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級航道的要求，需對原東淝河河道疏浚拓寬并在淮河右岸灘地新開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]，開展該段模型試驗(yàn)研究。

在河道原型觀測資料分析的基礎(chǔ)上，通過水工模型試驗(yàn)研究，從航道的通航水流條件及口門區(qū)新開挖航道穩(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)航道口門區(qū)有一約550m×150m（長×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。淮河側(cè)航道口門區(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，略超過規(guī)范要求。

因東淝河河口航道開挖較寬，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，建議此工況下通過上行航道船只繞行下行航道，通過下行航道船只應(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區(qū)因過流斷面增大，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，引導(dǎo)船只避開此不良水流流態(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)，航道口門區(qū)、錨泊區(qū)和東淝河與淮河交匯口門區(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繞行下行航道來解決。

（3）建議采用上下行航道合并方案作為推薦方案■