獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘上下游沖淤現(xiàn)象淺析

周 琪

科技創(chuàng)新

獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘上下游沖淤現(xiàn)象淺析

周 琪

分析獻(xiàn)縣樞紐子牙新河引河段折沖水流的形成與危害，以及造成閘上下游附近河段沖淤的主要因素，提出利用閘門(mén)操作升降均衡控流，以及在子牙河引河與子牙新河引河分流處迎水坡采用鐵籠拋石等，從源頭減輕沖淤危害的建議。

進(jìn)洪閘；沖淤危害；升降均衡控流法

獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘是子牙河水系重要的泄洪工程之一。該閘于1967年8月投入運(yùn)用至今防洪效益十分明顯，獻(xiàn)縣泛區(qū)發(fā)生洪水時(shí)的淹沒(méi)面積同比大幅減少。但遇較大洪水時(shí)，獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘上下游附近河段常出現(xiàn)明顯的沖淤現(xiàn)象，造成河道變形、抬高洪水水位，不利于樞紐工程的安全運(yùn)行?，F(xiàn)重點(diǎn)對(duì)可能造成河道沖淤現(xiàn)象的諸多因素進(jìn)行研究分析，并提出有針對(duì)性的對(duì)策建議。

1.工程概況

子牙新河為復(fù)試河床，深槽靠北側(cè)。進(jìn)洪閘位于獻(xiàn)縣城西北3.5km處子牙新河主槽的上口，該閘與行洪灘地溢流堰、子牙老河節(jié)制閘聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，上承滏陽(yáng)新河、滏陽(yáng)河、滹沱河的來(lái)水。大洪水時(shí)控制子牙老河流量，使洪水充分由子牙新河下泄；中小水時(shí)由子牙新河、老河分流，保證子牙新河灘地不受淹，訊后蓄水灌溉。

獻(xiàn)縣進(jìn)洪閘為開(kāi)敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘孔總凈寬48.0m，共6孔，每孔凈寬8.0m，閘門(mén)高6.5m，閘底板設(shè)計(jì)高程7.0m（黃?；鶞?zhǔn)，下同）。進(jìn)洪閘順?biāo)鞣较蛉L(zhǎng)105.8m，包括上游防滲鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段和防沖槽段。設(shè)計(jì)過(guò)閘流量為943m3/s、水位16.3m。工程規(guī)模為大（2）型。

2.沖淤情況

子牙新河進(jìn)洪閘上下游附近河段每次較大行洪后均出現(xiàn)明顯的沖淤情況，如1996年“96·8”歷史最大行洪時(shí)，該河段出現(xiàn)了嚴(yán)重的沖淤現(xiàn)象。一是子牙老河引河口上游附近淤積成長(zhǎng)90.0m、寬45.0m、高3.5m的細(xì)沙平臺(tái)，擋住了子牙老河入口，相對(duì)子牙新河進(jìn)洪閘引河河床變形沖成S形彎道；二是距離子牙新河進(jìn)洪閘上游約200.0m的左岸至河內(nèi)，水位在13.5m以下時(shí)形成一片死水區(qū)淺灘，相對(duì)右岸在每次大洪水后均出現(xiàn)圓弧形坍岸；三是子牙新河進(jìn)洪閘入閘各孔水流流量、流速分布極不均勻；四是行洪期間，子牙新河進(jìn)洪閘消力池內(nèi)、海漫段分別出現(xiàn)一個(gè)螺旋狀大水渦。洪水過(guò)后原水渦處各出現(xiàn)1個(gè)寬2.0m、深2.5m的圓錐形沖坑；五是子牙新河進(jìn)洪閘防沖槽下游左岸坡腳被洪水沖出帶狀深溝，該段60m范圍內(nèi)干砌石護(hù)坡多處塌陷，未砌護(hù)的河坡出現(xiàn)了約30m長(zhǎng)圓弧形坍岸。相對(duì)右岸至河內(nèi)淤積成長(zhǎng)58.0m、寬35.0m、高2.0m的半島形沙洲。見(jiàn)圖1。

3.原因分析

3.1 子牙河引河、子牙新河引河分流處折沖水流的形成與傳播

仍以獻(xiàn)縣樞紐歷史最大行洪“96·8”為例，子牙河由節(jié)制閘下泄最大流量為106.0m3/s，子牙新河主槽最大下泄流量為1090.0m3/s，相應(yīng)水位為14.49m。獻(xiàn)縣樞紐工程技施設(shè)計(jì)水工模型試驗(yàn)及大洪水后產(chǎn)生的淤積證明：兩河分流處左側(cè)子牙河引河口附近水位在13.5m以上時(shí)，13.5m以下形成一片死水區(qū)。

根據(jù)水力學(xué)分析，河槽內(nèi)以相同流速流動(dòng)的水流中,上游水流愈接近兩河分流處的迎水坡流速則愈慢，在迎水坡中心附近達(dá)到極限，速度接近于零。水流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能。而在下一時(shí)刻，水流在局部壓力差的作用下加速遠(yuǎn)離圓弧形坡面，此過(guò)程往來(lái)復(fù)去。水流在局部相對(duì)壓力差小的分流處左側(cè)子牙老河口附近基本不流動(dòng)；在局部相對(duì)壓力差大的右側(cè)沿壓力差較大方向，主流以初速度為零加速流動(dòng)，即主流由初始的東北流向折向東南流向，使河道斷面流量、流速分布極不均勻，形成了折沖水流。并在兩岸間、水閘隔墻上等處不斷擺動(dòng)傳播。

圖1 獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘上下游沖淤位置示意圖

3.2 折沖水流的危害特征

從發(fā)生折沖水流的部位看，折沖水流具有明顯的危害特征。一是總體上沖左淤右（或沖右淤左）。即水流遇阻減速時(shí)挾沙能力下降，在局部相對(duì)壓力差小的河道中心線(xiàn)一側(cè)，泥沙形成垂向沉積。在局部相對(duì)壓力差大的另一側(cè)出現(xiàn)加速段，造成河床沖刷致不斷變形使河槽過(guò)分彎曲抬高洪水位，影響防洪安全；二是局部上沖前塌后。即水流遇阻折向局部相對(duì)壓力差大的另一側(cè)時(shí)，在初始加速段形成河床沖刷，嚴(yán)重時(shí)引起河岸坍岸；三是形成漩渦。折沖高速主流遇下降水流易激成螺旋狀水渦，造成沖坑危害。

3.3 樞紐布置因素

獻(xiàn)縣樞紐布置的有利因素和不利因素。一是樞紐布置有利因素。在技施設(shè)計(jì)階段參照樞紐整體模型放水實(shí)驗(yàn)及補(bǔ)充地質(zhì)勘測(cè)成果，進(jìn)洪閘由初設(shè)位置向上游移110.0m，子牙新河進(jìn)洪閘中心線(xiàn)由初設(shè)位置南移96.6m，與節(jié)制閘上游引河的距離增加到533.0m。這樣移動(dòng)的結(jié)果，可以減少在子牙新河泄洪時(shí)所形成的橫流對(duì)子牙老河行船的影響，減少裹頭的填土方量和避免了田莊村的拆遷；二是不利因素。兩引河分水角變大；子牙新河進(jìn)洪閘與分流處距離縮短。以上兩因素，均增大了水流在兩河分流處形成的折沖水流對(duì)子牙新河進(jìn)洪閘上下游附近河段沖和淤的幾率。

3.4 水閘運(yùn)用因素

子牙新河獻(xiàn)縣樞紐工程技施設(shè)計(jì)指出：進(jìn)洪閘閘孔編號(hào)自南向北為1、2、3、4、5、6號(hào)孔。兩孔一組均勻開(kāi)啟，先開(kāi)1,6號(hào)孔（以利減少邊墩外側(cè)的淤積），然后開(kāi)啟2,5號(hào)孔；6孔都要開(kāi)啟時(shí)，3、4號(hào)應(yīng)逐孔（不同時(shí)）開(kāi)啟。閉閘時(shí)應(yīng)對(duì)稱(chēng)地先閉中間孔后閉邊孔。以上有關(guān)閘孔的運(yùn)用，是根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，為了避免閘后的沖刷而提出來(lái)的，必須說(shuō)明的是下游河道會(huì)有沖有淤，所以應(yīng)在實(shí)際運(yùn)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)定出符合實(shí)際情況的運(yùn)用辦法。

3.5 河道沖刷因素

滹沱河河道。黃壁莊水庫(kù)至龍泉固河道縱坡1/1500-1/2300，龍泉固至獻(xiàn)縣河道縱坡1/2800-1/4225，上游河道縱坡陡，河岸、灘地多為沙質(zhì)土壤。行洪時(shí)上游段由于河床縱坡陡、水流急，故發(fā)生沖刷，此時(shí)挾沙力大，大量泥沙被挾至下游；由于水流含沙量高在水流流向、流速突變處附近增大了泥沙垂向沉積幾率。

4.對(duì)策建議

綜上所述，減輕獻(xiàn)縣樞紐進(jìn)洪閘上下游沖淤現(xiàn)象應(yīng)多措并舉。一是調(diào)整現(xiàn)行的閘門(mén)運(yùn)用方式，恢復(fù)使用子牙新河獻(xiàn)縣樞紐工程技施設(shè)計(jì)提出的進(jìn)洪閘閘孔和開(kāi)啟度運(yùn)行方案。二是采用閘門(mén)升降均衡控流法，即利用“蹺蹺板”原理，在獻(xiàn)縣進(jìn)洪閘閘上水位低于13.5m時(shí)由閘門(mén)控制泄流時(shí)，以上游折沖主流流入為主的4、5號(hào)閘孔，上、下游折沖點(diǎn)連線(xiàn)推出中的5號(hào)閘門(mén)和流量相對(duì)較小的2號(hào)閘孔閘門(mén)為兩個(gè)端點(diǎn)，以河道中心線(xiàn)為支點(diǎn)，在按進(jìn)洪閘正常開(kāi)啟方案基礎(chǔ)上，降低5號(hào)閘門(mén)開(kāi)度，升高2號(hào)閘門(mén)開(kāi)度。具體調(diào)整比例結(jié)合上、下游水位和下游水文站觀(guān)測(cè)成果得出，首次建議按1∶1.2，即5號(hào)閘門(mén)每次下降0.10m，2號(hào)閘門(mén)提升0.12m。原則是各閘孔盡量均衡出流，將河道主流盡量調(diào)至河中心成順直水流；下泄流量、水位于調(diào)整前總體不變。三是鐵籠拋石。在子牙河引河、子牙新河引河分流處的迎水坡折沖點(diǎn)附近利用鐵籠拋石，以減輕形成集中折流，從源頭上改善折沖水流對(duì)下游形成的危害。

2022-05-10

周 琪，女,漢族，河北省子牙河河務(wù)中心，助理工程師。