海門市某河道工程套閘規(guī)模之通航要求解析

許映建，石 磊

（南通市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南通226006）

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海門市某河道工程套閘規(guī)模之通航要求解析

許映建，石 磊

（南通市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南通226006）

摘要：文章從漁船發(fā)展水平預(yù)測、通航要求的套閘尺度計(jì)算以及確定等3個(gè)方面對海門市某河道工程套閘規(guī)模的通航要求進(jìn)行了分析，以期對同類工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：河道；套閘規(guī)模；通航要求

1 工程概述

近年來，海門市按照“打造上海中心港北翼重要組合港”的目標(biāo)定位，全力推進(jìn)某深水港口建設(shè)，并且按照“以港興工、以工興城、港城聯(lián)動(dòng)、協(xié)調(diào)推進(jìn)”的總體思路，將某港作業(yè)區(qū)及鎮(zhèn)周邊地區(qū)建成了海門濱海新區(qū)，傾全市之力推進(jìn)以濱海新區(qū)為主體的沿海開發(fā)，海門正逐步成為江蘇沿海開發(fā)的重要節(jié)點(diǎn)和長三角經(jīng)濟(jì)圈的核心區(qū)域。

沿海建設(shè)水利先行，為了發(fā)揮水利服務(wù)于沿海發(fā)展的基礎(chǔ)性作用，提高防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，整合區(qū)域內(nèi)水利資源，解決水資源不足而制約港口工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，暢通濱海新區(qū)建設(shè)的集疏運(yùn)通道，海門市擬在某港的東側(cè)新開挖一條某，沿海排澇口門并兼顧通航功能。

2 套閘規(guī)模之通航要求分析

2.1 漁船發(fā)展水平預(yù)測

該港現(xiàn)有及規(guī)劃期間漁船的船型和數(shù)量見表1。

從表1統(tǒng)計(jì)資料可以看出，本港現(xiàn)有包括外來漁輪主要為100HP以下漁船占49%，100～200HP占 24%，200～400HP占19%，400HP以上占0.5%。由于受原港套閘限制，船閘設(shè)計(jì)代表船型270HP，因此較大型漁船進(jìn)港比較困難，漁船發(fā)展受到制約。隨著新套閘建設(shè)，外航道水深條件得到改善，漁船逐步向大馬力發(fā)展是趨勢，同時(shí)由于中心漁港建成后，港內(nèi)掩護(hù)條件較好，也會(huì)吸引更多外地漁船來本港停泊裝卸。

表1 海門市某港漁船情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)現(xiàn)有漁船資料、自然條件，結(jié)合國內(nèi)近幾年漁船發(fā)展?fàn)顩r及漁業(yè)生產(chǎn)的變化，漁船發(fā)展的必然趨勢是小馬力漁船將逐步被大馬力漁船所替代。從中心漁港規(guī)劃目標(biāo)出發(fā)，既兼顧目前漁船狀況，也從發(fā)展角度綜合考慮，河道套閘考慮400HP以下的漁船順利進(jìn)出港口。因此本報(bào)告確定以270HP及400HP漁船作為設(shè)計(jì)代表船型，參數(shù)見表2。

表2 設(shè)計(jì)代表船型參數(shù)表

2.2 通航要求的套閘尺度

2.2.1 套閘閘室長度

過閘方式一：10艘400HP漁船（并排2艘）。

Lx=35×5+4+（4+0.05×35）=184.75m，取整為200m。

過閘方式二：18艘270HP漁船（并排3艘）。

Lx=30×6+5+（4+0.05×30）=190.5m，取整為200m。

過閘方式三：6艘400HP漁船+10艘270HP漁船（并排3艘）。

Lx=35×2+30×2+4+（4+0.05×35）=139.755m，取整為200m。

2.2.2 套閘閘首口門和閘室寬度

過閘方式一：10艘400HP漁船。

Bx=7.2×2+1.2+0.025×7.2=15.78m，取整為16m。

過閘方式二：18艘270HP漁船。

Bx=6.7×3+1.0+0.025×2×6.7=21.44m，取整為22m。

過閘方式三：6艘400HP漁船+10艘270HP漁船。

Bx=7.2+6.7+6.7+1.2+0.025×2×7.2= 22.16m，取整為23m。

2.2.3 門檻最小水深

設(shè)計(jì)400HP漁船的滿載吃水T=2.8m，門檻最小水深H滿足，則H≥4.48m。

2.3 套閘尺度確定

綜上，套閘閘室有效長度取200m，按不同的船舶過閘方式，閘首寬度可以取16m或23m，但必須要滿足漁船進(jìn)港避風(fēng)的時(shí)間要求。根據(jù)以上漁船發(fā)展水平的預(yù)測，400HP以上的20條漁船可以選擇臨近的大洋港船閘進(jìn)港，則預(yù)計(jì)2030年到港漁船870艘，其中 270HP～400HP的漁船約有 200艘，270HP以下的漁船約670艘。遇有臺風(fēng)來臨，必須滿足所有的漁船在4天之內(nèi)進(jìn)港避風(fēng)。所以分別計(jì)算不同閘首寬度情況下的漁船避風(fēng)時(shí)間，從而確定閘首寬度。由于該套閘的特殊性，套閘首先要滿足外海漁船集中進(jìn)港避風(fēng)的要求，因此可以計(jì)算船舶單向一次過閘時(shí)間。

單向過閘時(shí)間計(jì)算：T1=4t1+t2+2t3+t4+ 2t5=42.5min

雙向過閘時(shí)間計(jì)算：T2=4t1+2t′2+2t3+ 2t′4+4t5=53min

以上各式中的參數(shù)見表3。

表3 貨船一次過閘時(shí)間參數(shù)計(jì)算表

270HP漁船進(jìn)港的乘潮水位是-0.21m，全天乘潮工作時(shí)間為11h，乘潮水位較低的1h僅能通過270HP以下漁船，潮位較高的10h可以通過400HP以下漁船。

漁船的通過能力核算如下：（以下表述中270HP漁船指270HP以下漁船，400HP漁船指270HP以上至400HP漁船，因文字較長且拗口，不再贅述）

式中：τ為船閘晝夜工作時(shí)間，h；T為設(shè)計(jì)最大船舶、船隊(duì)滿載吃水，m。

在閘首寬度16m的情況下，乘潮水較低的1h中通過270HP漁船，每閘次通過船舶艘數(shù)按12艘考慮，則共通過270HP漁船12艘。潮位較高的10h中，每閘次通過 6艘400HP漁船和 4艘270HP漁船，小計(jì)通過400HP漁船84艘、270HP漁船56艘；400HP漁船全部進(jìn)閘后全天通過270HP漁船。則所有漁進(jìn)港避風(fēng)約需5.2d左右時(shí)間。

在閘首寬度23m的情況下，乘潮水較低的1h中通過270HP漁船，每閘次通過船舶艘數(shù)按18艘考慮，則共通過270HP漁船18艘。潮位較高的10h中，每閘次通過6艘400HP漁船和10艘270HP漁船，小計(jì)通過400HP漁船84艘、270HP漁船140艘；400HP漁船全部進(jìn)閘后全天通過270HP漁船。則所有漁船進(jìn)港避風(fēng)約需3.6d左右時(shí)間。

因此，閘首和閘室寬度都取16m的情況下是不能滿足漁船進(jìn)港避風(fēng)的時(shí)間要求的。為了節(jié)省工程投資，閘首寬度取16m，閘室寬度取23m。

2.4 過閘船型組合

經(jīng)計(jì)算可求得過閘船型組合為10艘 400HP漁船約占20%；12艘 270HP漁船，約占30%；6艘400HP漁船+4艘270HP漁船約占50%。一次過閘平均噸位為1002t。日均通過漁船時(shí)間為10h，約14閘次，則年通過漁船總載重噸位為238.56萬t，單向年過閘漁船貨運(yùn)量128.52萬t，滿足漁船貨運(yùn)量（9萬t/年）的要求。

由于400HP漁船的吃水深度和1000t內(nèi)河貨船的吃水深度相同，因此一旦套閘外側(cè)的海港功能進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后，套閘通行1000t的內(nèi)河貨船也是可行的，在此情況下平均每天可以通行1000t貨船約84條。

3 船閘設(shè)計(jì)

3.1 船閘規(guī)模擬定

在平原地區(qū)船閘一般是作為排水擋潮閘，其排水受到潮汐影響，為了搶時(shí)間排水，過閘水頭差不宜太大。根據(jù)SL256-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況，該報(bào)告取過閘水頭差為0.30m來初步擬定閘寬。初步考慮采用廊道進(jìn)行排澇泄洪。

由堰頂算起的下游水深為，計(jì)入行近流速水頭的閘上水深為，對于平底閘，當(dāng)堰流處于高淹沒度時(shí)，閘孔總凈寬也可按下式計(jì)算：

式中：B0為閘孔總凈寬，m；Q為過閘流量，m3/s；g為重力加速度 9.8m/s2；H0為計(jì)入行近流速水頭的閘上水深。He為孔口高度，m；μ為孔流流量系數(shù)；φ為孔流流速系數(shù)；ε′為孔流垂直收縮系數(shù)；λ為計(jì)算系數(shù)；r為胸墻底圓弧半徑（m）；σ′為孔流淹沒系數(shù)。

根據(jù)工程總體布置，輸水廊道閥門處凈尺寸3m×4m。考慮閥門全開，，為閘孔出流，經(jīng)計(jì)算，單側(cè)輸水廊道流量為73.44m3/s。則整個(gè)套閘輸水廊道過水流量為146.88m3/s，并不能滿足該地區(qū)的排澇要求。因此考慮在遇到極端工況情況下，可以結(jié)合三角門門縫輸水，以滿足排澇要求。

式中：μ0為淹沒堰流的綜合流量系數(shù)，μ0=0.877+

3.2 結(jié)論

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)套閘三角門門縫開啟寬 3.6m時(shí)，可通過流量約為38.4m3/s。因此采用輸水廊道結(jié)合門縫輸水能滿足該地區(qū)的排澇要求。當(dāng)遇有一般暴雨，可通過輸水廊道排澇，當(dāng)遇有特大暴雨時(shí)，可通過輸水廊道結(jié)合門縫輸水進(jìn)行排澇。

4 結(jié)語

根據(jù)復(fù)核，河道套閘輸水廊道閥門處凈尺寸確定為3m×4m，并結(jié)合門縫輸水，設(shè)計(jì)排澇流量為180m3/s，實(shí)際開閘時(shí)間為103h，控制最高水位2.83m，控制最低水位1.37m，滿足區(qū)域20年一遇三日暴雨，雨后一日排出的要求。

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中圖分類號：U641

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）02-0086-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.035

收稿日期：2015-07-16

作者簡介：許映建（1983年—），男，工程師。