樞紐泄洪對引航道口門區水流條件影響試驗研究

曾敏，林勇

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610031）

某水電站位于湄公河通航河段，屬大（2）型工程，工程等別為Ⅱ等[1]，樞紐布置擬采用“右岸船閘+右岸泄洪沖沙閘+左岸廠房”的布置方案，船閘位于樞紐的右側，左側緊鄰泄洪沖沙閘，右側為航道沖沙閘。根據中、老、緬、泰四國政府簽訂的《瀾滄江-湄公河商船通航協定》及《瀾滄江-湄公河航道維護與改善導則》，該工程船閘級別擬定為Ⅳ級，按通航500t 級船舶標準設計，船閘采用右岸單線1 級船閘[2]，閘室有效尺寸為120m×12m×4m，為與下游主航道平順銜接，下游引航道總長約1142m，底寬45m，彎曲半徑330m，轉彎角63°40′28″。引航道口門區水流條件的好壞關系到船舶能否安全順暢地進出引航道及船閘安全穩定地運行，直接影響到湄公河干流的航運能否暢通。

因此，本文以船閘下游引航道口門區[3]為對象，根據泄洪閘不同泄洪工況下，分析各工況泄洪時對口門區水流條件的影響，以便于優化和調整引航道導航墻的布置，合理確定導航墻長度，利于船舶順利進、出引航道，保證船閘的正常安全穩定運行。

1 概述

1.1 樞紐布置

樞紐建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、電站建筑物、通航建筑物及過魚建筑物組成。

攔河壩為混凝土重力壩，正常蓄水位340m，壩頂高程346m，最大壩高約64m，壩頂長896.5m。

泄洪沖沙閘壩段位于右岸灘地。為了防止推移質泥沙進入電站進水口，在廠房壩段前設置攔沙坎，將泥沙導入泄洪沖沙閘。共布置14 孔泄洪沖沙閘，孔口尺寸15m×23m。其中1 孔為航道沖沙閘，位于船閘右側，其余13 孔泄洪沖沙閘。船閘及泄洪閘分區布置見圖1～2。

圖1 船閘及泄洪閘布置圖

1.2 下游最高通航水位及流量

根據《內河通航標準》規定，Ⅳ級通航建筑物最高通航水位可按5年～3年一遇洪水設計。

考慮到與上游梯級通航建筑物的銜接，同時能滿足引航道的水流條件，初擬該工程通航建筑物最高通航水位按3年一遇洪水標準設計。下游最高通航水位為EL.329.64m，相應的最大通航流量（3年一遇）為Q=13200m3/s。

圖2 泄洪閘分區布置圖

1.3 通航水流條件

根據《船閘總體設計規范》的規定，引航道口門區平行航線的縱向流速≤2.0m/s，垂直航線的橫向流速≤0.3m/s，回流流速≤0.4m/s。

2 模型設計制作及試驗工況

2.1 模型設計制作

（1）試驗模型為整體、正態模型，模型比尺為1:70，河道模擬總長度為4200m，包括壩軸線上游2500m 至壩軸線下游1700m，庫區346m 高程以下，下游346m高程以下，因此，能保證上下游流態以的相似性。

（2）尾水設閘板和水位測針(精度±0.1mm)以控制尾水位。下游水位控制斷面為壩軸線下游1370m 處。

（3）地形制作的垂向精度控制在±2mm 以內，平面精度控制在±5mm 以內。

2.2 泄洪閘分區布置

樞紐布置的泄洪建筑物包括13 孔泄洪沖沙閘、1孔航道沖沙閘和發電引水口下方的沖沙底孔。其中13孔泄洪沖沙閘由2 道中隔墻劃分為3 個區，由左至右依次為Ⅰ區3 孔、Ⅱ區3 孔、Ⅲ區7 孔。各孔凈寬均為15m，閘底板高程均為317.0m。其中，Ⅰ區和Ⅱ區泄洪閘下游設置長約80m 的消力池，消力池底板高程依次為310.0m、312.5m。消力池末端采用1:5 的反坡與原河床連接，消力池末端沒有設置尾坎和防沖槽，具體布置及分區見圖1.1-1～2。

2.3 試驗工況

為了比較不同的泄洪方式對下游引航道口門區的影響，確保泄洪更為安全可靠，盡量減小泄洪對引航道進出船舶的影響。對于小于3年一遇洪水的同級流量下進行了不同的閘門開啟方式試驗，大于3年一遇流量時，各泄洪閘全開敞泄，船閘停止運行。為分析較大流量下對引航道口門區的影響，僅考慮2年及3年一樣流量下，主要的試驗工況見表1。

為充分分析泄洪閘泄洪對引航道口門區水流條件的影響，由于僅考慮泄洪對船閘運行時口門區水流條件的影響，因此未考慮航道沖沙閘的泄洪工況。

上述泄洪閘運行方式涵蓋了幾乎所有運行方式，完全能夠評價本工程在各種運行方式的泄洪下對下引航道口門區水流條件的影響。試驗工況組合見表1。

表1 試驗工況表

3 下游引航道口門區流場

3.1 原引航道布置

根據試驗成果，在較大流量工況下（工況D 和E），下引航道口門區流速中各工況的流速均小于航道航行的要求，在導墻結束到航道結束的范圍內，由于在導墻外側的是泄洪而下的水流，且航道無下泄水流，存在流速差，流速差形成剪切作用，會形成小范圍的回流流場，但流速并不大，在靠近導墻邊線的直線位置，整段距離內流速都比較大，但小于規范規定禁止通航的水流條件要求。實測結果表明，航道口門區流速梯度較大，航道內側0.75m 位置流速就減小很多，內側2.25m 的位置流速就很小，但側向流速較小，完全符合船舶航行要求。各工況(最不利)下航道內的流場見圖3～4。

圖3 工況D 引航道口門區流態

圖4 工況E 引航道口門區流態

3.2 引航道優化調整后

結合泄洪閘泄洪不同的運行方式，試驗中對航道長度進行調整，試驗中把轉彎后長度179.36m 的直導航墻減短160m，對其口門區進行流速的測量，在導航墻減短后，彎道中主流靠近凹岸邊，這使得在導墻中軸線附近的流速比原設計中的流速小，這樣類似于剪切作用變小，小范圍的回流強度減輕，而且主流靠近左岸，導致在航道后整個下游有大范圍的回流，但回流流速較小。航道口門區平行航線流速均小于2.0m/s，靠近航道右岸岸邊的流速0.5m/s 左右。調整后的引航道口門區流場條件滿足規范要求。各工況(最不利)下航道內的流場見圖5～6。

圖5 工況D 引航道口門區流態

圖6 工況E 引航道口門區流態

4 結語

該船閘位于國際通航河流湄公河上，其航運地位十分重要，船閘的運行將直接影響到湄公河干流的航運能否暢通，下游引航道是其重要的組成部分。本文通過泄洪閘不同泄洪工況試驗下，得出了不同引航道導墻長度口門區水流流態，主要結論如下：

（1）通航時，泄洪閘在各工況運行方式下，原引航道布置方案引航道口門區水流條件滿足規范要求，樞紐泄洪對船舶進出引航道影響較小；

（2）通航時，當航道導航墻減小160m，泄洪閘在各工況運行方式下，縮短后的引航道口門區水流條件也滿足規范要求，樞紐泄洪對船舶進出引航道影響較小；

綜上，通過水力學觀測和引航道模型調整，泄洪閘在不同運行工況下，各級通航流量泄洪時，口門區的水流流態較好，流速指標滿足規范要求，對航道的不利影響均較小。

試驗結果為泄洪閘及船閘的運行管理提供了依據和支撐，同時為引航道的布置合理性提供了充分依據，從而保證該船閘的正常安全運行，充分發揮船閘的航運效益。