濛里樞紐二線船閘通航水流條件試驗(yàn)研究

田 進(jìn)，徐啟航

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

濛里樞紐二線船閘通航水流條件試驗(yàn)研究

田 進(jìn)，徐啟航

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

濛里樞紐原有一線船閘等級(jí)偏低，不能滿足北江通貨量增長(zhǎng)的需求。因此，通過在一線船閘右岸新建二線船閘來提高通航能力。為確定二線船閘的合理布置建立了定床模型，研究分析二線船閘采用直進(jìn)曲出和曲進(jìn)直出兩種布置方案下，上下游引航道口門區(qū)及連接段的通航水流條件。模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩種方案在流量6630m3/s時(shí)，均能滿足通航要求，但方案1（直進(jìn)曲出）樞紐下游主流流向與船閘軸線交角比方案2（曲進(jìn)直出）小。選擇方案1（直進(jìn)曲出）作為推薦方案。

二線船閘；通航條件；口門區(qū)；引航道

1 工程概況

北江是珠江水系第二大河流，流經(jīng)廣東省韶關(guān)曲江、英德、清遠(yuǎn)等縣市，在三水思賢熎口與西江回合進(jìn)入珠江三角洲河網(wǎng)地區(qū)后注入南海。是粵北地區(qū)與珠江三角洲河網(wǎng)的唯一水路通道。北江腹地經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大宗型貨物的水上運(yùn)輸需求量迅速增加，而目前北江的航運(yùn)條件已不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此，迫切需要改變北江通航條件和提高通航能力。

濛里樞紐位于北江中上游，上距孟州壩水電站26km，下距北石窯水電站39km。壩址控制流域面積16750km2，工程等別Ⅱ等。濛里樞紐于2004年12月開始運(yùn)行，已建的一線船閘為Ⅴ級(jí)，有效尺寸140m×14m×2m，可通行300t級(jí)船舶。一線船閘閘室等級(jí)低，尺度小，設(shè)施簡(jiǎn)陋，無法滿足規(guī)劃的三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測(cè)的過壩貨運(yùn)量需求，有必要修建二線船閘。

2 模型設(shè)計(jì)與制作

由于該研究只對(duì)船閘的布置方案和水力學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)研究，因此按定床模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。濛里樞紐處于“s”型微彎河段的過度段，根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地、供水能力等因素，按幾何尺寸λl=λh=100的正態(tài)模型設(shè)計(jì)，模擬范圍包括樞紐上下游各4km河段。為確保模型與原型的幾何相似，模型采用斷面法，局部復(fù)雜地形采用加密斷面法，按重力相似準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。模型比尺如表1。

表1 濛里樞紐水工模型實(shí)驗(yàn)比尺

通過驗(yàn)證該模型的水面線、流速流向，流態(tài)和垂線流態(tài)分布與原型相似性較好，水流相似程度較高。可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)研究。

3 模型試驗(yàn)及成果分析

3.1 試驗(yàn)工況選擇

根據(jù)濛里水庫設(shè)計(jì)運(yùn)行方式及近期水庫實(shí)際運(yùn)行情況，通航水流條件試驗(yàn)選擇7級(jí)流量10個(gè)典型工況進(jìn)行試驗(yàn)，如表2。

表2 通航水流條件試驗(yàn)控制工況

3.2 二線船閘通航水力學(xué)試驗(yàn)

3.2.1 布置方案

3.2.1.1 直進(jìn)曲出方案（方案1）

二線船閘布置于一線船閘右側(cè)岸邊，與一線船閘中心線相距81.5m，船閘有效尺寸220m×23m×4.5m，上下游引航道呈相河中擴(kuò)展的不對(duì)稱布置，船舶過閘方式為直進(jìn)曲出，船舶停泊采用單排停靠，二線船閘上游引航道寬50m，底高程36.82m。右側(cè)主導(dǎo)墻為直線導(dǎo)航墻，總長(zhǎng)584.5m，包括169.5m的導(dǎo)航段與調(diào)順段，415m的停泊段，墻頂高程47.71m。左側(cè)輔導(dǎo)航墻按折線擴(kuò)展后用半徑15m的圓弧線于上游的直導(dǎo)航墻相連，輔導(dǎo)航墻長(zhǎng)216m，高程47.71m。輔導(dǎo)航墻以上接長(zhǎng)164.9m，頂高程47.01的插板式隔流墻。在上游右岸彎道附近設(shè)置塊石護(hù)坡，調(diào)順上游引航道的水流流向，護(hù)坡長(zhǎng)500m，坡比1∶2.5。下游引航的布置方式與上游引航道基本相似，主要區(qū)別在于：下游引航道底高程32.32m；下游引航道停泊段采用開敞式，中心間距25m，斷面尺寸3m×3m的方形靠船墩17個(gè)，導(dǎo)航墻與方形靠船墩的頂高程均為47.41m；下游直線的導(dǎo)航墻比上游長(zhǎng)1.5m。二線船閘下游引航道口門區(qū)后接下游新開挖航槽，寬100m，底高32.32m，設(shè)計(jì)邊坡1∶3，方案1布置如圖1。

圖1 二線船閘方案1布置

3.2.1.2 曲進(jìn)直出方案（方案2）

方案2的二線船閘布置與方案1布置僅在與相距一線船閘的距離和導(dǎo)航墻及下游連接段存在差別。二線船閘與一線船閘中心線相距70.5m，船閘有效尺寸220m×23m×4.5m，上下游引航道呈相河中擴(kuò)展的不對(duì)稱布置，船舶過閘方式為曲進(jìn)直出，船舶停泊采用單排停靠。右側(cè)主導(dǎo)墻包括曲線導(dǎo)航段和直線停泊段，總長(zhǎng)517m，墻頂高程47.71m。曲線導(dǎo)航段沿船閘中心線方向投影長(zhǎng)102.0m，停泊段長(zhǎng)415m。左側(cè)輔導(dǎo)航墻按折線略擴(kuò)展后與上游的直導(dǎo)航墻相連，輔導(dǎo)航墻總長(zhǎng)208m。輔導(dǎo)航墻以上接長(zhǎng)165m，頂高程47.01m的插板式隔流墻。在上游右岸彎道附近設(shè)置塊石護(hù)坡，調(diào)順上游引航道的水流流向，護(hù)坡長(zhǎng)568m，坡比1∶2.5。 下游引航道寬50m，底高程32.32m。右側(cè)主導(dǎo)墻布置于上游右側(cè)導(dǎo)航墻相同。下游引航道口門區(qū)后接下游新開挖航槽，挖槽上段寬110.7m，到下游邊頭壩邊灘后逐漸收窄到60m，挖槽底標(biāo)高32.32m，設(shè)計(jì)邊坡1∶3。 方案2布置如圖2。

圖2 二線船閘方案2布置

3.2.2 通航水力學(xué)試驗(yàn)研究成果

試驗(yàn)分別分析了兩種船閘布置方案在水庫正常蓄水位45.82m運(yùn)行時(shí)的多級(jí)流量情況下，上下游引航道口門區(qū)及連接段的通航水流條件。上游引航道口門區(qū)及連接段實(shí)測(cè)了流量2760（電站滿發(fā)），2760 （全閘敞泄），3800，4910，6630，7730m3/s共5級(jí)流量6種工況下，上引航道口門區(qū)的流速分布如表3，表5。下游引航道口門區(qū)實(shí)測(cè)了流量361，801（全閘敞泄），1500，2600，3800，4910，6630，7730m3/s共8級(jí)流量下，下引航道口門區(qū)及連接段的流速分布如表4，表6。

表3 上引航道口門區(qū)縱橫向流速分布（方案1） 單位：m/s

續(xù)表3

表4 下引航道口門區(qū)及連接段縱橫向流速分布（方案1）單位：m/s

表5 上引航道口門區(qū)及連接段縱橫向流速分布（方案2）單位：m/s

續(xù)表5

表6 下引航道口門區(qū)及連接段縱橫向流速分布（方案2）單位：m/s

由表3可知，在方案1情況下，枯水期上游來流量小，水庫蓄水位高，二線船閘上引航道口門區(qū)基本為靜水，通航條件較好。①當(dāng)流量2760m3/s，水庫水位44.32m運(yùn)行時(shí)，除在二線船閘上引航道入口內(nèi)壁處存在微弱回流外，其余大部分區(qū)域流速均很小，且無回流，上引航道口門區(qū)通航水流條件較好。②當(dāng)流量為全閘敞泄洪水的3800m3/s時(shí)，上引航道內(nèi)外導(dǎo)墻開孔段有微弱回流，最大回流速度為0.32m/s；③上引航道口門區(qū)最大縱向流速分別為1.66，2.02，2.10m/s， 最大橫向流速分別為0.26，0.31，0.25m/s，口門區(qū)無回流。

由表4可知，在方案1情況下，當(dāng)流量為361，801，1500， 2760m3/s（壩前水位44.32m）時(shí)二線船閘下游引航道口門區(qū)最大縱向流速分別為1.19，1.71，1.82，1.68m/s， 最大橫向流速分別為0.11，0.30，0.1，0.09m/s。當(dāng)流量為801，4910， 6630，7730m3/s時(shí)，二線船閘下游引航道口門區(qū)最大回流速度分別為0.38，0.42，0.37，0.39m/s。

由表5可知，在方案2情況下，枯期上游引航道口門區(qū)基本為靜水，水流條件較好。當(dāng)流量7730m3/s時(shí)，最大縱向流速2.08m/s，最大橫向流速0.33m/s。各級(jí)流量下均無回流。

由表6可知，在方案2情況下，下游引航道口門區(qū)當(dāng)流量小于2760m3/s（4臺(tái)機(jī)組發(fā)電，壩前水位44.32m）時(shí)，出現(xiàn)最大縱向流速1.66m/s，最大橫向流速0.25m/s，且無回流。當(dāng)流量大于等于2760m3/s（全閘敞泄）時(shí)，出現(xiàn)最大縱向流速1.80m/s，最大橫向流速0.30m/s。口門區(qū)無回流。

4 結(jié)語

方案1船舶過閘方式為直進(jìn)曲出，二線船閘與一線船閘中心軸線相距81.5m，上下游引航道呈相河中擴(kuò)展不對(duì)稱布置。方案2船舶過閘為曲進(jìn)直出，二線船閘與一線船閘中心軸線相距70.5m，上下游引航道呈相河中擴(kuò)展不對(duì)稱布置，較方案1向河岸擴(kuò)挖了11m岸坡，工程量略大。在流量小于等于6630m3/s的各級(jí)通航流量下，濛里二線船閘上下游引航道及口門區(qū)的通航水流條件基本滿足規(guī)范要求，且通航保證率大于三級(jí)航道不小于98%的要求。相對(duì)而言，方案2上下游引航道向河岸擴(kuò)展，其下游主流進(jìn)一步導(dǎo)向下游引航道口門區(qū)，水流流向一船閘軸線交角大于方案1。結(jié)合方案2工程量較方案1大，確定方案1（直進(jìn)曲出）作為濛里二線船閘的方案。

［1］重慶水運(yùn)工程科學(xué)研究所.濛里二線船閘及壩下引航道整治模型實(shí)驗(yàn)報(bào)告［R］.2016.

［2］王云莉，孫國(guó)棟.北江濛里樞紐上游引航道通航水流條件試驗(yàn)研究［J］.水運(yùn)工程，2016（4）.

［3］GB50139—2004，內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］JTJ305—2001，船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Study on flow conditions about second-line shiplock of Mengli hydrojunction in different layout schemes

TIAN Jin，XU Qi-hang
（Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074，China）

The low first-line shiplock grade of Mengli hydro-junction is not able to meet the requirement of the current freight growth in Beijiang River.So，it is necessary to build the second-line shiplock on the right bank of the first-line shiplock to increase the shipping capacity.The fixed-bed model is established to determine a reasonable arrangement of the second-line shiplock and study flow conditions in the entrance area and connecting section of upstream and downstream approach channel with tow schemes（straight in and bending out， bending in and straight out）.According to the model test results， the two schemes can meet navigation requirements in the flow of 6630m3/s， but the angle between mainstream direction and shiplock axis of the first scheme （straight in and bending out） is smaller than the second scheme（bending in and straight out） at hydro-junction downstream.So， the first scheme （straight in and bending out） is recommended.

second ship lock； navigation condition； entrance area； approach channel

U612.1

A

1672-9900（2017）03-0083-04

2017-03-02

田 進(jìn)（1989-），男（土家族），重慶人，碩士，主要從事航海整治、水利工程等方面的研究，（Tel）15736601690。