周 琪

科技创新

献县枢纽进洪闸上下游冲淤现象浅析

周 琪

分析献县枢纽子牙新河引河段折冲水流的形成与危害，以及造成闸上下游附近河段冲淤的主要因素，提出利用闸门操作升降均衡控流，以及在子牙河引河与子牙新河引河分流处迎水坡采用铁笼抛石等，从源头减轻冲淤危害的建议。

进洪闸；冲淤危害；升降均衡控流法

献县枢纽进洪闸是子牙河水系重要的泄洪工程之一。该闸于1967年8月投入运用至今防洪效益十分明显，献县泛区发生洪水时的淹没面积同比大幅减少。但遇较大洪水时，献县枢纽进洪闸上下游附近河段常出现明显的冲淤现象，造成河道变形、抬高洪水水位，不利于枢纽工程的安全运行。现重点对可能造成河道冲淤现象的诸多因素进行研究分析，并提出有针对性的对策建议。

1.工程概况

子牙新河为复试河床，深槽靠北侧。进洪闸位于献县城西北3.5km处子牙新河主槽的上口，该闸与行洪滩地溢流堰、子牙老河节制闸联合调度运用，上承滏阳新河、滏阳河、滹沱河的来水。大洪水时控制子牙老河流量，使洪水充分由子牙新河下泄；中小水时由子牙新河、老河分流，保证子牙新河滩地不受淹，讯后蓄水灌溉。

献县进洪闸为开敞式钢筋混凝土结构，闸孔总净宽48.0m，共6孔，每孔净宽8.0m，闸门高6.5m，闸底板设计高程7.0m（黄海基准，下同）。进洪闸顺水流方向全长105.8m，包括上游防渗铺盖段、闸室段、消力池段、海漫段和防冲槽段。设计过闸流量为943m3/s、水位16.3m。工程规模为大（2）型。

2.冲淤情况

子牙新河进洪闸上下游附近河段每次较大行洪后均出现明显的冲淤情况，如1996年“96·8”历史最大行洪时，该河段出现了严重的冲淤现象。一是子牙老河引河口上游附近淤积成长90.0m、宽45.0m、高3.5m的细沙平台，挡住了子牙老河入口，相对子牙新河进洪闸引河河床变形冲成S形弯道；二是距离子牙新河进洪闸上游约200.0m的左岸至河内，水位在13.5m以下时形成一片死水区浅滩，相对右岸在每次大洪水后均出现圆弧形坍岸；三是子牙新河进洪闸入闸各孔水流流量、流速分布极不均匀；四是行洪期间，子牙新河进洪闸消力池内、海漫段分别出现一个螺旋状大水涡。洪水过后原水涡处各出现1个宽2.0m、深2.5m的圆锥形冲坑；五是子牙新河进洪闸防冲槽下游左岸坡脚被洪水冲出带状深沟，该段60m范围内干砌石护坡多处塌陷，未砌护的河坡出现了约30m长圆弧形坍岸。相对右岸至河内淤积成长58.0m、宽35.0m、高2.0m的半岛形沙洲。见图1。

3.原因分析

3.1 子牙河引河、子牙新河引河分流处折冲水流的形成与传播

仍以献县枢纽历史最大行洪“96·8”为例，子牙河由节制闸下泄最大流量为106.0m3/s，子牙新河主槽最大下泄流量为1090.0m3/s，相应水位为14.49m。献县枢纽工程技施设计水工模型试验及大洪水后产生的淤积证明：两河分流处左侧子牙河引河口附近水位在13.5m以上时，13.5m以下形成一片死水区。

根据水力学分析，河槽内以相同流速流动的水流中,上游水流愈接近两河分流处的迎水坡流速则愈慢，在迎水坡中心附近达到极限，速度接近于零。水流的部分动能转化为位能。而在下一时刻，水流在局部压力差的作用下加速远离圆弧形坡面，此过程往来复去。水流在局部相对压力差小的分流处左侧子牙老河口附近基本不流动；在局部相对压力差大的右侧沿压力差较大方向，主流以初速度为零加速流动，即主流由初始的东北流向折向东南流向，使河道断面流量、流速分布极不均匀，形成了折冲水流。并在两岸间、水闸隔墙上等处不断摆动传播。

图1 献县枢纽进洪闸上下游冲淤位置示意图

3.2 折冲水流的危害特征

从发生折冲水流的部位看，折冲水流具有明显的危害特征。一是总体上冲左淤右（或冲右淤左）。即水流遇阻减速时挟沙能力下降，在局部相对压力差小的河道中心线一侧，泥沙形成垂向沉积。在局部相对压力差大的另一侧出现加速段，造成河床冲刷致不断变形使河槽过分弯曲抬高洪水位，影响防洪安全；二是局部上冲前塌后。即水流遇阻折向局部相对压力差大的另一侧时，在初始加速段形成河床冲刷，严重时引起河岸坍岸；三是形成漩涡。折冲高速主流遇下降水流易激成螺旋状水涡，造成冲坑危害。

3.3 枢纽布置因素

献县枢纽布置的有利因素和不利因素。一是枢纽布置有利因素。在技施设计阶段参照枢纽整体模型放水实验及补充地质勘测成果，进洪闸由初设位置向上游移110.0m，子牙新河进洪闸中心线由初设位置南移96.6m，与节制闸上游引河的距离增加到533.0m。这样移动的结果，可以减少在子牙新河泄洪时所形成的横流对子牙老河行船的影响，减少裹头的填土方量和避免了田庄村的拆迁；二是不利因素。两引河分水角变大；子牙新河进洪闸与分流处距离缩短。以上两因素，均增大了水流在两河分流处形成的折冲水流对子牙新河进洪闸上下游附近河段冲和淤的几率。

3.4 水闸运用因素

子牙新河献县枢纽工程技施设计指出：进洪闸闸孔编号自南向北为1、2、3、4、5、6号孔。两孔一组均匀开启，先开1,6号孔（以利减少边墩外侧的淤积），然后开启2,5号孔；6孔都要开启时，3、4号应逐孔（不同时）开启。闭闸时应对称地先闭中间孔后闭边孔。以上有关闸孔的运用，是根据水力学计算，为了避免闸后的冲刷而提出来的，必须说明的是下游河道会有冲有淤，所以应在实际运用中总结经验定出符合实际情况的运用办法。

3.5 河道冲刷因素

滹沱河河道。黄壁庄水库至龙泉固河道纵坡1/1500-1/2300，龙泉固至献县河道纵坡1/2800-1/4225，上游河道纵坡陡，河岸、滩地多为沙质土壤。行洪时上游段由于河床纵坡陡、水流急，故发生冲刷，此时挟沙力大，大量泥沙被挟至下游；由于水流含沙量高在水流流向、流速突变处附近增大了泥沙垂向沉积几率。

4.对策建议

综上所述，减轻献县枢纽进洪闸上下游冲淤现象应多措并举。一是调整现行的闸门运用方式，恢复使用子牙新河献县枢纽工程技施设计提出的进洪闸闸孔和开启度运行方案。二是采用闸门升降均衡控流法，即利用“跷跷板”原理，在献县进洪闸闸上水位低于13.5m时由闸门控制泄流时，以上游折冲主流流入为主的4、5号闸孔，上、下游折冲点连线推出中的5号闸门和流量相对较小的2号闸孔闸门为两个端点，以河道中心线为支点，在按进洪闸正常开启方案基础上，降低5号闸门开度，升高2号闸门开度。具体调整比例结合上、下游水位和下游水文站观测成果得出，首次建议按1∶1.2，即5号闸门每次下降0.10m，2号闸门提升0.12m。原则是各闸孔尽量均衡出流，将河道主流尽量调至河中心成顺直水流；下泄流量、水位于调整前总体不变。三是铁笼抛石。在子牙河引河、子牙新河引河分流处的迎水坡折冲点附近利用铁笼抛石，以减轻形成集中折流，从源头上改善折冲水流对下游形成的危害。

2022-05-10

周 琪，女,汉族，河北省子牙河河务中心，助理工程师。