盐灌船闸下游河段整治方案研究.doc

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1、精品论文大全盐灌船闸下游河段整治方案研究李海泉，陈国平，李安中，严世常1 河海大学，江苏南京（210098） E-mail：lhq-27 摘要：潮汐河口建闸后，闸下淤积是潮波变形造成的必然趋势1，盐灌船闸兴建后，对下游 河床减淤措施研究就十分必要。本文提出盐灌船闸下游引航道及东三岔整治多种定床阶段试 验方案，并对每种方案流速、流态及横流进行分析，对多种方案的优缺点及可行性进行比较， 得出闸下引航道、东三岔整治的最优方案，从而为下一阶段的动床试验提供了可靠的资料，也为规划设计提供了借鉴。 关键词：船闸;定床试验；流速；流态；横流1.前言1.1工程概况根据我省等级航道规划要求，建设平行于京杭大运河

2、的南北水运通道连申线，成为 开发苏北里下河地区经济的重要纽带。自连云港经盐河南下，通过武障河与灌河沟通，转入 通榆河直达长江北岸。其卡口河段主要是武障河段，上端与盐河正交，现尚无船闸沟通；下 端东三岔数河交汇，流态紊乱对航道安全影响很大；而东三岔至盐灌船闸处，长约 12km， 河道处于下游淤积段，与三级航道尺度要求相差甚远。上端建船闸，下端裁弯开槽，中间河 段减淤，这一系列工程要求均与潮汐、泥沙、流场、流态有关，因此，提出综合研究该河段 的问题，进行包括分析、测验、定床、动床物模试验等一系列研究，提出建设该通道的科学 依据。本文就定床阶段的试验结果进行介绍，从而提出了定床阶段的最优方案。1.2

3、模型设计研究河段范围是武障河全部及上端的船闸和下端东三岔切滩开新槽出口下游 2km的灌 河主河道处，全长 20km左右。上游要模拟四河泄洪流量过程，下游要模拟潮汐过程，因东 三岔处有义泽河汇入，需做扭曲水道模拟其它三河的汇合水量，如图 1-1 所示。根据河宽、水深及场地条件，进行变态的定床模型，取用水平比尺 L = 240 ，垂直比尺 H = 60 ，变 率 = 4 ，符合内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程（JTJ232-98）要求，对于感潮河 段的物理模型，为使水流和潮汐运动达到模型与原型相似，需满足非恒定流水流运动方程及水流重力相似、水流阻力准则；满足紊流阻力平方区限制条件，水流雷诺数应大

4、于 1000；模型水流应避免表面张力影响，试验段的最小水深应大于 3cm2。 由以上条件计算得到下列比尺：- 9 -流速比尺v = 7.742 3糙率比尺 = H = 0.991nL 2流量比尺Q = L H V= 111456水流时间比尺t1= Ll= 31.0V1.3定床验证试验图 1-1 模型布置示意图模型定床验证主要是测量模型沿程各测点的水位、流速是否与实测资料一致，从而判断 模型与天然河道阻力是否相似，从而指导模型加糙或减糙，以达到模型水流与原河流相似为 止，在此基础上才得以进行工程方案试验。潮位验证过程中通过潮位跟踪对部分河段采用橡 皮块梅花贴底加糙，并以义泽河测流断面的潮位过程线

5、相似为准，对义泽河通过扭曲水道模 拟上游河床容量进行调整，通过以上多次验证，最后使潮位过程与天然潮位完全一致，如图1-2、图 1-3，分别为潮位及流速验证曲线，符合规程要求。H(m) 灌河4 原型2 模型0-2 0 5 10 15 20 25 30 35 T(h)图 1-2 测流断面潮位验证图灌河 V(m/s)2 原型1 模型0-1 0 5 10 15 20 25 30 35 T(h)2.方案布置图 1-3 测流断面流速验证图实验过程中选取了不同的方案，以便选择优良方案，在以后动床时进行冲淤试验。因河床较顺直，也比较窄，考虑到对两岸影响，不宜大挑大堵，同时不允许威胁到大堤的安 全，所以选取的工

6、程方案受限制，现提出船闸引航道 3 个导堤方案，最后再量测无导堤的 情况；东三岔提出四个方案，而每个方案有加潜坝和不加潜坝两种。潜坝设在原武障河与 义泽河交汇处，堤顶高程定在0.0m。2.1船闸下游引航道出口方案 3(1) 导堤长 120m，与下游引航道岸线平顺延长，导堤缺口较低，从-1.17m-2.17m, 四个缺口依次向下游降低，为原设计方案。(2) 导堤长 130m 与武障河道岸线平顺延长，导堤缺口由于受原岸滩高程限制，缺口 高程定在0.0m。(3) 导堤长 168m，与武障河主河道岸线延长，导堤缺口高程同（2）方案。 (4) 无导堤主要观测在径流下泄时产生的最大横流。以上方案布置如图

7、2-1 所示图 2-1 引航道方案布置图2.2东三岔裁弯方案 31 东三岔裁弯设计方案，挖槽长 x 宽为 1000 x 45m，河底高程按三级航道水深要 求，高程为-4.25m，两岸护岸，老河出口段不设潜坝。2 方案同 1，设潜坝坝高0.0m, 拟加速老河淤死，保证新开引河流量3 东三岔新开槽出口设 120 m 平顺延伸导流堤，不建潜坝。4 同方案 3，设潜坝5 东三岔新开槽出口设 120m 偏左 15导流堤，拟调整汇流交角，张开口便于增 加涨潮进潮量，不建设潜坝6 同方案 5，设潜坝7 东三岔新开槽下段左滩地切角，使新开槽成喇叭口，便于纳潮，不建潜坝。8 同方案 7，设潜坝 以上四个方案八种

8、工况，布置如图 2-2 所示3. 方案比选论证图 2-2 东三岔裁弯方案布置图3.1 船闸下游引航道3.1 .1 引航道口原设计方案（1） 该方案由于在口门处设待泊区，扩大港池水域，在涨潮时形成静水区，因在河流顶端涨潮时，水位上涨抬高，但流速很小，将是今后淤积主要区域；当落急时在扩展水域中形成回 流，主流绕过导堤后，因右面水域宽，水流明显向右偏，在引航道出口产生横流。当有泄洪 径流时，横流更大，对船只进出口不利。所以该方案一开始就被否定，建议待泊区放到武障 河主河中，远离引航道出口处。3.1.2 设计修改方案（2）此方案是经过修改的方案，比较好，因此，进行了如表 3-1 所示的各种径流条件下的

9、流 态测定。首先进行无径流情况下，大小潮涨急落急时的流态。由其流态可看出，水流比较平 稳，因上游潮容体很小，潮流到此只有抬高水位，形成的流速不大。表 3-1盐东四闸典型年下泄流量表工况频率时段武障河闸六塘三河闸备注A5%四个月平均流量141.5203.169 月B5%月平均流量189.0401.07 月C近年常见的大泄水量300600D近年最大的泄水量500780O关闸，无径流下泄00124 月3.1.3修改导堤长度方案（3）导堤长度增加到 168m，因从（2）方案看，主流顺导堤方向下泄，到下游不远处主流有 向引航中挤的现象，同时在导堤口门有回流现象，从图 3-1 有看出回流现象，为此，考虑采

10、 用加长导堤，观测是否有效。长导堤 189m 方案（3），略有改善，但长导堤伸入主流河道较 大，对主流有挑流的作用，将会造成武障河左岸的不稳定，必须将引航道右岸的弯曲半径加 大，使引航道及早向右转弯，长导堤头才得以向右偏，不伸到主河道中。该思路因移动大堤 动作比较大，工程量也增加，而短导堤方案（2）也基本上能解决问题，故方案（3）不必进 一步深入研究下去。3.1.4不加导堤情况图 3-1 小潮落急武障河径流 189m/s 流态图为回答引航道口门不建导堤，在大径流下泄作用下，产生的横流情况，进一步说明加导 堤的必要性。用流速仪测量大潮落急时段引航道口门的流场，根据图 2-1 布置的网格，测定 各

11、节点的流速值。因是非恒定流状态，模型上时间很短，难于同步取到各点的流速值。现配 备 PIV 粒子成像流速场测量系统摄取流场，同时用小流速仪测最不利的流向、流速，现测出的主缓流交界线见图 2-1，其流速 V=1.16m/s，与引航道轴线的交角 21，则产生横流约0.41m/s。显然是不能满足规范要求，加导堤后基本不受横流影响。3.2 东三岔7.6.1 东三岔第 1 方案根据设计院工可报告对东三岔进行裁弯取直，该情况列为东三岔第 1 方案，为了预估东 三岔设计方案实施后裁弯段及上、下游处的流场特性，进行了该方案流场测试，在裁弯段及 上、下游共布置了 6 个测流断面，即：上游、进口、47#、48、出

12、口、下游，详见图 2-2 所 示。根据流场测试资料，分别统计出各测点涨、落潮最大流速，涨潮时，当下泄径流流量逐 渐增加，径流下泄对涨潮流的顶托作用加强，新开槽航道流速逐渐减小，当下泄径流 500 m3/s 时，涨潮流顶不住下泄径流，在径流作用下，水流向下游流动。当径潮流势力相当时，如图3-2 所示，在武障河原河道内产生两个比较明显的回流，预示将会产生淤积。落潮流场如图3-3 所示，为第 1 方案大潮落急径流 300 m3/s流态图，从图中可见，在径流配合潮流作用下， 新开槽内航道流速逐渐增大，由东三岔大潮涨、落潮最大流速统计可知，当径流增大到Q=500 m3/s时，东三岔航道上游进口前流速达

13、2.4m/s,在挖槽内流速约 1.8m/s左右。由图 3-3 显见， 落潮时，随着径流流量的增大，义泽河水流越来越逼近右岸，从而逼近开槽航道出口，当落 潮后期，水位愈低时，义泽河主流愈直冲新开槽出口，尤其落至低平潮时，义泽河水流最逼 近右岸，此时对航行最不利。同时从图 3-3 可以看出，落急时在东三岔武障河原河道内形成 了较明显的回流区域，与涨潮情况类似，在老河段中均产生回流。图 3-2 1 方案大潮涨急武障河径流 300m/s 流态图图 3-3 1 方案大潮落急武障河径流 300m/s 流态图3.2.2东三岔第 2 方案东三岔 2 方案是在东三岔第 1 方案的基础上武障河原河道（老河段）上设

14、置了潜坝，如 图 2-2 所示。在下泄径流流量一样的情况下，第 2 方案和第 1 方案的流场大致相同，设置潜 坝未起明显的作用，对该挖槽段内的流态影响很小，因此，在东三岔武障河原河道内部不需 要设置潜坝。3.2.3东三岔第 3、4 方案加 120 m 导堤 由于挖槽出口横流较大，同时希望涨潮时能从灌河中多分些水流到武障河中，增大涨落潮流速，则提出沿滩尾延长建一导堤。测流断面布置、试验组合和第 1 方案一致，该方案流 场如图 3-4 所示，为大潮落急径流 500m3/s流态图。由各测点大潮落潮最大流速统计，东三 岔方案在径流 189m3/s时流速为 0.8m/s左右，与第 1 方案基本一致，说明

15、加导堤后并未减少 槽内流速，未产生不利影响。设置导堤后，新开槽航道出口处水流平顺，几乎没有横流产生， 导堤引导水流的作用显而易见，使两河水流平顺汇合，比较理想。并且从导堤对义泽河无挑 流作用，涨落潮流向都很平顺，不会对河道左岸产生不利影响。裁弯后武障河老河段内的回 流区域仍存在，但与航道没有关系。第 4 方案为加潜坝方案，但无明显作用。图 3-4 3 方案大潮落急武障河径流 500 m/s 流态图3.2.4 东三岔第 5、6 方案加 120m 导堤左偏 15为进一步扩大进口断面，易于进出口水流，因此提出东三岔第 5 方案，是将第 3 方案的 导堤左偏 15，其余工程措施不变，根据实测流场可知导

16、堤挑流明显，将水流逼向左岸， 对河道左岸不利，将影响左岸的稳定且涨急时在导堤前沿有明显的绕流，产生较大的横流， 将影响航行安全。当径流更大时，上述现象加剧，更为不利，可看出挑角的方案不好。3.2.5 东三岔第 7、8 方案切角向外延伸导堤偏 15成喇叭口不利，是否可向后缩也形成喇叭口状，于是又提出切角 方案，在下口进行切滩，使得涨潮时水流易引入，加大流速，以冲深河槽。但在试验中发现， 切滩后并没有增加新开槽的流速，主要因新开槽河段及上游武障河窄、浅、长，沿程阻力较 大，使水流滞缓，仅在口门扩大，里面装不下，口门再大也吞不进，所以切滩后对槽内水流 流速、流量未产生太明显的作用。4. 推荐方案通过

17、对盐灌船闸下游引航道及东三岔整治多种方案的试验比较，提出推荐意见。船闸下 游引航道建议采用试验的（2）方案，出口建透水导堤，长 130m，堤顶为高潮位水面，透水 缺口高程与原武障河边滩高程基本一致，为0.0m 高程，保证涨落潮大部分时段水流可以 透过。导堤的走向与武障河岸线平顺延伸，导堤不产生挑流，只起到将武障河下泄主流与引 航道水域隔开的作用，到导堤尾端，引航道轴线已转成与武障河下游一致，不再产生两汊水 流交角，消除了横流的影响。东三岔整治方案推荐采用试验第 3 方案，在挖槽的下游出口接 一条与挖槽轴线平顺的导堤，堤长 120m，切滩后原凸嘴成江心洲，即在洲尾加一条顺坝， 向下延伸两汊交汇点

18、，减小交汇角，从而消除义泽河主流对出口航道的横流影响，试验中看 出导堤起到平顺两汊水流的作用，不挑流，对河道两岸不造成威胁。5. 结语潮汐河口建闸后,改变了闸下河道的动力条件,使涨潮流速大于落潮流速,涨潮带进的泥 沙远大于落潮带出的泥沙,使闸下河道发生严重淤积1。盐灌船闸及武障河潮汐水流定床模 型试验，主要了解船闸下游引航道出口及东三岔整治的情况，通过不同方案的水流条件提出 推荐方案。潮汐河口闸下淤积规律措施研究课题，以盐灌船闸、武障河减淤、东三岔整治等 系列内容为依托，是一项系统研究，有的在定床试验阶段解决，有些问题需在动床阶段解决， 甚至有的问题还需在试验基础上，广泛收集资料进行分析，提出

19、闸下淤积规律机理的解释。 由于工作过程较长，在定床物理模型试验阶段，仅从水流条件方案提出合理的相关建议。参考文献 1钱宁，万兆惠。泥沙运动力学M，北京：科学出版社，1983.12 2吴宋仁，陈永宽。港口及航道工程模型试验M，南京：河海大学出版社，2003.1 3陈国平，李安中等。盐灌船闸下游河段定床模型试验报告R，南京：河海大学出版社，2006.12Study on Regulatory Scenarios of Yanguan LocksLower BasinLi Haiquan , Chen Guoping , Li Anzhong , Yan Shichang1 Hohai Univer

20、sity, Beijing, PRC, 210098AbstractAfter the construction of Yanguan Lock on tidal estuaries, sediment deposition under lock is inevitable that is caused by the deformation of tidal wave, so, it is necessary to research the measures for deposition reduction to reduce the sediment deposition of lower

21、basin. The text put forwards a lot of testing scenarios in the stage of fixed-bed model test to regulate the Yanguan Lock s lower approach and Dongsancha, through analyzing the current velocity, the flow pattern and the cross current of every scenario and comparing of the merits and drawbacks and fe

22、asibility of every scenario we get the optimal scenario to regulate the lower approach and Dongsancha, accordingly, it provides dependable data for the mobile-bed model test of next stage and the use for reference for layout and design.Key words : navigation lock; fixed-bed model test; current velocity; flow pattern ; cross current