周 琪

科技創(chuàng)新

獻縣樞紐進洪閘上下游沖淤現(xiàn)象淺析

周 琪

分析獻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。

進洪閘；沖淤危害；升降均衡控流法

獻縣樞紐進洪閘是子牙河水系重要的泄洪工程之一。該閘于1967年8月投入運用至今防洪效益十分明顯，獻縣泛區(qū)發(fā)生洪水時的淹沒面積同比大幅減少。但遇較大洪水時，獻縣樞紐進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行?，F(xiàn)重點對可能造成河道沖淤現(xiàn)象的諸多因素進行研究分析，并提出有針對性的對策建議。

1.工程概況

子牙新河為復(fù)試河床，深槽靠北側(cè)。進洪閘位于獻縣城西北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)度運用，上承滏陽新河、滏陽河、滹沱河的來水。大洪水時控制子牙老河流量，使洪水充分由子牙新河下泄；中小水時由子牙新河、老河分流，保證子牙新河灘地不受淹，訊后蓄水灌溉。

獻縣進洪閘為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘孔總凈寬48.0m，共6孔，每孔凈寬8.0m，閘門高6.5m，閘底板設(shè)計高程7.0m（黃?；鶞?，下同）。進洪閘順水流方向全長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)計過閘流量為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，該河段出現(xiàn)了嚴重的沖淤現(xiàn)象。一是子牙老河引河口上游附近淤積成長90.0m、寬45.0m、高3.5m的細沙平臺，擋住了子牙老河入口，相對子牙新河進洪閘引河河床變形沖成S形彎道；二是距離子牙新河進洪閘上游約200.0m的左岸至河內(nèi)，水位在13.5m以下時形成一片死水區(qū)淺灘，相對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，子牙新河進洪閘消力池內(nèi)、海漫段分別出現(xiàn)一個螺旋狀大水渦。洪水過后原水渦處各出現(xiàn)1個寬2.0m、深2.5m的圓錐形沖坑；五是子牙新河進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)干砌石護坡多處塌陷，未砌護的河坡出現(xiàn)了約30m長圓弧形坍岸。相對右岸至河內(nèi)淤積成長58.0m、寬35.0m、高2.0m的半島形沙洲。見圖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。獻縣樞紐工程技施設(shè)計水工模型試驗及大洪水后產(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，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到極限，速度接近于零。水流的部分動能轉(zhuǎn)化為位能。而在下一時刻，水流在局部壓力差的作用下加速遠離圓弧形坡面，此過程往來復(fù)去。水流在局部相對壓力差小的分流處左側(cè)子牙老河口附近基本不流動；在局部相對壓力差大的右側(cè)沿壓力差較大方向，主流以初速度為零加速流動，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傳播。

圖1 獻縣樞紐進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）。即水流遇阻減速時挾沙能力下降，在局部相對壓力差小的河道中心線一側(cè)，泥沙形成垂向沉積。在局部相對壓力差大的另一側(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壓力差大的另一側(cè)時，在初始加速段形成河床沖刷，嚴重時引起河岸坍岸；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)計階段參照樞紐整體模型放水實驗及補充地質(zhì)勘測成果，進洪閘由初設(shè)位置向上游移110.0m，子牙新河進洪閘中心線由初設(shè)位置南移96.6m，與節(jié)制閘上游引河的距離增加到533.0m。這樣移動的結(jié)果，可以減少在子牙新河泄洪時所形成的橫流對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子牙新河進洪閘上下游附近河段沖和淤的幾率。

3.4 水閘運用因素

子牙新河獻縣樞紐工程技施設(shè)計指出：進洪閘閘孔編號自南向北為1、2、3、4、5、6號孔。兩孔一組均勻開啟，先開1,6號孔（以利減少邊墩外側(cè)的淤積），然后開啟2,5號孔；6孔都要開啟時，3、4號應(yīng)逐孔（不同時）開啟。閉閘時應(yīng)對稱地先閉中間孔后閉邊孔。以上有關(guān)閘孔的運用，是根據(jù)水力學(xué)計算，為了避免閘后的沖刷而提出來的，必須說明的是下游河道會有沖有淤，所以應(yīng)在實際運用中總結(jié)經(jīng)驗定出符合實際情況的運用辦法。

3.5 河道沖刷因素

滹沱河河道。黃壁莊水庫至龍泉固河道縱坡1/1500-1/2300，龍泉固至獻縣河道縱坡1/2800-1/4225，上游河道縱坡陡，河岸、灘地多為沙質(zhì)土壤。行洪時上游段由于河床縱坡陡、水流急，故發(fā)生沖刷，此時挾沙力大，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.對策建議

綜上所述，減輕獻縣樞紐進洪閘上下游沖淤現(xiàn)象應(yīng)多措并舉。一是調(diào)整現(xiàn)行的閘門運用方式，恢復(fù)使用子牙新河獻縣樞紐工程技施設(shè)計提出的進洪閘閘孔和開啟度運行方案。二是采用閘門升降均衡控流法，即利用“蹺蹺板”原理，在獻縣進洪閘閘上水位低于13.5m時由閘門控制泄流時，以上游折沖主流流入為主的4、5號閘孔，上、下游折沖點連線推出中的5號閘門和流量相對較小的2號閘孔閘門為兩個端點，以河道中心線為支點，在按進洪閘正常開啟方案基礎(chǔ)上，降低5號閘門開度，升高2號閘門開度。具體調(diào)整比例結(jié)合上、下游水位和下游水文站觀測成果得出，首次建議按1∶1.2，即5號閘門每次下降0.10m，2號閘門提升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。