省水船闸水力特性分析

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1、第一章绪论1．1本文的选题背景和研究意义船闸是通航建筑物的主要型式之一，经过长期的发展，船闸以其技术相对成熟，运行稳定可靠，建设、运行和维护成本低廉等优点，成为过坝通航建筑物的主要型式而得到广泛应用。随着我国西部大开发的不断深入和国民经济的高速发展，航运作为一种大运量、低成本、低污染的运输方式得到大力发展，水利建设开发的速度也正在逐步加快。在西部的重庆、四川、云南、贵州及广西等地区建设的水电基地，包括一大批高水头的水电枢纽，如长江三峡、澜沧江景洪、广西红水河、龙滩、乌江彭水、右江百色等，这些航电枢纽工

2、程大多数建设于通航河流上，水头均在30m以上。为了保证这些黄金水道的畅通，多年来工程技术人员对高坝通航建筑物型式作了多年潜心的研究。比较来看，船闸这一过坝型式在运行维护的可靠性和船舶通过能力等方面，具有较大的优势。但船闸工作水头达到一定高度后，由高水位差转换而来的巨大动能不仅导致阀门工作条件变坏，也使得闸室内水流紊动加剧，船舶停泊条件恶化。通常，为了保证船舶停泊的安全，在船闸设计中除不得不采用复杂的输水系统型式外，为减少出口水流进入闸室的剩余能量，还必须采用相应的消能工，而消能工型式的优劣，不但对闸室

3、水流的紊动程度影响较大，而且可能使得工程造价增高，设计、施工难度增加和运行维护烦琐。省水船闸是在天然流量不足情况下可供选择的一种经济、快捷且符合生态要求的通航建筑物型式。在水源贫乏河段以及农业、发电和航运三者用水发生矛盾，要求节约航运用水，而又必须解决过船问题时，则需建省水船闸及其它通航设施n1。省水船闸在灌泄水时，通过省水池交换水体，成倍地降低了阀门的工作水头，从而可以大大简化船闸输水系统设计，减少船闸的运行维护费用，保障船闸正常运行，节约船舶过闸的用水量，提高发电效益，最终解决了普通高水头船闸中所

4、出现的一些问题。本文在西部交通建设科技项目《乌江航运建设关键技术研究一一银盘省水船闸整体水力学模型试验研究》的支撑下，通过对省水船闸阀门开启方式、闸室水力特性、省水池水力特性等方面的研究，可以提出省水船闸在设计、运行、维护等方面的技术参数，并且有助于该研究成果在乌江银盘枢纽上应用，从而达到保护乌江航运资源，减少梯级开发对航运的影响，确保乌江航运有较大发展空间的目的。另外，这将对省水船闸在西部乃至全国推广应用，促进学科的发展具有重大意义。第一章绪论21．2国内外研究动态及发展现状1．2．1高水头船闸研究

5、现状目前，国内外已建水头在30m以上的船闸共有约21座口1(表1．1)，其中连续多级船闸4座，带中间渠道的连续多级船闸2座，单级船闸15座。国外已建船闸中水头最高的单级船闸为前苏联的乌斯基一卡米诺柯尔斯基船闸口1(H=42m)，但其输水性能较差，灌水时间长达27min，其次为第聂伯水电站二线船闸(肛38．7m，仁12．3min)及巴西图库鲁伊分散两级船闸，总水头为72．8m，单级水头36．5m；连续多级船闸中间级水头最高的为罗马尼亚及南斯拉夫的铁门船闸(H=34．5m，T=10min)。此外，还设计研

6、究了包括总水头达130m的巴西伊泰普电站带中间渠道的分散单级船闸方案以及巴拉那河伊拉索尔台拉电站水头为50m的单级船闸、美国科塞水道的瓦尔特布汀船闸H1(胪39．6m)等高水头船闸。尤其值得注意的是，前苏联曾为越南红河研究了水头为55．5m的带中间渠道的分散两级船闸，总水头高达11lm，并研究了水头高达107．5m的拱型井式单级船闸方案(其闸室尺寸为110×15×3．5m)，并认为在技术上是可行的哺1。针对以上这些船闸工程的设计和研究，对完善高水头船闸输水系统型式及输水阀门防空化空蚀措施等关键技术都具

7、有巨大的推动作用。例如在输水系统型式上，法国首先提出等惯性输水的原理并在上世纪50年代建成第一座等惯性输水系统的圣一皮尔船闸(水头26m)，创造了当时世界上闸室水面平均上升速度最快的记录(3．65m／min)呻】，随后美国又发展了该种型式使之更具工程实践价值，在上世纪70年代建成了更为实用的闸墙廊道4区段出水立体分流等惯性输水系统的下花岗岩船闸n3，前苏联在研究水头为55．5m及107．5m的单级船闸中还提出了双层四区段出水的复杂式分散输水系统。在阀门防空化空蚀措施上，美国结合其特点(输水系统性能要求

8、高及上下游水位变幅小)提出了阀门快速开启(开启时间l"--'2min)及阀门后廊道顶部设通气管有控制自然通气两项措施，并得到了多项工程实践阻1，前苏联则提出了阀门段廊道采用超空穴的突扩廊道体型的设想，但未见工程应用实例。此外，巴西为解决高水头船闸阀门启闭机吊杆过长的问题嘧1，设计研究了一种无吊杆的反弧阀门启闭机系统，并已在普里巴维拉港船闸上采用，但未见运转情况报道。我国已建总水头30m以上的高水头船闸有长江三峡n01、闽江水El[11-12]、沅水五强溪