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。

• 218 •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•219 •效果取优。

0.8 r0.6--天然河道支汊分流比 -方案1支汊分流比 -方案2支汊分流比96200 400 600 8001000支汊桩号/m (b )方案2图5两方案支汊断面平均水位图3.2过流能力分析由图6两方案干流断面平均流速折线图可知"-干流流量18000m 3/s (尸=2%) -干流流量16000m 3/s (P ^2%) -干流流量12000m 3/s (P =2%) -干流流量8000m 3/s (P =2%) +干流流量4000m 3/s (P =2%)200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2200干流及支流桩号/m(a )方案12000 4000 6000 8000 10000120001400016000180002000022000干流流量/(m V s )图3分流比对比图3堰阐布置方案对天然分汊河道水位计过流能力的影响3.1河道水位及流速分析图4为两方案干流断面平均水位折线图，由图 可知，当流量低于6000m 3/s 时，两方案的水位沿0 200400 600800支汊桩号/m (a )方案12421桩号的变化基本相同。

分汊口上游水面坡度与河道 坡降抑制，受地形因素影响较大。

当流量大于 6000m 3/+小于12000m &/s 时，水位壅高现象明 显，河道坡降大于水面坡度。

桩号1 +000到1 + 700间均为支汊口门断面，壅水作用明显，两方案 存在明显的水面坡降。

当来流流量较大时，方案1 的支汊分流堰壅水作用更加明显，水面壅高，使得 1 + 300—1 + 500区域出现明显的水位升高状况。

方案2的分流堰建于支汊口下游，并未出现局部水 位升高的现象，受壅水作用影响较小。

由图5两种方案支汊断面平均水位折线图可知，两方案的建堰存在较大差异，方案2建于支汊 口断面下游550m 处，方案1分流堰建于支汊口断 面处，两方案的水面跌落位置不同。

当流量较小 时，两方案的堰前水位保持一致，随着流量的增大 方案1的堰前水位增大速率更大，受到河水的壅水 作用较大。

2115I 12爷9618-16*141210干流流量 16000m 3/s (/^2%)干流流量 12000m 3/s (i ^2%) 干流流量8000m 3/s 〇P =2%) 干流流量4000m 3/s (P =2%) 干流流量3000m 3/s (P =2%)200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2200干流及支流桩号/m(b )方案2图4两方案干流断面平均水位图-干流流量18000m 3/s (P =2%)-千流流量 16000m 3/s ^P =5%) -干流流量 12000m 3/s (P =6%) -干流流量8000m 3/s (P =8%) -干流流量4000m 3/s (P =10%)■4-25 211 11日/餐86 41111日/餐12W•220 •桩号0 +300—0 +500区域断面流速增大，受社河 大桥桥墩影响较明显。

河水进人支汊后，分流建筑 物的壅水作用降低，使得流速增大河道变窄。

桩号 1 +300之后，流速的增幅减小；在桩号1 +500断面位置，方案1的平均流速在2. 15 ~ 3.21m/s范围 内变化，方案2的平均流速在2.92 ~ 3.66m/s范围 内波动。

随着桩号的延伸，流量逐渐下降并趋于稳 定。

受地形、建筑物以及分汊河口的影响，方案1在堰前区域受壅水作用影响较大，流速波动范围 较小。