西津二線船閘實船試驗分析

西津二線船閘的順利通航，能有效解決西津一線船閘通過能力不足的問題，適應經濟發展對西江航運的需求。為驗證船舶通航的安全性和閥門運行方式的合理性，并為過閘船舶（船隊）的駕駛操縱提供科學依據，文章通過實船試驗分析船舶在上下游引航道及閘室的航行、停泊條件。結果表明：在推薦運行方式下，船舶駕引操縱容易，通航水流條件良好。

西津二線船閘；停泊條件；實船試驗；航行特性

U641.9A662163

作者簡介：

葉" 青（1967—），高級工程師，主要從事水運工程船閘和樞紐電站技術管理、工程建設及運營管理工作。

0" 引言

實船試驗是船閘試通航前的過閘演練，既能檢驗船舶在上下游引航道及閘室的航行和停泊條件，還能檢驗船閘集中控制系統的正確性，是一種對船閘工程的設計布置方案和實際運行流程進行檢驗的常用有效方式，也能為后續正式通航過閘船舶（船隊）的駕駛操縱提供科學依據。本文主要闡述西津水利樞紐二線船閘工程實船試驗的試驗方法和數據結論，提供一種有效合理的船閘工程試航方式，可為其他同類船閘用作理論參考。

1" 概況

西津水利樞紐工程位于西江航運干線廣西段起點南寧市，是西江航運干線南寧至梧州段四個渠化梯級的第一個梯級，其通航能力直接影響西江黃金水道的航運暢通，具有十分重要的航運地位。1966年通航的一線船閘等級低、尺度小、設施簡陋，不能滿足現有過閘需求。為適應經濟發展對西江航運的需求，有效解決西津一線船閘通過能力不足的問題，新建西津二線船閘工程。二線船閘位于西津水利樞紐工程范圍內，布置在已建一線船閘的右側，兩線船閘中心距為120 m，一線二線船閘平面位置見圖1。西津二線船閘建設規模為3 000噸級（Ⅰ級船閘），設計代表船型為3 000噸級貨船、2×2 000噸級頂推船隊、2 000噸級貨船、2 000噸級港澳航線多用途集裝箱船、1 000噸級貨船、1 000噸級集裝箱船和2×1 000噸級頂推船隊。船閘有效尺度為280 m×34 m×5.8 m（有效長度×有效寬度×檻上水深），通航凈空為18 m［1］。船閘上游設計最高通航水位為樞紐正常擋水位62.12 m，上游最低通航水位為57.62 m；下游最高通航水位為57.44 m，下游最低通航水位為41.82 m。

船閘的總體布置應保證通航期內過閘船舶的暢通和安全，應滿足船舶安全操作所需的條件，船舶過閘時應具有良好的航行姿態和合理高效的過閘速度［2］。西津二線船閘為采用閘底雙長廊道側支孔輸水系統布置規模較大的船閘，相關水力指標較高。同時，上下游不同的通航水位使得其水力條件變化大，較大的船閘規模及較大的慣性長度導致輸水末期慣性超高（降）也較大，可能危及停泊于閘室內的船舶安全［3］。船閘充泄水時，從上下游引航道直接取、泄大量水體，在上下游引航道寬度和水深不變的情況下，單位時間內進出引航道的能量和水體對上下游引航道停泊條件的影響較大［4］。基于以上情況，通過實船試航試驗來獲取、驗證現場實際各項通航條件十分必要。2023年03月，在已完成西津二線船閘無水、有水觀測與調試的基礎上，開展了相應的實船試航試驗。

2" 試驗內容及方法

2.1" 試驗內容

先后開展船舶上行、下行過閘全過程試驗，主要測試內容為：（1）船舶上、下游進出閘室的航行特性，包括船舶的航速、航跡線以及漂角，傾角等航行姿態；（2）船舶在上、下游靠船墩及閘室的停泊條件，包括上、下游靠船墩位置的水位波動、水流流速以及船舶停靠靠船墩、閘室內時所受的系纜力。實船試驗工況見表1。

2.2" 設備及測點安排

西津二線船閘試通航初期，航段內過閘實載均≤2 000 t，經過多方溝通，從貴港航段內協調選擇3 000噸級設計代表性船舶“貴港興泰6358”開展實船試驗，船舶主要技術參數見表2。船舶重載試驗時，實載為2 800 t，吃水為3.95 m。

各位置停泊條件的測點布置如圖2所示。試驗時在船首和船尾纜繩上各布置一個拉力測試儀，并將船舶首尾呈“八”字系纜以獲得可靠的系纜力，采用ADV流速儀測量靠船墩處的流速，采用水位計觀測靠船墩處的波動。在船舶上、下行過程中，通過在船舶中軸線上布置慣性導航系統，直接測量獲得船舶航速、橫傾、縱傾、方位角及位置經緯度，并通過后處理獲得船舶航跡線及漂角。

3" 航行特性

西津二線船閘上下游引航道均采用“曲進直出”的方式［5］。曲線進閘-直線出閘的布置方式，船舶待閘時可更靠近閘首，出閘時航路通暢，出閘航速相對較快，因而船舶的過閘時間相對更短，過閘效率更高［2］。實載2 800 t船舶下行、上行全過程航跡線見圖3和圖4。由圖3～4可知，船舶在進出閘時航跡線平滑，航行過程中姿態參數變化平穩，相應的特征值見表3。由表3可知，各項參數數值較小，表明船閘在當前的布置、運行方式下，能夠滿足船舶正常航行的需求，且船舶駕引操作較容易。

4" 停泊條件

4.1" 靠船墩水面波動

閘室充水時上游引航道靠船墩附近水面波動過程線、閘室泄水時下游引航道靠船墩附近水面波動過程線見下頁圖5。由圖5可知，靠船墩處水面存在明顯的周期性波動，船閘充水時，上游靠船墩處初始水位為61.30 m，船艏船艉水面最大降低為0.38 m、壅高為0.30 m，波動周期約為8.30 min；船閘泄水時，下游靠船墩處初始水位為43.10 m，船艏水面壅高為0.40 m、最大降低為0.71 m，波動周期約為10.42 min，船艉水面壅高為0.50 m、最大降低為0.73 m，波動周期約為10.42 min。船閘充泄水時，靠船墩處水面波動周期較長，衰減較慢，不影響船舶停泊安全。

4.2" 靠船墩水流流速

本次試驗以平行引航道中心線指向下游為縱向流速X正方向、以垂直引航道中心線指向左岸為橫向流速Y正方向。閘室充水過程，上游靠船墩附近流速見下頁圖6。由圖6可知，閥門開啟過程中水流向閘室內流動，水流較平緩，流速逐漸增大，在閥門全開附近縱向平均水流為0.35 m/s，橫向平均流速≤0.25 m/s。閘室泄水過程，下游靠船墩附近流速見下頁圖7。由圖7可知，水流由閘室向下游流動，流速逐漸增大，縱向水流正向流速最大值＜0.8 m/s，反向流速最大值＜-0.2 m/s；橫向水流流速最大值＜0.5 m/s，反向流速最大值＜-0.2 m/s；泄水時流速換向為下游引航道振蕩長波引起，與船頭船尾出現水頭差段重合，不影響船舶停泊安全。

4.3" 系纜力

船舶所受的外部荷載均通過系船纜繩傳遞到系船設施上，系纜力超過規范允許值可能會引發斷纜、傾覆等安全事故，因此船舶系纜力是影響船舶停泊安全的重要指標［6］。一般將閘室內船舶系纜力變化過程分為三個階段：（1）船舶進閘停泊過程；（2）船閘充水/泄水過程；（3）上/下閘首人字門開啟過程。實載2 800噸級船舶在上下游靠船墩、閘室內停泊共6個工況的系纜力均小于《船閘輸水系統設計規范》［7］限值，并有較大的富余，現階段運行條件下，通航船舶滿足停泊安全要求。2 800噸級船舶系纜力統計見表4，系纜力變化過程見圖8、圖9。由表4和圖8～9可知，船舶在上游靠船墩處系纜力最大，最大值為26.94 kN；重載船舶在閘室內系纜力約為6～17 kN，最大值為16.74 kN；充水大于泄水，符合規律；在閘室閘室5#和8#系船柱停靠，充水時閘室水流稍有向上游流動的趨勢，在閘室閘室5#和8#系船柱停靠，泄水時閘室水流稍有向下游流動的趨勢。總體而言，閘室消能充分，出流均勻。

5" 結語

西津二線船閘實載2 800噸級設計船舶實船試驗，全面觀測了船舶進出閘室的航行特性、上下游引航道及閘室內的停泊條件，驗證了船舶通航的安全性和閥門運行方式的合理性。

試驗結果表明，船舶上下游進出閘室過程中航行參數變化平穩，閘室內最大航速基本在1.5 m/s左右，閘室外航速可達3.12 m/s，正常航行過程中漂角在0°～15°，船舶駕引操縱容易，通航水流條件良好。

實載2 800噸級船舶在上下游靠船墩、閘室內停泊共6個工況的系纜力均小于規范限值，并有較大的富余，現階段運行條件下，通航船舶滿足停泊安全要求。船舶在下行充水上游靠船墩處系纜力最大，最大值為26.94 kN；受充水非恒定流影響，上游引航道內形成長周期波動，周期約為8.30 min，靠船墩處水面波動約為±0.38 m，應關注波動對人字門運行的影響；充泄水階段最大系纜力充水大于泄水，重載船舶最大系纜力約為8～27 kN，閘室出流較為均勻；水位齊平時人字門及時開啟，閘室輸水慣性超高降控制較好，人字門開啟后并未出現系纜力顯著增大的情況。

［1］蔣" 峰，麥建清，陸宏健.西津水利樞紐二線船閘工程總平面布置方案研究［J］.西部交通科技，2014（4）：75-79.

［2］JTS-2021，船閘總體設計規范［S］.

［3］鄧倩玉，嚴秀俊.西津二線船閘閥門段空化特性及抑制效果［J］.水運工程，2024（2）：86-93.

［4］于寶海，曹玉芬.船閘引航道水力與停泊條件的分析［J］.中國港灣建設，2007（4）：5-7，54.

［5］周家俞，徐" 奎，黃成林，等.西津水利樞紐二線船閘下引航道布置方案對比［J］.水運工程，2018（11）：108-113.

［6］王" 蛟，楊" 斌.閘室船舶系纜力研究綜述［J］.水道港口，2014，35（5）：527-531.

［7］JTJ306-2001，船閘輸水系統設計規范［S］.

20240408