引江濟(jì)淮東淝河與淮河干流銜接段水工物理模型試驗(yàn)研究

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

1 工程概況

淮河和東淝河交匯段是引江濟(jì)淮工程的一個(gè)節(jié)點(diǎn)工程。現(xiàn)狀東淝河河道較窄，且呈垂直角度匯入淮河，現(xiàn)有的河道條件不能滿足建設(shè)Ⅱ級(jí)航道的要求，需對(duì)原東淝河河道疏浚拓寬并在淮河右岸灘地新開(kāi)一條航道與淮河航道平順連接。為了科學(xué)合理經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化該段平面布置，為航道設(shè)計(jì)提供必要的技術(shù)支撐，同時(shí)為以后船舶航行提供必要管理要求[1,2]，開(kāi)展該段模型試驗(yàn)研究。

在河道原型觀測(cè)資料分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)水工模型試驗(yàn)研究，從航道的通航水流條件及口門(mén)區(qū)新開(kāi)挖航道穩(wěn)定性等方面，論證引江濟(jì)淮東淝河入淮口與淮河干流銜接段航道線路平面布置的合理性，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出口門(mén)區(qū)域內(nèi)航道布置的優(yōu)化措施[3,4]。根據(jù)物理模型試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案，以滿足通航安全和航槽穩(wěn)定的要求。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)東淝河入淮口與淮河干流銜接段的試驗(yàn)內(nèi)容和要求，為保證模型進(jìn)、出流邊界相似，選定模型范圍為：淮河老東淝河河口以上模擬約1.5km，以下模擬約1.3km；東淝河上游模擬至東淝閘以上約200m，下游模擬至淮河；橫向模擬至大堤。采用正態(tài)模型，選定模型比尺為1 ∶100。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧v年水文資料及與設(shè)計(jì)院協(xié)商，確定的試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 原設(shè)計(jì)方案上下行航道分開(kāi)布置方案研究成果

3.1.1 最高通航水位

東淝閘閘下至淮河為靜水區(qū)。上行航道出口處主槽內(nèi)最大流速為0.28m/s，上行航道段水流方向與航道中心線基本一致。下行航道出口處主槽內(nèi)最大流速為0.51m/s，水流方向與航道中心線的夾角約為35°，垂直于航道中心線的流速分量為0.29m/s。

該工況下行航道右岸岸邊流速達(dá)0.60m/s，因大堤附近水深較淺，建議對(duì)下行航道右岸大堤進(jìn)行護(hù)砌。

3.1.2 最低通航水位

0+800 斷面最大流速為1.50m/s，進(jìn)入航道后主流位于航道左側(cè)，因過(guò)流斷面增大，流速迅速降低，至0+1400 斷面，最大流速降為0.53m/s。淮河側(cè)航道口門(mén)區(qū)有一約550m×150m（長(zhǎng)×寬，以下同）的回流區(qū)，最大回流流速位于航道右岸，達(dá)0.73m/s，超過(guò)規(guī)范的規(guī)定值0.40m/s。

航道錨泊區(qū)流態(tài)良好，東淝河與淮河交匯處主流位于上行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內(nèi)最大流速為0.48m/s，上行航道出口斷面流速偏向航道右側(cè)，最大流速為0.39m/s，出航道后與淮河主流匯合，最大流速為0.51m/s。下行航道流速小于0.20m/s。

3.1.3 東淝閘退水設(shè)計(jì)工況

水流出東淝閘進(jìn)入航道前最大流速為1.17m/s，0+800 斷面航道內(nèi)最大流速為1.06m/s，水流方向與航道中心線的夾角約為40°，垂直于航道中心線的流速分量為0.68m/s，超過(guò)規(guī)范的規(guī)定值0.30m/s。

航道錨泊區(qū)處水流主流位于航道右側(cè)，最大流速降為0.85m/s?；春觽?cè)航道口門(mén)區(qū)有一約400m×150m的回流區(qū)，最大回流流速位于航道右岸，達(dá)0.73m/s，超過(guò)規(guī)范的規(guī)定值0.40m/s。

東淝河與淮河交匯處主流位于下行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內(nèi)最大流速為0.63m/s，下行航道出口斷面最大流速為0.85m/s。

上行航道主流偏向航道右側(cè)，最大流速為0.32m/s，航道水流至與老東淝河交匯處轉(zhuǎn)向老東淝河下游，老東淝河出流通過(guò)航道匯入淮河，老東淝河出流與航道中心線的夾角約40°，最大流速為0.71m/s，垂直于航道中心線的流速分量為0.46m/s，超過(guò)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。上行航道出口斷面最大流速為0.39m/s。

3.1.4 東淝閘退水校核工況

0+800 斷面水流最大流速為1.06m/s，航道錨泊區(qū)處水流主流位于航道右側(cè)，最大流速降為0.66m/s。淮河側(cè)航道口門(mén)區(qū)有一約400m×150m 的回流區(qū)，回流流速位于航道右岸，達(dá)0.60m/s，超過(guò)規(guī)范的規(guī)定值0.40m/s。

東淝河與淮河交匯處主流位于下行航道，水流方向與航道中心線基本一致，航道主槽內(nèi)最大流速為0.78m/s，下行航道出口斷面最大流速為0.93m/s。

上行航道主流偏向航道右側(cè)，最大流速為0.32m/s，老東淝河出流基本沿老東淝河走向，與航道中心線的夾角約60°，最大流速為0.60m/s，垂直于航道中心線的流速分量為0.52m/s，超過(guò)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。上行航道上游出口斷面最大流速為0.34m/s。

3.2 優(yōu)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將新東淝河與航道交匯處開(kāi)挖至與航道底高程11.54m 一致，河道底寬為69.0m，向上游以1 ∶10 的坡與老河槽相接。航道與淮河交匯處設(shè)單航線，航線向淮河上游轉(zhuǎn)彎半徑為330m。航道最窄處位于錨泊區(qū)下游，寬為90.0m。上下行航道合并方案設(shè)計(jì)布置示意圖見(jiàn)圖1。

3.2.1 最高通航水位

表1 東淝河入淮口模型試驗(yàn)工況表

東淝閘閘下至淮河為靜水區(qū)。上行航道與淮河交匯處水流表面最大流速為0.60m/s，水流方向與上行航道中心線基本垂直，水流條件不滿足規(guī)范要求；下行航道與淮河交匯處水流表面最大流速為0.55m/s，水流方向與下行航道中心線的夾角約為35°，垂直于下行航道中心線的流速分量為0.32m/s，略超過(guò)規(guī)范要求。

因東淝河河口航道開(kāi)挖較寬，且最高通航水位時(shí)，淮河流量大于等于6500m3/s 的時(shí)間較少，自1954年至今共計(jì)76 天，建議此工況下通過(guò)上行航道船只繞行下行航道，通過(guò)下行航道船只應(yīng)靠航道左側(cè)行駛，遠(yuǎn)離右側(cè)航道邊坡。

該工況下行航道右岸岸邊流速達(dá)0.62m/s，因大堤附近水深較淺，建議對(duì)下行航道右岸大堤進(jìn)行護(hù)砌。

3.2.2 最低通航水位

東淝河在航道口門(mén)區(qū)上游拓寬后，水流進(jìn)入航道流速顯著降低，0+800 斷面最大流速為0.66m/s，航道口門(mén)區(qū)為靜水區(qū)。

錨泊區(qū)處水流主流位于左側(cè)，錨泊區(qū)最大流速小于0.30m/s，錨泊區(qū)以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.46m/s。東淝河與淮河交匯口門(mén)區(qū)因過(guò)流斷面增大，最大流速降為0.25m/s。

3.2.3 東淝閘退水設(shè)計(jì)工況

0+800 斷面最大流速為1.08m/s，航道口門(mén)區(qū)為弱回流區(qū)，最大回流流速為0.21m/s。

錨泊區(qū)處水流主流位于航道中心線附近，最大流速為0.76m/s，錨泊區(qū)以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.76m/s。下行航道口門(mén)區(qū)水流方向與航道中心線基本一致，最大流速為0.75m/s。上行航道口門(mén)區(qū)為回流區(qū)，最大回流流速為0.28m/s。老東淝河河口出口斷面最大流速0.41m/s，水流出河口進(jìn)入交匯區(qū)后因水面擴(kuò)大，至航道范圍內(nèi)流速降至0.30m/s 以下。

圖1 上下行航道合并方案設(shè)計(jì)布置示意圖

3.2.4 東淝閘退水校核工況

0+800 斷面最大流速為1.41m/s，航道口門(mén)區(qū)右側(cè)有一回流區(qū)，最大回流流速為0.44m/s，位于右岸邊坡，超出航道范圍，建議加強(qiáng)航道標(biāo)識(shí)，引導(dǎo)船只避開(kāi)此不良水流流態(tài)區(qū)域。

錨泊區(qū)處水流主流位于航道中心線附近，最大流速為0.76m/s，錨泊區(qū)以下水流流速分布基本均勻平順，最大流速為0.92m/s。下行航道口門(mén)區(qū)水流方向與航道中心線基本一致，最大流速為0.94m/s。上行航道在老東淝河與下行航道水流主流間為回流區(qū)，最大回流流速為0.35m/s。老東淝河河口出口斷面最大流速0.41m/s，因水流方向與上行航道中心線基本垂直，故超過(guò)規(guī)范要求。

因東淝閘遭遇該工況的可能性較小，建議此工況下通過(guò)上行航道船只繞行下行航道。

4 結(jié)論與建議

（1）原設(shè)計(jì)方案上下行航道分開(kāi)布置試驗(yàn)，各試驗(yàn)工況水流流態(tài)均不滿足規(guī)范值要求。

（2）優(yōu)化修改方案上下行航道合并試驗(yàn)，最低通航水位和東淝閘退水設(shè)計(jì)工況時(shí)，航道口門(mén)區(qū)、錨泊區(qū)和東淝河與淮河交匯口門(mén)區(qū)水流條件良好，滿足規(guī)范要求。最高通航水位和東淝閘退水校核工況時(shí)，上行航道流速超過(guò)規(guī)范要求，因東淝閘遭遇最高通航水位和東淝閘退水校核工況的可能性較小，此工況下需上行的船只可以通過(guò)繞行下行航道來(lái)解決。

（3）建議采用上下行航道合并方案作為推薦方案■