摘要： 为验证淠河六安城南水利枢纽设计方案的合理性，对枢纽的过流能力、水流流态和冲刷淤积情况等进行物理模型进行试验研究。研究结果表明，淠河六安城南水利枢纽设计方案科学合理，但局部河道在始流工况存在冲刷问题，可以通过加强护砌或综合调度措施来改善。
关键词：城南水利枢纽；物理模型；过流能力；流速；冲刷淤积
1 前言
淠河六安城南水利枢纽工程位于淠河中游商景高速公路桥下游约1200m处，该工程具有拦蓄上游来水、营造生态湿地、改善两岸水生态环境，兼作六安市备用水源等综合功能。
本工程采用节制闸的布置形式拦蓄上游来水。该工程为Ⅰ等大（1）型工程，节制闸共36孔，两孔一联，单孔净宽15.0m。采用平面钢闸门，配固定卷扬式启闭机。节制闸设计泄洪流量6940m3/s，挡水后拦蓄水量约3300万m3，回水长度约10.5km，淹没面积约6.0km2，闸址区河段防洪标准为50年一遇，设计泄洪水位：闸上40.96m，闸下40.86m。
淠河河道为砂质河床，受采砂影响，闸址附近河道下切严重，由于砂质河床抗冲能力差，因此通过物理模型试验验证闸址附近水流流态和流速分布的合理性、冲刷淤积情况对该闸的安全运用具有重要意义。
2 物理模型试验
物理模型试验包括整体水工模型试验和断面水工模型试验。整体水工模型试验在满足重力相似的基础应采用正态模型，因而本模型按正态模型设计，根据模型范围相似条件、试验室的供水条件等综合因素，选定模型比尺为1：80。断面水工模型试验选取其中一联两孔进行试验，模型比尺为1:29.25。
2.1整体水工模型试验
根据工程总体布置、河道特性等有关情况，城南水利枢纽模型试验范围为枢纽上游模拟至节制闸以上约1.9km，枢纽下游模拟至节制闸以下约2.2km，横向模拟至大堤。总模拟河道长度约4.1km。
根据选定的模型比尺，确定流量比尺 Qr=Lr5/2=4627.16；流速比尺 Vr=Lr1/2=5.41；经验算，该比尺满足满足：（1）模型水流进入阻力平方区；（2）水深大于3cm。符合有关规范对模型设计的要求。
本次水工模型桩号以节制闸公路桥中线处为0+000，闸上游桩号用0-XXX表示，闸下游桩号用0+XXX表示。
根据有关文献和经验，闸上水位测点一般布置在上游翼墙以上10～12倍闸上最大水头处，闸下水位测点一般布置在下游翼墙以下4～5倍消力池长处。因城南水利枢纽规模较大，本次水工模型试验选定桩号0-300与0+300断面为闸上、闸下水位测点位置。经试验验证，所选取的测点位置能准确确定过闸落差。
模型分别在0-1450、0-1200、0-600、0-200、闸孔、消力池尾坎、防冲槽坡顶、0+200、0+600、0+1200处布置流速测量断面，测量河道沿程流速分布。
2.2断面水工模型试验
城南水利枢纽共设36孔，两孔一联，单孔净宽15.0m，中墩厚2.2m，缝墩厚1.45m。断面模型取一联2孔进行试验，包括一个中墩，两个缝墩，总宽35.1m，在宽1.2m定型玻璃水槽中进行试验，模型比尺为1:29.25。相应的主要水力要素比尺如下：
流量比尺 Qr=Lr5/2=4627.16
流速比尺 Vr=Lr1/2=5.41
经验算，该比尺满足下述条件：（1）模型水流进入阻力平方区；（2）水深大于3cm。符合《水工（常规）模型试验规程》（SL 155-2012）对模型设计的要求。
模型以闸上公路中心线为0+000，在上游0-200、0-100处布设了两个流速测量断面，在下游消力池尾坎、下游防冲槽中、防冲槽坡顶和0+200.000处布设了四个流速测量断面。水位测量点布置于0-300和0+300。
2.3整体模型试验成果
设计洪水控制淠河流量为6940m3/s，闸下水位为40.86m，节制闸敞泄，实测闸上水位为40.89m。节制闸泄流能力满足设计要求。
主流基本位于河道中央，最大表面流速为1.31m/s，底部最大流速为1.17m/s。右侧滩地高程较高，约为40.5m,水深较浅，流速很小。
0-600左侧大堤处有小范围回流区。右侧导流堤处有一范围约为200m×40m（长×宽，下同）的回流区，回流对右侧边孔进流有一定的影响。除此外，闸上水流基本平顺，无其他明显不良流态。
闸孔过流基本均匀，除右侧边孔过流略小外，无明显偏流。闸下出流基本均匀，防冲槽坡顶表面最大流速为1.13m/s，底部最大流速为1.08m/s。至0+600，水流逐渐偏向左侧，右侧距大堤约500m范围内基本为静水。
始流工况控制闸上水位为设计蓄水位39.0m，闸门开度为0.3m，闸门齐开，闸下敞泄。实测流量为1550m3/s。
该工况闸上流速约为0.3m，闸下防冲槽坡顶流速最大为1.56m/s，因该处地质条件较差，为细沙，易造成冲刷，建议加强护砌。
2.4断面模型试验成果
1、闸下河道为自由水深
布置方案防冲槽后地形高程为30.0m。始流工况控制闸上水位为39.0m，闸门开度为0.3m，下游敞泄，实测流量为61.6m3/s，下游水位为31.05m。
节制闸上下游流态良好，消力池消能效果良好，水跃发生在消力池范围内，防冲槽底部最大流速为0.76m/s，防冲槽后坡顶最大流速为1.56m/s。因该处地质条件较差，为细砂，易造成冲刷，建议加强护砌。
2、闸下无水
偏于安全考虑，修改方案将防冲槽后地形高程降为27.0m。始流工况控制闸上水位为39.0m，下游水位为30.0m，闸门开度为0.3m，实测流量为61.6m3/s。
节制闸上下游流态良好，消力池消能效果良好，水跃发生在消力池范围内，防冲槽底部最大流速为1.56m/s，防冲槽后因过流断面增大，底部最大流速降为0.85m/s。
3试验结论
（1）设计洪水时，六安城南枢纽下泄流量为6940m3/s，控制闸下水位为40.86m，实测闸上水位为40.92m，低于设计值40.96m。六安城南水利枢纽泄流能力满足设计要求。
（2）各工况闸上下游水流基本均匀，除右侧边孔过流略小外，无明显偏流。右侧边孔过流略小可通过修改闸上游右侧导流堤改善。
（3）始流工况闸门开启高度为0.3m，闸下无水时，防冲槽底部最大流速1.56m/s，闸下河道有自由水深时，防冲槽坡顶流速为1.56m/s，因该处河槽内为细砂，防冲槽后河道易在始流工况时发生冲刷，建议加强护砌或通过综合调度运用来改善。
参考文献：
[1] 水工（常规）模型试验规程SL155-2012. 中华人民共和国水利部, 2012年07月
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