黄河入东平湖分洪通道工程底宽研究

侯龙潭，谭乐彦

（山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014）

东平湖是黄河下游重要的蓄滞洪区，黄河分洪入湖通道工程，拟在老湖区分洪闸与金山坝之间新辟规模为3 500 m3/s 的分洪道，以解决现状分洪必淹戴庙镇的问题。为科学合理地确定分洪道宽度，使其满足黄河分洪入湖要求，又少占用耕地，本次构建了平面二维水流数学模型，对不同底宽的分洪道流态进行模拟，得出在老湖区不同水位条件下，不影响黄河分洪入湖的理论最小宽度，为分洪道左堤线路布置提供依据。

1 基本情况

分洪通道长约7 km，南侧利用现有二级湖堤。北侧新筑堤防，在十里堡分洪闸下游顶冲位置设置反弧段，引导水流折向西南，与林辛闸分洪水流汇合。汇合点以下左堤与二级湖堤基本一致。在弯道较多的地方，将堤线适当平顺。

林辛分洪闸和十里堡分洪闸为黄河向东平湖老湖区分洪的进湖闸，建于河湖两用堤上，侧向分洪[1]。其中：林辛分洪闸，15 孔，每孔净宽 6 m，设计分洪流量1 500 m3/s；十里堡分洪闸，10 孔，每孔净宽9.7 m，设计分洪流量2 000 m3/s。分洪闸设计分洪水位均为51.00 m，为满足分洪流量要求，两座分洪闸闸后洪水位应不高于50.90 m。

为提高雨洪水利用率，缓解山东水资源供需矛盾，拟提高东平湖设计洪水位至46.5 m。为避免分洪道内常年蓄水增加两岸浸没，同时不改变林辛、十里堡下游运行条件，在分洪道穿金山坝处设金山进洪闸。设计流量3 500 m3/s，共19 孔，单孔净宽16.0 m。

2 模型构建

分洪道水面宽度远大于水深，流速沿水深方向变化不大，本次采用沿垂向平均的平面二维水流数学模型MIKE 21 进行模拟分析。模拟范围以黄河右堤、二级湖堤、金山坝、规划分洪道左堤为界，模拟区域长6.5 km，宽约1 km。

2.1 地物处理

规划分洪道范围内，现状有十里堡、林辛庄、孙庄、西戴庙等多个村庄。黄河入湖分洪道工程实施后，将对分洪道内村庄进行搬迁，对阻水房屋、村台等建筑物清除、平整。在模型中，对上述阻水建筑网格高程进行修正。

2.2 糙率

由于分洪道启用几率较小，难免有作物耕作现象存在，本次参考《水力计算手册》“汛期滩地漫流”中“已熟成行庄稼”对应的糙率，即0.025～0.045[2]，模型中选用中间值0.035。

2.3 边界设置

以金山坝进洪闸为模型下边界，设置为水位边界，选取不同的东平湖特征水位进行计算。将十里堡分洪闸、林辛分洪闸设置为模型上边界，以两闸设计流量作为给定分洪流量。

2.4 计算方案

对老湖区不同特征水位、不同分洪道底宽进行组合，得到各计算方案。

1）选取的老湖区特征水位如下：增容后最高防洪运用水位为46.5 m。现状最高防洪运用水位为46.0 m；考虑大汶河中小洪水与黄河洪水遭遇时的湖水位为44.5 m。

2）分洪道宽度。从底宽400 m 起算，若计算的分洪闸闸下水位低于50.8 m，便认为不影响分洪闸分洪。随后将分洪道宽度减小，再次计算，直至计算出满足分洪要求且流速适当的最小宽度。选取的分洪道底宽分别为400 m、300 m、250 m、200 m、235 m。

3 计算成果及分析

3.1 老湖区增容后最高防洪运用水位

3.1.1 分洪道设计底宽250 m

1）水位。该方案情况下，分洪道最高水位出现在十里堡分洪闸下游顶冲回流区，为50.64 m。两股水流汇合点上游，水面比降较缓，接近平坡。汇合点以下至金山坝分洪闸上游0.8 km 处，水面比降约为1/1800；金山闸上游0.8 km 至入湖口，比降增大为1/600。

2）流速分布。该方案分洪水流汇合点下游平均流速约2.18 m/s。最大流速出现在金山坝入湖闸上游附近，达3.40 m/s；十里堡分洪闸出口附近流速次之，接近2.75 m/s。分洪水流汇合点上游1 km 范围内，流速较低，平均为0.75 m/s。

3）分洪闸出流条件分析。十里堡分洪闸、林辛闸闸下水位分别为50.47 m、50.46 m，低于50.80 m 的安全出流水位，出流条件良好，不影响两分洪闸运用。分洪道底宽尚有一定的束窄空间。

3.1.2 分洪道不同设计底宽计算成果汇总

老湖区水位为增容后的最高防洪运用水位46.5 m 时，不同设计底宽对应的分洪道最高水位、平均流速、最大流速、闸下水位见表1，各设计底宽水面线成果见图1。

从表1 可以看出，当分洪道设计底宽400 m时，分洪道最高水位48.86 m，分洪水流汇合点下游平均流速1.8 m/s，十里堡进洪闸与林辛闸闸下水位分别为48.85 m、48.66 m，低于50.80 m 的安全出流水位，不影响分洪。

表1 计算成果汇总表（老湖区水位46.5 m）

图1 不同设计底宽水面线对比

随着分洪道宽度缩窄，分洪道最高水位增加，平均流速增大。当分洪道设计底宽减小到235 m 时，最高水位50.83 m，下游平均流速2.20 m/s，十里堡进洪闸与林辛闸闸下水位分别为50.75 m、50.76 m，接近50.80 m 的安全出流水位，不影响两分洪闸运用。

当分洪道底宽为230 m 时，相应的十里堡分洪闸、林辛闸闸下水位分别为50.92 m、50.93 m，高于50.80 m 的安全出流水位，不满足分洪要求。因此，在最不利条件下，即东平湖水位为增容后的最高防洪运用水位46.5 m 时，不影响黄河分洪入湖的分洪道最小宽度理论值为235 m，对应的工程永久占地260 hm2。

3.2 老湖区不同起推水位计算成果汇总

老湖区不同起推水位情况下，不同分洪道设计底宽对应的分洪道最高水位、平均流速、分洪闸闸下水位等成果见表2。

从表2 可以看出，当老湖区水位为增容后的最高防洪运用水位46.5 m（最不利情况）时，不影响黄河分洪3 500 m3/s 入老湖区的分洪道最小宽度为235 m。

若老湖区水位低于46.5 m，在235 m 的设计底宽下，老湖区不同水位时，分洪道均可满足黄河分洪入湖要求，但分洪道的平均流速有一定区别，表现为老湖区水位越低，分洪道流速越大，其中，老湖区为汛限水位42.0 m 时，分洪道平均流速为2.37 m/s。

表2 计算成果汇总表

4 结论与建议

本次采用二维水流数学模型，对老湖区不同水位条件下，满足黄河分洪3 500 m3/s 入东平湖的分洪道最小理论宽度进行了计算。通过分析，在老湖区达到增容后的最高防洪运用水位时，不影响黄河入湖分洪闸正常运用的分洪道宽度为235 m。

通过模拟结果还可以看出，分洪道底宽235 m时，不同起推水位对应的分洪道平均流速达2.2～2.39 m/s，局部流速超过3.0 m/s。因此，在进行分洪道工程设计时，应充分重视工程防冲问题。