CN110080192B - 一种降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，属于通航建筑物领域，提供一种减少进入升船机引航道内的能量来降低闸首区域非恒定流水位波动的方法。包括阻能消波设施、两侧的通航闸孔以及配有的闸门和其门槽。本发明降低升船机引航道内非恒定流影响效果十分显著，有利于提高升船机的对接安全和运行效率，结构简洁、实际工程中易于施工，运行简便，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本方法涉及降低非恒定流影响的技术方法，具体涉及一种降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，属于航道建设技术领域。
背景技术
由以往升船机原型观测和模型试验研究结果可知，枢纽运行引起引航道口门区产生水位变化，口门区较小的水位波动传递到水域宽度明显收窄、水深减小的升船机闸首和船厢处将引起很大的水位波动，影响升船机运行安全和效率。
升船机引航道内非恒定水位波动本质上是水流能量在引航道内来回传递衰减的过程，根据浅水波的特性和能量守恒，水深越浅波速越慢，相应的波高越大。因此，当升船机引航道口门区到闸首是一个过水断面逐渐收窄、水深逐渐减小的布置时，口门区水面微小波动传递到升船机闸首和船厢附近水面波动就会显著增大。
在枢纽运行方式已确定的情况下，要降低升船机引航道内非恒定流水位波动，核心就是减少到达升船机闸首区域的波动能量，为此可采用的主要技术途径有：(1)减少进入升船机引航道的能量；(2)尽快消耗进入引航道的能量。由于引航道内的水流流速非常低，且引航道内需要通行船舶，采用消能措施加快能量消耗实现难度较大，故只能采用减少进入升船机引航道的能量方法解决非恒定水位波动问题。
在已建工程中有采用设置辅助闸室来降低非恒定流水位波动的方法。在升船机闸首和引航道之间设置图1中的辅助闸室，辅助闸室底高程应低于闸首段和引航道底高程(图1中e2<e1和e3，即辅助闸室内水深大于闸首段和引航道水深)、宽度也应大于闸首段(图1中b1>b2)，由此增加升船机闸首前水域的宽度和深度，降低闸首区域的非恒定流水位波动，以确保升船机对接安全。采用辅助闸室的具体运行方式为：(1)当无船舶通行时，保持辅助闸室引航道侧闸门关闭，保持闸室内水位平稳，闸首水位不受引航道非恒定流水位波动影响；(2)当有船舶通行时，开启辅助闸室引航道侧闸门，船舶由引航道驶入辅助闸室停靠，升船机船厢与辅助闸室对接，开启船厢门和闸首卧倒门，船舶由辅助闸室驶入升船机船厢内，船舶在船厢内系缆停靠，依次关闭辅助闸室引航道侧闸门、闸首卧倒门和船厢门，升船机上行或下行运行。
因为升船机引航道水位变化情况复杂，不能确定辅助闸室投入运行的时间，所以为保证升船机对接安全，升船机运行时辅助闸室都需要投入运行，故采用设置辅助闸室的方法增加了升船机运行复杂性，并影响升船机运行效率；同时，辅助闸室工程结构复杂，需要设置消能设施，若辅助闸室与引航道水位差有超过20～30cm的可能，还应增设输水系统，工程施工难度较大。
因此，在不影响升船机运行复杂性及效率的条件下，提出一种降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，是设计和科研人员非常关注的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提出降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，包括：阻能消波设施、两个限制性通航闸孔以及配有的闸门和其门槽；所述阻能消波设施布置在升船机引航道末端中心，有效减少进入升船机引航道的能量；所述两个限制性通航闸孔分别设置在阻能消波设施两侧，保证引航道内双向通航，不影响升船机通航能力；所述闸门布置在通航闸孔与引航道交汇处，通过两侧闸门开启合理的开度，进一步削弱开阔水域水位波动向升船机闸首区域的能量传递，降低闸首区域的非恒定流水位波动。
本发明进一步的技术方案是：限制性通航闸孔宽度b应尽量小，阻能消波设施宽度c应尽量大，以提高阻能效果，但同时为确保船舶航行安全和效率，通航闸孔宽度b不小于船厢有效宽度f，即b≥f。
所述阻能消波设施四角修圆处理，避免尖角引起的引航道不利水流流态影响船舶航行安全，修圆半径为小于c/2大于c/4。
进一步的技术方案是：限制性通航闸孔长度L≥10b以提高消波效果。
进一步的技术方案是：闸门选用横拉闸门时，横拉闸门宽度d大于通航闸孔宽度b，横拉闸门门槽宽度e大于横拉闸门d，即e＞d＞b，以确保横拉闸门能完全开启和关闭，一侧横拉闸门开度a(即一侧通航闸孔过水宽度)能满足0≤a≤b。
进一步的技术方案是：限制性通航闸孔的宽度b、长度L和两侧闸门最小合开度2a(两侧通航闸孔过水总宽度)应通过模型试验来具体确定，在达到有效降低引航道内非恒定流影响、降低闸室非恒定流水位波动的前提下，还需保证通航闸孔内外水位差小于0.2m、通航闸孔内流速小于0.7m/s，以确保船舶航行安全。
本发明的阻能消波设施、限制性通航闸孔以及闸门(以横拉闸门为例)的具体运行方式如下：
(1)无船舶通行时
当无船舶通行需求时，保持阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门最小合开度为2a，削弱开阔水域水面波动向升船机闸首区域的能量传递，降低闸首的非恒定流水位变化。
(2)有船舶通行时，阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门根据船舶航行状态启闭。
若2a≤b：当船舶通过通航闸孔时，阻能消波设施一侧通航闸孔的横拉闸门完全开启，另一侧通航闸孔的横拉闸门完全关闭；船舶通过前后，则保持两侧通航闸孔横拉闸门合开度为2a。
若2a＞b：当船舶通过通航闸孔时，阻能消波设施一侧通航闸孔的横拉闸门完全开启，另一侧通航闸孔的横拉闸门开启并保持开度为(2a-b)。
本发明的优点为：(1)本发明通过在升船机引航道末端中心布置阻能消波设施，有效减少进入升船机引航道的能量；(2)本发明在阻能消波设施两侧各设置一个限制性通航闸孔，保证引航道内双向通航，不影响升船机通航能力；(3)本发明在限制性通航闸孔与引航道交汇处配有闸门和其门槽，通过两侧闸门开启合理的开度，进一步削弱开阔水域水位波动向升船机闸首区域的能量传递，降低闸首区域的非恒定流水位波动，提高升船机的运行安全和效率；(4)本发明相关工程结构简单、实施难度低，运行简便，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是采用设置辅助闸室降低非恒定流水位波动的方法示意图；
图中：1引航道边墙底，2开阔水域，3靠船墩，4通航船舶，5升船机船厢，6升船机闸首卧倒门，7升船机闸首，81辅助闸室，91辅助闸室闸门。
图2是本发明降低非恒定流影响的技术方法示意图；
图中：1引航道边墙底，2开阔水域，3靠船墩，4通航船舶，5升船机船厢，6升船机闸首卧倒门，7升船机闸首，8阻能消波设施，9通航闸孔，10横拉闸门，101横拉闸门门槽。
图3是本发明降低非恒定流影响的技术方法实施例工程整体示意图；
图中：11船闸，12船闸下游引航道，13升船机与船闸下游共用引航道，14升船机，15升船机下游引航道，16升船机与船闸下游引航道交汇处，8阻能消波设施，3靠船墩。
图4是本发明降低非恒定流影响的技术方法的实施例工程局部示意图；
图中：13船机与船闸下游共用引航道，8阻能消波设施，9通航闸孔，10横拉闸门，101横拉闸门门槽。
图5实施本发明的消波措施后消波幅度占下闸首现状；
图6实施本发明的消波措施与未实施本发明的消波措施对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解发明，但并不构成对本发明的限定。
如图2所示，本发明所述的降低引航道内非恒定流影响的工程措施，主要包括阻能消波设施8、通航闸孔9、横拉闸门10。
实施例一
本实施例升船机下游引航道，引航道长度约为2700m，底宽80～90m，在距离船闸下闸首1100m处与船闸引航道汇合后共用同一引航道进入主河道，在两个引航道汇合部位成“鱼肚”状，见图3。船闸下游引航道底宽160～200m，引航道底高程为56.5m，而升船机引航道底宽仅80～90m，高程也提升到58.0m，到船厢处宽度进一步缩小18m，水深仅有3.5m。因此，口门区较小的水位波动传递到升船机下闸首将引起很大的水面波动。
本实施例在升船机下游引航道末端中心布置宽度为35m的阻能消波设施，两侧各设置一个限制性通航闸孔，每个通航闸孔长200m，底宽18m，通航闸孔与引航道交汇处分别设置横拉闸门，见图3和图4。
针对本实施例电站调峰的典型工况，通过数学模型计算得到未布置阻能消波设施和限制性通航闸孔时，下游引航道口门区和下闸首处在各时刻的水位值和不同时间水位变率见表1和图6，由图表可知口门区水位5min内变幅8cm可在下闸首产生31cm的水位变幅。
本实施例布置了图3、图4中的阻能消波设施和限制性通航闸孔后，通过数学模型计算分析不同通航闸孔闸门最小合开度2a的取值对消波效果以及通航闸孔内外水位差的影响，得出闸门最小合开度2a占升船机引航道宽度比与消波幅度占下闸首现状比和闸门内外水位差之间的关系图，见图5。由图可知，闸门最小合开度2a占升船机引航道宽度比越小，即a取值越小，消波效果越好，闸孔内外水位差则越大。综合考虑到既要达到较佳的消波效果，也要保证闸孔内外水位差满足小于0.2m的要求，本实施例a取值为7m，即两侧通航闸孔横拉闸门最小合开度(最小过水宽度)为14m。
针对电站调峰的典型工况，计算设有通航闸孔且a＝7m时的下闸首水位变幅见表1和图5，由图表可知，设有通航闸孔且a＝7m后，引航道内非恒定流影响明显降低，下闸首水位变幅与口门区基本一致，下闸首水位变幅均在0.3m以内，满足实施例船厢与下游引航道安全对接的水位变幅要求。同时，计算得出该情况下通航闸孔内外最大水位差为0.09m，通航闸孔内最大水流流速为0.24m/s，通航条件较佳。
表1典型工况口门区和下闸首各时刻的水位变幅
本实施例阻能消波设施、限制性通航闸孔以及横拉闸门的具体运行方式如下具体运行方式如下：
(1)无船舶通行时
当无船舶通行需求时，保持阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门最小合开度为14m。
(2)有船舶通行时，阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门根据船舶航行状态启闭。当有上行船舶通过时，阻能消波设施左岸侧闸门完全打开，右岸侧闸门开度完全关闭，待船舶通过后，关闭右岸侧闸门至7m开度，同时开启左岸侧闸门到7m开度；当有下行船舶通过时，保持阻能消波设施左岸侧闸门完全关闭，右岸侧横拉闸门开启至14m开度，在船厢与引航道顺利对接，下船厢门打开后，将右岸侧闸门由14m开度开启至完全打开，待船舶通过后，关闭右岸侧闸门仍至14m开度。
综上，通过采用本发明所述的降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，实施例在典型工况条件下，引航道内非恒定流影响显著降低。
根据工程实际情况不同，本发明还可以有其他实施方案，凡采用相同技术方案形成的降低升船机引航道内非恒定流影响的技术方法，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (1)
1.一种降低升船机引航道内非恒定流影响的运行方法，其特征在于：包括阻能消波设施、两个限制性通航闸孔以及闸门和门槽；所述阻能消波设施布置在升船机引航道末端中心；所述两个限制性通航闸孔分别设置在阻能消波设施两侧；所述闸门布置在通航闸孔与引航道交汇处；所述的限制性通航闸孔宽度不小于船厢有效宽度；
所述的阻能消波设施四角修圆处理，修圆半径为小于阻能消波设施宽度的一半，大于阻能消波设施宽度的四分之一；
所述的限制性通航闸孔长度大于10倍通航闸孔宽度；
所述的闸门选用横拉闸门，横拉闸门宽度大于通航闸孔宽度，所述的门槽宽度大于横拉闸门宽度；
布置的阻能消波设施和限制性通航闸孔，通过数学模型计算分析不同通航闸孔闸门最小合开度2a的取值对消波效果以及通航闸孔内外水位差的影响，得出闸门最小合开度2a占引航道宽度比与消波幅度占下闸首现状比曲线和闸门最小合开度2a占升船机引航道宽度比与闸门内外水位差曲线之间的关系图，综合考虑既要达到较佳的消波效果，也要保证闸孔内外水位差满足小于0.2m，通航闸孔内流速小于0.7m/s的要求，从而确定2a的值；
阻能消波设施、限制性通航闸孔以及闸门的具体运行方式如下：
(1)无船舶通行时
当无船舶通行需求时，保持阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门最小合开度为2a，削弱开阔水域水面波动向升船机闸首区域的能量传递，降低闸首的非恒定流水位变化；
(2)有船舶通行时，阻能消波设施两侧通航闸孔的横拉闸门根据船舶航行状态启闭；
若2a≤b：当船舶通过通航闸孔时，阻能消波设施一侧通航闸孔的横拉闸门完全开启，另一侧通航闸孔的横拉闸门完全关闭；船舶通过前后，则保持两侧通航闸孔横拉闸门合开度为2a；
若2a＞b：当船舶通过通航闸孔时，阻能消波设施一侧通航闸孔的横拉闸门完全开启，另一侧通航闸孔的横拉闸门开启并保持开度为(2a-b)；
其中a为一侧横拉闸门开度；b为通航闸孔宽度。
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