堰闸布置方案对天然分汊河道水流特性的影响

D O I： 10.3969/j.issn.1008-1305. 2019.01.063

揠闸布置方案对天然分汊河道水流特性的影响

刘韶华

(抚顺市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁抚顺113006)

摘要：分流堰作为一种较为有效的分流比调节方式，能够很好地实现调节河道分流比的效果。以辽宁社河分流工程为例，对分汊河道水流的特性进行了研究分析，分别设计了原址堰闸与新址堰闸两种布置方式，发现当两种方案支汊分流比分别为45%和35?，即堰闸布置在下游时，堰闸调节分流比的能力更强；分汊点处水位分别为

17.01m和18.12m，即堰闸处于原址支汊位置时，堰闸壅水作用更加明显；原址堰闸综合流量系数为0.39 ~0.52

时，堰闸的过流能力较强，不利于支汊过流量的控制，为今后水利工程的研究提供数据支持。

关键词：分流堰；分汊河道；堰闸；壅水作用

中图分类号：T V133文献标识码：B文章编号：1008-1305(2019)01-0218-05

随着人类生产、生活水平的提高，自然状态 下各河流分支的流量往往不能满足人类的需求，河道分流建筑在保障下游河道两岸防洪安全以 及控制洪水期支流流量方面发挥的效果愈发显 著[1]%但近年来河道分流建筑的弊病也逐渐增 多，分流堰的分流效果优劣不一以及支汊河道 逐年淤积萎缩等问题严重阻碍水利工程的安全 运行，修建合适的分流堰能够有效解决困扰河 道两岸人类与环境协同发展的难题[2]%国内学者对天然分汊河道水流特性做了大量研究，文经纬[3]等人对不同的河道类型进行了归纳总结，提出了不同河型的形成是地质情况、边界条件 以及河道比降等共同作用的结果；徐芳[4]等人 利用室内试验对分汊河道的地质构造以及局部 耐冲节点间的关系进行了研究，得到了造成分 汊型河流的主要因素；杨玲霞[5]等将水流流态 划分为稳速区、潜流加速区以及滞留区等8个区 域，并对各区域大小和形成原因等进行了分析 研究，得到了分流比与相对流速间的关系。本 文对不同分流堰闸的分布方式以及河道水流的 特性进行了系统的研究，以辽宁社河河道为试 验研究对象，对堰闸方案进行了设计，并对各 方案堰闸布置对分汊河道水流特性的影响进行 了对比研究，得到了较优的建堰方案，并针对 模型试验中出现的问题对方案进行了优化，为今后河道建筑的发展奠定基础。1堰阐布置方案

1.1堰闸布置方案

基于分流建筑物水毁机理及天然河道的水流特 性，设计了两种堰闸建筑物方案[6-]。

1.1.1方案1#原址堰闸建筑物设计方案

保留原有的过水土坝两侧堤防，拆除现有的 “U”型槽及下游消能建筑，设计堰顶高程为13.05m，水闸底板高程7.12m，闸室长15.00m，门高5.20m，单孔宽9.25m并在顶部设置胸墙。沿社河干流上游至下游525m加固土堤，新建W E S实用堰，两侧堤顶宽5m，高程19.36m，堰面为钢筋 混凝土。堰前左岸布置高程为15. 1m的戗台，与堰后修建的混凝土挡墙及石笼护岸共同作用，削弱 横向水流。支汊下游左岸考虑斜向水流作用，选用 底流消能的方式修建消能工，消力池深3m，长45m，海漫长40m，斜向设计与堰轴线呈35。夹角。

1.1.2方案2#新址堰闸建筑物设计方案

将堰闸建筑物移至支汊下游550m位置处，将原有的上游堰体拆除，迎水面石笼防护，布置河道 分汊点分水导流戗台，减小进人支汊的流量，缩小 进水断面。新址堰闸位于原堰体下游600m处，设 计堰顶高程为12.68m，堰上设5.00m宽工作桥，堰面铺设钢筋混凝土，堰闸右侧为净宽为12m的3

收稿日期：2018-08-28

作者筒介：刘韶华（1985年一），男，工程师。

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2000 4000 6000 8000 1000012000140001600018000

干流流量/(m 3/s )图2方案2主支汊分流

2.3各方案分流比综合分析

图3为天然河道与两方案分流比的对比图，由 图可知，当干流流量低于10000m 3/s 时，两方案的 分流比相差不大；随着干流流量的增大，两方案的 支汊分流比都呈现逐渐增大的趋势，且方案1的增

长幅度较大。当流量大于16000m 3/s ，小于 18000m 3/S 时，与天然无河道的支流分流比相较， 方案1仅仅降低了 3?;当流量大于18000m 3/s 时， 方案1支汊分流比约为45%，而方案2的支汊分流 比约为35?，降低了 10?，较天然河道下降了 13?。可见，方案2的限流功能更加明显，堰闸的 最佳布置位置为支汊进口下游，此时调节分流比的

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000

干流流量/(m 3/s )

图1方案1主支汊分流情况

随着干流流量的增大，主支汊分流比逐渐趋于一致。

当干流流量大于4700m 3/s 时，随着干流流量的增 大，分流堰对流量的控制作用逐渐减小，支流的分 流比逐渐增大。支流流量为6000m 3/s 时，超过限制 流量不足1?，通过闸门开度的有效配合，能够很好 地控制支流流量，堰高基本满足限流要求。

孔墙式水闸，左侧为W E S

新型实用堰，堰闸上游

铺盖长15m ，下游选用底流消能方式修建消能池， 池深2m ，池长45m 。堰闸的闸室长15.00m ，门高 6m ，闸底板顶高程5. 60m ，顶部设胸墙。

1'试验测点布置1. 2.1 方案1 #原址堰闸建筑物设计方案测点 布置

试验将整个河道划分为两个主系列桩号，支汊 为一系列桩号，范围为支0 +000—1 +000;干流及 主汊为一系列桩号，范围为干0 +000—干2 +400。 选取支汊8个关键断面，干流12个关键断面，对 河床的各个水力要素进行测量，各断面分别截取 5 ~9个断面测位，测速时，各测位由水深状况布 置1〜5个垂向测点)8_9*。堰闸附近布置5个测量断 面，并沿堰轴向方向布置2个水闸测位，8个溢流 堰测位。

1. 2.2 方案2 #新址堰闸建筑物设计方案测点 布置

试验选取河床支汊与干流各12个关键断面， 对各项水力要素进行测量，并根据断面宽度，截取 5 ~9个断面测位，测量流速时，根据水深情况布 置1 ~5个垂向测点。堰闸附近布置5个测量断面， 沿堰轴线方向选取5个溢流堰测位，3个水闸 测位。2

堰阐布置方案对天然分汊河道分流比的

影响2.1

方案1分流比分析

方案1主支汊分流情况如图1所示。由图1可 知， 主支汊分流比随着干流流量的增大而逐渐趋于 一致。当分流堰未过流，即西支堰前水位未超过堰 顶时，西支过流量仅由闸口控制。当干流流量由 1500m 3/s 增大至5000m 3/s 时，闸后的流速增大， 堰前的水位升高，此时，需要减小闸门的开度，以 确保消力池后不出现二次水跃等水力现象。干流流 量由5000m 2/s 增大到15000m 3/s 时，随着干流流 量的增大，支汊分流比逐渐增大，分流堰对流量的 控制作用减弱，总流量增大至17000m 3/s 时，主支 汊分流比相差较小。通过增加堰高可达到减小支流 流量的目的，但增加堰高又会对上游防洪的要求增 高，增大了工程投资。2.2方案2分流比分析

方案2主支汊分流如图2所示。由图2可知，

-镔余

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