改善葛洲坝枢纽大江船闸下引航道航行条件的长江委“W”方案验证及船模试验研究(李…

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改善葛洲坝枢纽大江船闸下引航道
6rAK G5r!L0航行条件长江委“W”方案验证及船模试验研究
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李宪中1, 赵连白2, 李一兵2水利论文o }A-?9_/]#^
(1.清华大学 土木水利学院 2.交通部天津水科所)

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摘要:葛洲坝大江船闸下引航道的设计通航标准为流量35000m3/s时通航6000吨级船队,目前由于下游导航墙偏短、二江电厂泄水和泄水斜流的影响,加上泄水波的作用,只能在流量小于20000m3/s时通航。本文介绍了长江委W整治方案,并做了补充修正,利用船模试验成果,修正了原航线。试验表明,大江船闸下引航道经整治后,可以达到原来的设计标准。同时论述了三峡水库对葛洲坝下游宜昌水位下降的影响,指出及早采用工程措施,抑止宜昌水位过多下降,对保障通航设施的运行是必要的。

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关键词:葛洲坝大江船闸;长江委W整治方案;船模试验;工程措施

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作者简介:李宪中(1963-),男,清华大学土木水利学院河流海洋研究所博士生。

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1 前言

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  葛洲坝枢纽通航建筑物由三江航线和大江航线组成。大江航线下引航道修建390m的导航隔流墙,在船闸的右侧设9孔冲沙闸,过流能力为20000m3/s。由于坝下游西坝岸线阻水挑流等影响,二江泄水闸下泄水流向右挑冲和扩散,在大江下游航道内形成涌浪和斜流,水流条件复杂,在较大流量时(20000m3/s),下闸首附近航道内涌浪较大,对船队航行和下闸首人字门对中有影响。《长江葛洲坝水利枢纽大江工程竣工验收鉴定书》中指出:“根据1988年9月以来两次实船试航和试运行情况,由于大江的水流泥沙条件复杂,在较大流量时,下游航道的涌浪较大,下闸首的涌浪也较大,对船队航行和下闸首人字门对中有一定影响,同意通航流量按等于或小于25000m3/s投入运行,运行一段时间以积累经验,并请设计部门进一步研究包括隔流堤长度等在内的综合治理措施,改善坝下水流泥沙条件,运行管理部门配合提供有关资料,并报有关上级部门审批实施,尽快使通航流量达到30000m3/s,努力争取做到实现通航流量35000m3/s”。

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  葛洲坝枢纽运行以来,由于上游卵砾石推移质来量的减少,坝下游河床发生冲刷。加上沿江建筑材料的开挖,和荆江人工裁弯影响引起河床溯源冲刷、河床下切,宜昌水位明显下降。三峡工程正在紧张施工,随着工程的进展,葛洲坝坝下游河段的河床冲刷将会更加发展,水位还会继续下降。宜昌水位进一步降低,大江下引航道的比降和流速将加大,对船舶航行更加不利。据多家数学模型计算成果分析,如果不采取工程措施抑制近坝段水位继续下降,三峡工程施工期(2003~2009年)末宜昌水位比葛洲坝设计值将下降约2m,即流量3200m3/s时,宜昌水位约为37m(吴淞高程)。[5]水利论文'j I;`fI7Mk)L;G

2 交通部有关部门进行的工作

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  中国工程院院士梁应辰曾专门给有关中央领导写信,呼吁落实葛洲坝大江尾工的完成,原国务院副总理邹家华曾指示长江三峡总公司负责。中华人民共和国交通部(交函三峡1999第272号)文中指出:“大江下游航道尾工作为整个葛洲坝工程的一部分,国家验收委员会已对其综合治理工程措施和经费做过决定。我部认为它的实施完成对三峡工程航运意义重大:首先,可大大提高葛洲坝~三峡枢纽河段客货运输能力;第二,提高了船队(舶)航行的安全度;第三,提高了三峡~葛洲坝枢纽河段的通航保证,减小了在汛期如二号船闸出现事故,大江航道无法通航而出现断航的可能性”。 水利论文5C/[Llf(@

  根据中华人民共和国内河船闸规范的要求,在有限水域(引航道或闸室)通航水深应不低于船舶吃水的1.5倍,根据中华人民共和国交通部于1997年发布的《三峡枢纽过坝船队尺度要求及技术政策(试行)》,三峡枢纽过坝船(舶)队应向系列化和标准化方向发展;现有过坝船队应进行更新改造。三峡枢纽过坝大宗货运输方式初期以普通驳船队运输为主,并逐步向分节驳船队过渡;在航道水深未达到规划尺度之前,现阶段船舶吃水不宜超过2.6m,近期发展3000t以下的货(驳)船,建议采用变吃水设计;按现在和推荐的船舶吃水(2.6~3.0m),则相应要求船闸槛上水深不小于(3.9~5m)。水利论文 v"m.dS*tN

  推荐船舶尺度的选择除考虑航道、船闸、技术经济性能等的要求外,还应考虑与驳船的有效配合;为保证船队具有较强的上行能力,船队的静深水航速以12~15km/h(4.2m/s左右)为宜;适当发展机动驳顶推船队运输,机动驳(货轮)静水自航速度以18 km/h(5m/s)为宜;积极推广行之有效的先进技术,例如双尾船型、三机三浆和大径深比技术。

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  交通部三峡办公室为了早日促成大江尾工长江委“W”方案的实施,改善下游引航道航行条件,特委托交通部天津水科所进行了如下船模试验工作[1]:①现状条件下船队航行情况;②工程后船队航行情况;③工程前后船队航行情况对比分析;④工程后大江下游航道的合理航线选择;⑤修改方案船队航行情况及评价。

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2.1 试验船队的选型及基本资料水利论文#K!A*FD+Z9~ _4x

三峡工程建成后,万吨级船队可实现汉渝直达。按照三峡大坝上下游通航标准,万吨级船队在上行时按半载考虑[2],因此我们选用已有的三峡工程1∶150通航船队模型中的六驳船队和九驳船队作为此次试验的主要船队。船队模型的编队型式、载重及主要尺度见表1。水利论文5@X `UHb2P]^

表1 船队编队、载重及主要尺度水利论文x%m'gfE%z1q:c
Table 1 Columns of fleet, loading situation and main size

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船队水利论文"t"f"_O])~n

名称水利论文GtS D0P8l#e(~L#K

编队型式、载量

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主要尺度(L×B×T)水利论文)[!Ezc uh8eF


实 船

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模 型 (1∶150)水利论文2gMM_\^ sl%B(n


六 驳2640HP+6×1000t、6425t196.67×31.84×2.94m131.11×21.23×1.96cm
九 驳2640HP+9×1000t、9445t271.87×32.25×2.94m181.25×21.5×1.96cm

2.2 船模试验航速及参考航线

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  选六驳、九驳船队在进行实船试验时,测得其正常航行速度(常车九挡)分别为12.841km/h和11.359km/h,即3.567m/s和3.155m/s。按照运动相似准则,对二种船队模型分别进行了航速率定。根据《长江航道中游航行参考图》(97年版)[5]中标明的航线位置,大江下游主航道(笔架山~李家河河段),实船上行航线靠近河道中线主流区,而下行航线顺右岸缓流区。试验时船模按该航线航行,在此基础上再进行选择航线试验。水利论文|%dV*b6u6uL.F7g

2.3 下引航道口门区的范围及船队航行标准[3]

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  本试验下引航道口门区的范围与三峡枢纽船闸引航道口门区的范围相同,其长度为船闸下引航道口门以外550m,宽度与口门宽相等。按长江港航监督部门的规定,三峡工程建成后,汉渝间航行的船队,上行对岸航速不得小于4km/h(1.11m/s)。水利论文p7q!{L2c"Fi

  船模在主航道航行时,以此标准来判断船队上行的难易程度。船模在下引航道口门区航行时,按三峡工程坝区通航条件规定,船队的最大舵角应≤20°,最大漂角应≤10°,以此作为判别船队航行状态的优劣。水利论文P8lv)n3BD8G1t6P

3 长江委“W”方案验证与船模航行试验水利论文h_ q-U P5{F1a

  笔架山~李家河河段处于大江下游航道的中下段,是进入大江船闸上行过坝的必经之路。该河段航行条件的好坏,直接关系到大江船闸的通过能力,也关系到大江通航流量标准问题。长江委的“W”方案是根据林一山先生的指导思想,使大江下游形成“W”型河槽,让二江水流尽可能沿二江河槽下泄,解决大江下游水流条件问题。长江委的“W”方案是:在河床较高的心滩上修建江心堤(堤顶高程约为52m),使大江航道最大设计通航流量下,将大、二江水流完全分开,各行其道,成为“W”型河床,在堤尾下游逐渐汇合成单槽。同时开挖上堤头左右侧大于36m高程的浅包,使大江尾水出流顺畅和改善堤头流态;开挖二江下槽(开挖到30m高程)以便降低大、二江电站尾水位;宜昌船厂水域开挖,以改善船厂水域的水深。[6]

6OV#\R^u!h9a!]0

  本河段主要进行现状条件和工程后船模上行试验,观测各流量级船队航行情况和碍航情况。试验时六驳、九驳船队均用常车9挡航速航行。水利论文S)D5g+l6S

3.1 现状条件下船模航行试验结果水利论文 B L%\wX*Pa1e

  为了研究长委整治方案的工程效果,需要了解工程前船队的船行情况。因此,首先进行了现状条件下的船模航行试验。从船模航行试验结果看,在现状条件下,当流量为5660m3/s时,六、九驳船队均能自航通过笔架山~李家河河段;当流量为10100m3/s时,六驳船队基本能自航上行,但九驳船队已不能自航;当流量为15000~20600m3/s时,六驳船队虽可自航上行,但航速已明显低于要求;当流量在24300m3/s以上时,六驳船队也无法自航上行。

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3.2 长委整治方案船模航行试验结果水利论文)o&V(Jr$VI

  从试验结果看,当流量在10100m3/s以下时,六、九驳船队均可自航上行通过笔架山~李家河河段;当流量为15000m3/s时,九驳船队基本能自航上行,航速略小于要求值;当流量为20600m3/s时,六驳船队基本能自航上行,而九驳船队沿原航线上行已很困难,最小航速仅0.63m/s;当流量为24300m3/s时,六驳船队走原航线上行已十分困难,九驳船队已不能自航上行;当流量在28000m3/s以上时,六驳船队已无法自航上行。

h(O~MGO,p5y0

3.3 工程效果分析水利论文 {2B}y\s

3.3.1 工程前后水流条件分析及对比

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  船队能否正常上行,取决于推轮能力是否能克服水流流速和坡降产生的阻力,也就是说,流速和坡降是影响船队正常航行的关键因素。

2E'u4bPw7X-Q/~n0

  根据实测资料计算,六驳、九驳船队常车9挡时推轮的推力分别为14.2t和14.4t。据此,可以计算出两种船队上行对岸航速不小于1.11m/s时,允许的最大流速和比降组合值,并点绘于图1中。根据图1,我们可以对工程前后笔架山~李家河河段的通航水流条件作一分析对比。实测该河段工程前后航线附近的流速、比降见表2。水利论文b"E/N7t F!RZk;a)u

表2 工程前后实船上行航线附近最大流速、比降对比
\(X0P-Uh]Y4Z9A.EV0Table 2 Maximal water velocity and slope near the channel of up line for
$B"Z^;g!`K|0E0real ship before and after engineering measures

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工 程 前

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工 程 后

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流量
6^:c)\.Yne0(m3/s)
水利论文/K_(s+_ l"GrH4k



笔架山~鄂西船厂鄂西船厂~李家河  笔架山~鄂西船厂鄂西船厂~李家河




流量
T+v7{4ak.XD'u7^0(m3/s)
水利论文k)hc2q hh4}&?p

比降
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流速水利论文Q7XQ4qP,OM2f
(m/s)
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比降水利论文So'Z |]i m5n6i
()
流 速水利论文)uG.{t/GZ
(m/s)
比降
([ TUR h7\D^/Pz0()
流 速
$rB fd[w+o cC3d0(m/s)
比降水利论文}+d&cuU
()

56600.950.631.801.261.123.751.501.25
101001.151.562.002.160.942.51.631.88
1500010472.432.172.461.143.121.901.25
206001.391.252.503.121.332.52.301.25
243001.831.563.101.881.111.872.850.42
280001.900.933.202.181.601.253.050.63
350001.520.933.951.871.79-0.943.25-2.10

从表2 可以看出,当流量为10100m3/s时,该河段工程前航线附近最大流速2.00m/s,最大比降2.16,远超出九驳船队允许值,因而无法自航上行;工程后航线附近最大流速降至1.63m/s,比降1.88,在九驳船队允许值范围内,船队可自航上行。当流量为20600m3/s时,该河段工程前航线附近最大流速2.50m/s,最大比降3.12,超出六驳船队允许值,船队自航上行非常困难;工程后航线附近最大流速降至2.30m/s,比降1.25,略大于六驳船队允许值,船队基本能够自航上行,对岸航速略小于规定值。水利论文"o?T:_D*r.`^

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图1 六、九驳船队9挡上行允许最大流速和比降组合
t(UI`;P a*C0Fig.1 The maximum permissible velocity and slope combination for 6-barges
1^~3k T(Wk[4j^0and 9-barges fleet going upstream at 9th gear
水利论文 sh$u6Z\Y[L~

3.3.2 工程前后船模航行情况分析及对比水利论文p s$er2c9O$yS0P

  从笔架山~李家河河段工程前后船模按目前实船航线航行情况看,工程前六驳船队在流量10100m3/s以下时可自航上行,流量为15000m3/s时自航上行已较勉强;九驳船队在流量为10100m3/s时已不能自航上行。工程后,六驳船队通航流量可达20600m3/s,而九驳船队通航流量可达15000m3/s。综合水流条件和船模航行情况对比分析可知,长委整治方案对笔架山~李家河河段的通航条件的改善作用是比较明显的,工程后两种船队的通航流量比工程前均提高了10000m3/s流量级。

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3.4 工程后船队上行航线选择试验

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  从船模航行试验情况看,六驳船队在流量为24300m3/s以上、九驳船队在流量为20600m3/s以上时,如果仍按原实船航线上行,对岸航速很小,均只有0.6m/s左右,自航上行困难。因此,有必要选择一条较佳的上行航线,以提高船队的航行速度和通航保证率。表3为笔架山~李家河河段工程前后右岸缓流区最大流速对比。水利论文F7AU;J!]:nt3`

表3 工程前后右岸缓流区最大流速水利论文v7pig*a2Y!Z
Table 3 Maximal water velocity in right slowness region between before and after engineering measures
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工 程 前水利论文E9a_\"P9Fr#f

工 程 后水利论文bA(h,eEA%O%]O

流 量
cNDn&l xW0(m3/s)
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笔架山~鄂西船厂鄂西船厂~李家河笔架山~鄂西船厂鄂西船厂~李家河




流 量(m3/s)

~,p i$b_3p/WB0
流 速 (m/s)流 速 (m/s)流 速 (m/s)
距岸100m距岸50m距岸100m距岸50m距岸100m距岸50m距岸100m距岸50m

101001.051.101.891.951.341.361.411.30
150001.731.642.112.091.161.301.721.63
206001.421.362.051.861.311.271.881.75
243001.451.452.522.481.161.072.251.93
280001.401.402.312.281.091.052.021.73
350001.451.162.121.950.700.671.811.55

  据笔架山~李家河河段流速观测资料,流量在15000m3/s以下时,本河段工程前李家河附近断面流速分布比较均匀,没有明显的缓流区;工程后右岸流速明显降低,适合船队上行。

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  根据本河段流速分布特点,船模试验时选择了两条新的上行航线:航线1,距右岸约100m;航线2,距右岸约50m。航线布置情况见图2。

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#d8O#h ]x @0w+P;QF0图2 笔架山~李家河河段原实船航线与新选航线布置示意图水利论文!?R2kW8jkD2PS
Fig.2 The original navigation and newly selected real ship navigatiion route at Bijianshan-Lijiahe reach

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  从试验结果看,当流量为20600m3/s时,九驳船队沿航线1上行基本可自航;当流量为24300m3/s时,九驳船队虽然沿航线1可自航上行,但已十分困难,最小对岸航速仅0.60m/s。从水流条件看,此时航线1附近最大流速已达2.25m/s,超出九驳船队允许范围,接近六驳船队允许值。因此,六驳船队沿航线1基本可自航上行;当流量为28000~35000m3/s时,航线1附近最大流速比24300m3/s流量级的最大流速小,满足六驳船队自航上行要求,但仍不满足九驳船队自航上行要求。航线2附近最大流速比航线1附近的流速小,六驳船队上行更为容易。试验表明:选择合适的上行航线对船队航行是有利的。水利论文VDC k:Fb

3.5 下游水位降落对船队航行的影响

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根据各家数模计算结果,在2009年三峡枢纽正常运转之前,葛州坝下游近坝段冲刷下切可基本达到平衡,届时宜昌站水位在目前的基础上再下降1.0m。模型试验结果表明[1],水位降落后,葛州坝下游近坝段航道的流速、比降普遍增加。为研究工程后水位降落对船队航行的影响,将模型尾门水位降落1.0m,进行笔架山~李家河河段船模上行试验。从试验结果看,水位降落后两种船队的上行航速明显比水位降落前小。当流量为56603m/s、现状水位时,九驳船队沿原航线上行比较顺利;水位降落后,九驳船队沿原航线上行比较勉强,需改走航线1才基本能自航上行。当流量为15000 m3/s、现状水位时,六驳船队沿原航线上行比较顺利,九驳船队也勉强能自航上行(航速略小于规定值);水位降落后,六驳船队沿原航线上行比较勉强,需改走航线1才基本能自航上行,而九驳船队沿原航线上行已很困难,最小航速仅0.62m/s,即使改走航线1也比较困难,航速达不到要求。当流量为20600m3/s和24300m3/s、现状水位时,六驳船队基本能自航上行(航速略小于规定值);水位降落后,六驳船队自航上行十分困难,最小航速仅0.56m/s。由此可见,下游水位降落对船队上行影响较大。为此,在胭脂坝建潜坝抑制河床下切和壅高水位,对大江下游航道水流条件的改善是很有必要的。水利论文Y9C\k-S Lap h

4 大江船闸下引航道口门区及连接段船模航行试验[4]

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4.1 现状条件下船模航行试验结果水利论文9f&rj8I#m5Eu2EF

  从试验结果表看:①当流量为5660m3/s、六、九驳船队用2.5m/s的航速上行时,均可顺利通过连接段和口门区进入口门;而船队出引航道口门下行时,六、九驳船队的操舵角已接近规定值。在口门区末端(距堤头400~500m),两种船队的航行漂角均略超限值。②当流量为15000m3/s、六驳船队用2.5m/s的航速上行过口门区时,舵角、漂角都比较大,航态也较差。改用3.0m/s的航速上行,航行状态稍好;九驳船队需用常车9挡的航速才能进出口门,但航态不太好,不能保持顺直状态通过口门区。由于连接段航道弯曲,来流斜穿航道,九驳船队下行通过连接段时,需要用较大的舵角才能抵抗斜流的作用,最大舵角已达22.5°。③当流量为20600~35000m3/s时,六、九驳船队均可用2.5m/s的航速顺利通过口门区和连接段。水利论文l tJ o1qx

  总的来看如表4-1和表4-2所示,现状条件下流量在20000~35000m3/s之间时,六、九驳船队均可顺利通过口门区和连接段,进、出船闸引航道没有太大问题。但流量在15000m3/s以下时,六、九驳船队通过口门区时的操纵难度稍大,航态也差些。水利论文9CJ$^hbHk

表4-1 船模航行参数表
AQ&\)NY.SV*By0Table 4-1 Parameter of ship model test
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100水利论文y| jU6]
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对岸航(m/s)
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表4-2 船模航行参数表水利论文{@!o!|n
Table 4-2 Parameter of ship model test

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  本次试验还选择了24300m3/s流量,进行二江泄水闸不同开启方式对进出大江船闸下引航道口门区船队影响的试验研究。

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  从试验情况看二江泄水闸不同开启方式对大江船闸下口门区船队航行的操纵及其航态影响不大,但对船队的航行速度影响较大。

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4.2 长委“W”整治方案船模航行试验结果

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  根据大江下游航道船模航行试验结果,工程后九驳船队至多在流量为24300m3/s时能自航行。从试验结果看:①当流量为5660m3/s时,六驳船队用2.5m/s的航速航行,能够通过口门区和连接段安全进出下引航道口门,但上行通过连接段进口门区时航态稍差;九驳船队用2.5m/s的航速上行进口门时,通过连接段和口门区比较顺利。但下行出口门后,在口门区前半段( 距堤头0~250m ),需用较大舵角(18°左右)来控制船队。②当流量为15000m3/s时,六驳船队需要用3.0m/s的航速、九驳船队需要用常车9挡的航速(3.16m/s),才能基本保证船队通过口门区和连接段,且上行过连接段进口门区时的航态均较差。③当流量在20600m3/s以上时,六、九驳船队用2.5m/s的航速均可顺利通过口门区及连接段而安全进出下引航道口门。

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4.3 工程效果分析水利论文p_,wx:lxa L2g'xD

4.3.1 工程前后水流条件对比分析

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  影响船队航行状态和操纵的主要因素是水流的流态及流速值的大小,这其中包括纵向流速、横向流速、回流流速、回流范围等等。特别是在引航道口门区,其水流条件的好坏,直接影响到船舶(队)能否安全进出引航道口门的问题。因此,在《船闸设计规范》中明确规定:引航道口门区纵向流速不得大于2.0m/s;横向流速不得大于0.3m/s;回流流速不得大于0.4m/s。

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  根据模型实测资料,将葛州坝枢纽大江船闸下游引航道口门区工程前后水流条件列于表5中。从表中资料可以看出:①随着流量的增加,口门区工程前后纵向流速均呈减小趋势。各级流量下口门区纵向流速均未超过限值。当流量在15000m3/s以下时,口门区工程后的纵向流速大于工程前的纵向流速。而当流量在20600m3/s以上时,口门区工程后的纵向流速略小于工程前的纵向流速。②当流量在15000m3/s以下时,口门区工程前后局部区域的横向流速均超过规范限值,最大横向流速出现在流量为15000m3/s时;另外,工程后口门区横向流速略小于工程前。当流量在20600m3/s以上时,口门区工程前后的横向流速均比较小(<0.2m/s)。③当流量在15000m3/s以下时,口门区航道内工程前后均出现小范围回流区,回流流速大多超过规范限值;工程后的回流强度略有减小。当流量在20600m3/s以上时,工程前后回流范围都比较大,但强度很弱,且超出口门区航道范围。水利论文3[bj8_*x C)\|NO

表5 大江船闸下引航道口门区工程前后水流条件对比水利论文zL*U:s)aP
Table 5 Water flow condition before and after engineering measures at the mouth of
-v3G6T"a2q0the navigation channel downstream of the No.1 ship-lock

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流 量水利论文k/V$ckST$[X%M
(m3/s)
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(m/s)
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206000.970.080.900.15
243000.940.160.820.16
350000.820.07

  需要说明的是,口门区最大纵向流速、最大横向流速以及最大回流流速均不在同一位置出现,就是说,纵向流速大时,横向流速较小;而横向流速大时,纵向流速较小,这一现象对船队航行是有利的。因此,从船队进出口门区的航行试验看,虽然流量在15000m3/s以下时口门区横向流速超出规范限值许多,船队在进出口门区时操纵有一定难度,且航态也较差,但并未造成船队无法通过口门区的现象。

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4.3.2 工程前后船模航行情况分析及对比

v;`IR W5g"W.a7x{0

  工程前,流量在15000m3/s以下时,六、九驳船队进出口门区的操纵难度稍大,航态也较差;特别是在15000m3/s流量级,两种船队受较大横流作用,需用较大航角,航态也较难控制。另外,九驳船队下行过连接段时,操舵角很大。当流量在20600m3/s以上时,两种船队均可顺利通过口门区及连接段。

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  工程后,六、九驳船队进出口门区时的航行难点仍然在15000m3/s流量,特别是上行船队,航态差,操纵难度较大,但所用舵角和船队的航行漂角小于工程前。由于江心堤阻挡了上游部分来流,连接段斜流强度有所减弱,因而船队过连接段时所用舵角比工程前小。当流量在20600m3/s以上时,两种船队也均可顺利进出口门区及连接段。水利论文AM? c.t2NVEi8^

5 修改方案船模航行试验结果水利论文'p1S&w}'F5E/gE

  从长委整治方案船模航行试验结果看,该方案对大江船闸下游引航道口门区航行条件的改善作用不明显;对笔架山~李家河河段的通航条件的改善作用较大,但仍然存在一定的问题。因此,本试验对长委整治方案进行了初步修改,以探讨方案优化及进一步改善大江船闸下游航道的航行条件的可能性。

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5.1 大江船闸下游引航道口门区及连接段船模航行试验

`*oVM?'d O0

  修正方案的目的是解决15000m3/s以下流量时口门区及连接段的船队航行条件问题,新修导航墙顶高程为46.4m(黄海高程,相当于20000m3/s时该处水位)。为检验修改方案效果,选择了5660、15000、20600、24300m3/s共四级流量及相应现状水位条件进行船模航行试验。从船模航行试验结果看,当流量为5660~24300m3/s时,九驳船队用2.5m/s的航速从航道右侧上行、左侧下行,可顺利通过口门区及连接段。

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5.2 改进工程方案效果分析

&^xC o ET&[,GU2^Z0

  下导航墙延长300m后,一方面起导流作用,降低上游来流向口门区扩散的强度。另一方面,引航道由原来的390m增加到690m(相当于2.5倍万吨级船队长度),上行船队进口门后有一定的距离调顺进闸;下行船队出闸后增加了300m的预航段,便于提速。导航墙延长后,口门区水流条件得到较大改善。除个别流速项外,各流速值(纵、横及回流)均在限值内。

pKUI1^vTj@1y7R0

6 主要结论

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  (1) 长委“W”方案对改善大江船闸下游航道的航行条件有较明显的效果,在原航线六千吨级船队满载上行时的通航流量可从工程前的10000m3/s提高到工程后的20000m3/s;九千吨级船队满载上行时的通航流量可从工程前的不到10000m3/s提高至工程后的15000m3/s。

K#EaJu:SO)C2y0

  (2) 选择合适的航线对船队自航上行有利。此次试验选择右岸缓流区的航线1(距岸100m)作为上行航线,六千吨级船队满载上行时的通航流量可达到35000m3/s,九千吨级船队满载上行时的通航流量可达20000m3/s。水利论文8f)z+H9s9YeL d0V

  (3) 三峡工程建成后,如果葛州坝下游近坝段水位下降,将对大江下游航道的航行条件产生不利影响,也会造成通航流量降低。因此在下游胭脂坝左深槽建潜坝抑制河床下切和壅高水位,对大江下游航道水流条件的改善是很有必要的。

$I ha wr0

  (4) 长委“W”方案对大江船闸下引航道口门区的航行条件的改善效果不太明显,但可通过延长300m导航墙的改进方案来解决;“W"方案对口门区与下游主航道之间的连接段的航行条件有好处。水利论文m\0lwY5q Fji u

  (5) 结合葛州坝枢纽至虎牙滩河段定床模型试验成果,采取一定的工程措施,减小下游水位降落对船队航行的影响。

i8p)EDR7Gh$]0

  (6) 推荐采用性能好、马力大的推轮,提高船队克服水流阻力和比降阻力的能力。水利论文Lq#v7y4?.Jy

参考文献

$mM%vc4cR{x9oO0

[1]究。交通部天津水运工程科学研究所,1999年8月。

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[2]长江三峡工程泥沙航运关键技术研究成果汇编(上册). 交通部三峡工程航运办公室编,1991年6月。

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[3]三峡水利枢纽通航船队现行轮驳实船静水性能试验报告。长江航运科学研究所,1985年8月。

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[4]李一兵等。葛洲坝枢纽大江船闸下游航道长委整治“W”方案船模航行试验研究(讨论稿),1999年10月。水利论文2y4IE&K"A J

[5]杨美卿。三峡水库施工期和运用初期宜昌水位逐年变化的预估。清华大学,1999年10月。水利论文DlIn$P:K3Pd7_4^

[6]王俊生等。长江葛洲坝水利枢纽下游河势调整专题研究报告。长江委设计院,1997年。水利论文Y#?-Gv!FE Z

致谢:本文主要工作得到交通部梁应辰、魏京昌、李海燕、王金池、刘书伦同志的关心和指导,清华大学王兴奎、李丹勋、王殿常、禹明忠、安凤玲、徐世涛等同志对试验中流场测量工作给予了大力支持;长江委宜昌水文局李云中、孙伯先同志为试验提供了水文资料;长江三峡通航管理局谢凯、潭德绥为试验搜集了葛洲坝枢纽大、二江电站调度详细资料。

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