耿楼枢纽模型试验研究

2013-05-29胡国良

治淮 2013年3期

胡国良

（安徽省·水利部淮委水利科学研究院安徽省水利水资源重点实验室蚌埠 233000）

1前言

耿楼枢纽位于沙颍河左岸太和县境内，利用史老家至井孜弯道在裁弯处修建枢纽，在节制闸右侧筑右岸封闭堤，将老河道封堵。整个枢纽由节制闸和船闸组成，枢纽工程建筑物设计等级为2级，节制闸设计过闸流量3910m3/s，校核流量4770m3/s；船闸按Ⅴ级航道设计，供300t级船队通航。

节制闸布置于右侧，船闸布置于南侧，两建筑物中间布置分流导堤。节制闸共布置12孔，单孔净宽7.5m，总净宽90m，底板高程21.00m，上下游引河、闸底板高程基本与现状河道相同，引河底宽上下游分别为107.66m和119.18m。船闸中心线与上下游河道中心线靠近，船闸闸室长120m，净宽12m，底板顶高程22.0m，上闸首底板顶高程为25.0m，下闸首底坎高程为22.00m。该布置中船闸上下游引航道均为直线，船队进出均很平顺，利于船闸运行。

2 方案整体布置及优化试验

2.1节制闸泄流能力分析

根据设计单位提供的设计控制条件，以50年一遇校核标准、20年一遇设计标准敞泄工况作为验证闸孔泄流能力的两种工况。校核泄流工况H上＝37.91m，H下＝37.66m，Q=4770m3/s；设计泄流工况H上＝37.02m，H下＝36.77m，Q=3910m3/s。试验时控制流量及下游水位，实测上游水位分别为37.89m、36.95m，均稍低于设计值，故节制闸泄流能力满足要求。

2.2节制闸及船闸流速及流态分析

节制闸上游总体流态较平顺，出流流态较好。由于节制闸偏向上游主河道右侧，故各运行工况下，主流经过分流导堤后，从堤顶至翼墙顶出现大面积回流。从实测结果看，各工况下回流均影响至导堤坡脚处。校核工况最大回流流速达0.97m/s，同时，导堤顶端出现1.42m/s的横向流速。

各运行工况下，闸下游翼墙后均出现小范围回流。校核工况、设计工况时防冲槽末端最大垂线平均流速分别为1.94m/s、1.74m/s，此时相应的不冲流速分别为1.88m/s、1.85m/s，校核工况时最大垂线平均流速稍大于不冲流速。考虑到工程实际运用过程中，校核洪水的出现频率很小，而防冲槽经少量的冲刷即可满足不冲流速的要求，且少量冲刷不影响节制闸的结构安全。故可以认为各工况下防冲槽末端不致出现冲刷破坏。

表1 耿楼枢纽节制闸闸门开启顺序表

表2 耿楼枢纽闸门管理运用试验成果表

最高通航工况时，上游引航道出现300m×80m的回流，最大回流流速达到0.38m/s。下游引航道流态较好。

2.3方案优化试验分析

为了减小甚至消除节制闸上游左岸分流导堤处回流，试验对枢纽上游主河道右岸进行切滩、分流导堤裹头进行修改，在上游引航道内回流流速不超出规定值的情况下，使上游来流尽量偏向节制闸并均匀过流。经过对不同切滩曲线、分流导堤裹头型式、下游翼墙型式进行模型试验比较并优化后，各工况下上游水流平顺进流，原导堤处回流现象完全消除；各闸孔流速基本平均；下游出流流态较好，经翼墙后水流扩散较充分，翼墙后回流流速较小。校核工况时防冲槽末端最大垂线平均流速实测值为1.91m/s，仅稍大于相应不冲流速1.88m/s。设计工况时防冲槽末端最大垂线平均流速实测值为1.74m/s，小于相应不冲流速1.85m/s。

3 枢纽运行管理

从设计提供的试验工况中，选取恶劣放水工况进行试验。闸上水位按33.50m控制，以2孔为一组，按均匀、对称的开启原则，每次开启高度为0.5m，逐次提高。分别试验1-12孔、2-11孔、3-10孔、4-9孔、5-8孔、6-7孔（在此假定启闭机同时启动台数为2台，若超过2台，则以试验中2的倍数按顺序进行开启即可。因闸孔总数为偶数，则闸孔数值从左至右或从右至左均可）同时开启时闸下流速及流态，选出最优开启方式。在确定2孔开启方式后，再依次试验开启4孔、6孔、8孔、10孔、12孔，以确定闸门最佳开启过程。

在开启1-12孔时，水流从闸孔出流后，一部分顺翼墙下泄、一部分在消力池内形成回流，但回流没有危及闸室墙；开启 2-11、3-10、4-9、5-8孔时，回流不仅在消力池内形成，而且向外在翼墙边也出现回流，同时随着开启高度及流量的增加，回流流速也随之加大；而开启6-7孔时，则回流由中间向两边扩散。从上述试验现象可以确定若只开启2孔，则1-12孔为最佳开启孔位。

在2孔闸门开启基础上，依次试验开启4孔、6孔、8孔、10孔，直至全开。经过试验比较，得出闸门最佳开启顺序为1-12孔→3-10孔→5-8孔→2-11孔→4-9孔→6-7孔。

闸门开启方法与顺序见表1。

闸门关闭顺序与闸门开启顺序相反。

4 闸门控制运行成果

按恶劣放水工况，控制上游水位33.50m不变，下游水位与流量则按照设计院提供的流量～下流水位关系进行控制，分别实测了齐开1m、2m、4m、6m、8m等5组工况，各工况对应泄量、下游水位、防冲槽末端最大垂线平均流速、相应不冲流速等试验值成果见表2。从表中可以看出，各工况下，防冲槽末端最大垂线平均流速均小于其相应不冲流速，即下游防冲槽从低水位开始均不会受到冲刷。同时，可以根据上游来流情况，在闸门开度达到2～3m时即可提升至敞泄状态。