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《船闸引航道口门区通航水流条件改善措施_周华兴》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、船闸引航道口门区通航水流条件改善措施周华兴等船闸引航道口门区通航水流条件改善措施周华兴,郑宝友(交通部天津水运工程科学研究所,天津300456)摘要:为解决水利水电枢纽及渠化工程中船闸引航道口门区的通航水流条件,各国学者同仁研究了多种改善措施,它们是堤头型式、堤身开孔、丁坝、潜坝、导航堤长短、及泄水闸导流方式等。关键词:引航道;口门区;水流条件+中图分类号:U641.111文献标识码:A文章编号:1005-8443(2002)02-0081-061前言天然河道兴建水利、水电及航电枢纽工程后,为了保证通航,常设置船闸或升船机等通航建筑物。在通航建筑物的
2、进出口,即船闸上、下游引航道与河流(或运河)相连接的口门区,该区域水流一般由斜向水流和回流两部分组成,是过闸船舶(队)进出引航道的咽喉。它处在河流动水与引航道静水的交界处,由于这种布置的特殊性,口门区受枢纽中泄水建筑物和导航分水建筑物等边界条件的影响,对上游口门是河道断面变窄,对下游口门是河道断面放宽。因此,河道水流处在收缩(对上游)和扩大(对下游)的情况下,使水流弯曲变形,产生流速梯度,形成斜向水流。由于斜向水流的作用,产生回流和分离型小旋涡,横流和回流使航行船舶(队)产生横漂和扭转,严重时会出现失控,以至发生海事,影响通航。因此,认识影响口门区水
3、流条件的机理,船闸在枢纽中相对位置,以及改善口门区水流条件的种种措施,并进行经验总结,是有现实意义的。2口门区水流条件对航行的影响及水流条件的标准影响引航道口门区水流条件的因素有:河道与运河正常过流、泄水闸开启方式、电站日调节时,水流单位质量的动量迅速增减、船闸灌泄水非恒定流等。当船舶(队)以一定航速驶入口门区时,斜向水流与船舶(队)航线形成一定交角,斜向水流可分解成平行和垂直的纵向流速(Vl)和横向流速(Vx),纵向流速大小影响船舶(队)的航行阻力,直接影响航速(V),一般要求(上行时):V>Vl(1)横向流速对船舶(队)产生横向推力Px,即:2ρ
4、2VxPx=ξ··Vx·L·T=ξ·γ·L·T(2)22g式中:ξ—系数;ρ—水的密度;γ—水的容重;g—重力加速度;L、T分别为船舶(队)长度及吃水。该力与船舶(队)在水下的投影面积,即船舶(队)纵剖面长度L及吃水T有关。当L、T一定时,则与横向流速Vx的平方成正比,由于横向力的作用,使船舶(队)发生侧向漂移ΔLx,偏离航线。ΔLx的计算式[1]为:1-AtΔLx=B(t+e)V(3)A收稿日期:2002-01-23作者简介:周华兴(1938-),男,江苏省人,研究员,主要从事通航建筑物水力学研究。·81·水道港口第23卷第2期2002年6月Jou
5、rnalofWaterwayandHarbour＊＊或,ΔLx=V·t=V·l/(Vl-Vs)(4)或,ΔLx=Vx·l/(Vl-Vs)(5)式中:B、A分别为系数;t—水流作用于船体的时间;e—自然对数的底;Vs—船舶(队)的静水航速;l—船舶＊＊(队)航行距离;V—船舶(队)受水流作用而生产X方向的位移速度,初步估算时用Vx代替V;Vx—计算段内各测点的Vx平均值。对漂移速度,在参考文献[1]中,根据淮安水利枢纽实船和船模试验的成果,船队在横流的推压下,在增大漂角的同时,还会发生横向漂移,并整理得到船队横向漂移速度(V)与横向流速的关系,即:V=
6、(Vx-C)/0.76。式中:C—系数,顶推船队取0.09;拖带船队取0.07。2作用到船舶(队)上的横向推力大小和作用点,对船舶(队)产生一个转距M,即M=K·Vx。式中:K—系数,它包含了作用长度、作用深度、力作用点的偏心率,船舶(队)自身及周边的几何形状,以及水流绕船体运动时的阻力等因素。根据《船闸总体设计规范》的规定,引航道口门区水流条件的标准,对1～4级船闸,Vl≤2m/s,Vx≤0.3m/s,回流速度Vb≤0.4m/s。对5～7级船闸,Vl≤1.5m/s,Vx≤0.25m/s,Vb≤0.4m/s。3上游口门区水流条件的改善措施从船舶航行特
7、点而言,船舶进入上游口门区主要受横向水流的作用。目前,改善横向水流的措施有:导航堤堤头与堤身开孔;口门外一定距离设置丁坝(或丁潜坝);在导航堤前方加设一定数量的潜坝。在这些措施中,有的是单一的,有的是2种措施的综合,现分述于下:3.1国内外导航堤(墙)开孔的工程实践与研究3.1.1国外导航墙(堤)墙头与墙身开孔是改善上游口门区水流条件的主要措施,墙头开孔,长度为20～70m。德意志联邦水工研究所、美国陆军工程兵团水道试验站,都十分重视口门区通航水流条件的研究。如德国摩赛尔河上的列门、方凯尔枢纽以及萨尔河上雷灵根壅水坝枢纽的船闸上游导航堤均采用了堤头开
8、孔,能减弱回流强度和范围,从而获得满意的航行条件。学者J.W迪次和B.普丽娜在《船闸引航道口门区横向流速减小
