘整治工程對流態(tài)的影響。

4、運用數(shù)值模擬技術(shù)對大墩嶺切灘后流量2000m3/s、6000m3/s、12000m3/s

工況進行面層和表層流態(tài)的計算，分析計算結(jié)果。

5、對比大墩嶺切灘整治后流量2000m3/s、6000m3/s、12000m3/s物理模型試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬計算結(jié)果。

三、結(jié)語

本章通過物理模型采集大墩嶺切灘整治前后的水位、流態(tài)試驗數(shù)據(jù)，對比分析整治前后的試驗數(shù)據(jù)從而分析切灘整治效果。

1、流量2000m3/s、4000m3/s、6000m3/s切灘后大墩嶺水位下降明顯，整治效果明顯；流量8000m3/s、10000m3/s、12000m3/s由于整治前大墩嶺大墩嶺頂部用于過流，整治后對剩余灘地頂部進行了加高不用于過流，大流量情況下雖然灘地切除減小了糙率但是加高大墩嶺頂部減小了過流斷面，大墩嶺水位幾乎沒有變化，通過對下游塔集數(shù)據(jù)的分析可知整治效果明顯，大墩嶺只是出現(xiàn)雍水現(xiàn)象。

2、整治前的漫灘流量不到500m3/s整治后的漫灘流量在1500m3/s左右，漫灘流量增加了1000m3/s左右，整治工程對漫灘流量影響顯著。東、西偏泓閘附近的漫灘不是同步的，整治前漫灘時東西漫水閘的差值大約0.56m，整治后漫灘時東西漫水閘的差值大約0.16m整治后對東、西偏泓閘附近的漫灘同步性有很大的提高。

3、同一流量工況下大墩嶺整治后；大墩嶺整治前和整治后對比分析大中小三個流量情況下的面層流場和底層流場試驗數(shù)據(jù)可知：隨著流量的增大，大墩嶺下游與改道段側(cè)旋渦區(qū)變大，強度變強。

[1]張 敏 劉洪林 楚恩國 淮河入江水道行洪能力與對策.中國防汛抗旱,2007年第6起.

[2]鐘開偉 鄒燕淮 河入江水道金湖段阻洪障礙及對策.江蘇水利,2004年第9期.

[3]熱列茲里亞柯夫.河流水文測驗方法在水力學(xué)基礎(chǔ)上的論證.水利出版社,1956年.

[4]陳長英 張幸農(nóng) 灘槽復(fù)式斷面水流特性的試驗研究[J]水利水運工程學(xué)報,2004，(3)28-32.

[5]吉祖穩(wěn) 胡春宏 潘東 寬窄復(fù)式河道水流運動特性的試驗研究[J]水利水電技術(shù),1997.28(11)：24-27