船闸输水体系水力学实践探讨范文

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作者：张绪进吕伟东刘平昌彭永勤单位：重庆交通大学西南水运工程科学研究所广西西江开发投资集团有限公司

在充、泄水过程中，阀门段输水廊道流态观测结果表明，上闸首工作阀门井、上检修阀门井及下闸首工作阀门井、上、下检修阀门井水位均未出现低于廊道顶部而发生掺气的现象．唯上闸首工作阀门后的下检修阀门井处的廊道顶高程27.0m布置较高，在阀门双边开启时间tv=7min时，充水至1.5min(原体)时，阀门井水位已降至廊道顶，且水面波动约有3.3m，处于发生掺气的临界状态;而tv=7min单充至1.0min时，阀门井水位已低于廊道顶，并出现掺气现象．由于原体船闸充水过程中不允许掺气，因此，必须降低上闸首下检修门井段廊道顶高程．

经水力学计算分析，将该段廊道顶高程修改降低至25.2m．试验观测结果表明，上闸首下检修门井廊道顶高程降低后，在非恒定流充水情况下，阀门双单边开启时间tv=7min充水时，最低检修阀门井水位仍高于廊道顶1.5m左右，上述两种工况均未出现掺气现象．实测的该部位tv=7min充水(非恒定流，水位组合:43.1～29.0m)廊道压力满足规范要求(图2)．

闸室停泊条件

原设计布置方案

为了解闸室内纵向水流的分配情况，除观测闸室内流态外，还测定了各支管的流速(图3)．资料表明，阀门开度n＜0.2时，前面支管出流大于后面支管，n＞0.3时，后面支管出流逐渐增多，且流速值大于前面支管;应该说，在出水段所有支管的流速分布是非均匀的，这与其输水系统的特性、出水段布置长度密切相关．从闸室水流横向分布看，当支管水流进入闸室第1道明沟时，由于其前正对的第1道消力梁开有6.5m×0.8m的孔，因此，大部分水流通过其孔进入第2道明沟翻涌上来，第1和第3道明沟水流水泡不明显．因此，闸室横向水面尚不太均匀．实测停于闸室内的2×2000t船队、3000t单船系缆力资料表明，虽然也满足规范要求，但其富裕量不大．

修改布置方案

经试验反复观测，认为闸室3道消能明沟内横向水流尚不均匀的主要原因是支管正对的第1道消力梁开孔偏大，大部分水流未经消力梁阻挡通过其孔直接进入第2道明沟翻涌上来，导致第1和第3道明沟水流上涌不明显，船舶横向系缆力较大．针对这一情况，试验中采取在第1道消力梁开孔的中间位置堵1.5m和1.0m宽两种方案，以限制部分支管水流在闸室第1道明沟内扩散，增大第1道消力梁出口处的流速，以达到水流在第2，第3道明沟内均匀扩散;结果表明，3道明沟的水流分配较原设计均匀很多．当支管水流进入闸室第1道明沟时，该股水流被分成三部分，支管中心流核由于消力梁开孔中间位置被堵挡而折回该明沟内，两侧的水流通过该消力梁孔口进入第2，第3道明沟内扩散消能．

试验中认真比较了在第1道消力梁开孔中间位置堵1.5m和1.0m宽两种流态，前者由于消力梁开孔中间位置堵挡较宽，在第1道明沟的水流略显多，且略有不规则水流紊动出现;而后者3道明沟的水流多比较均匀，无不良流态出现;通过对修改后的3道明沟的水流流态分析认为，第1道消力梁开孔中间位置堵1.0m宽的尺寸基本是合适的(图4)．实测闸室内船舶系缆力较原方案大为减小(表1)，修改方案后，阀门双边、间歇单边充水(tv=7min时，阀门开启82s，停止300s，再开启至全开)2×2000t船队、3000t单船停于闸室内系缆力过程线见下图，其中图5为2×2000t船队停于闸室内前端左岸方案修改前和修改后系缆力过程线图(tv=7min，双充，水位组合:43.1～29.0m)．

结语

(1)在设计最高与最低通航水位43.1～29.0m组合下，经对4种阀门开启时间(tv=4，5，6和7min)的比较，考虑闸室内船舶停泊条件，试验推荐采用双边阀门连续开启tv=7min，相应的闸室充水时间为9min27s，泄水时间为10min57s，满足船闸设计通过能力的要求．

(2)在上、下闸首推荐的阀门双边开启时间tv=7min工况下，闸室充、泄水最大流量分别为410和365m3/s，闸室水面上升速度分别为2.7和2.5m/min;双边充、泄水系统平均流量系数分别为0.837和0.740;单边充、泄水系统平均流量系数分别为0.865和0.770．

(3)在充水过程中，原方案上闸首下检修门井出现掺气现象，试验将下检修门井廊道顶由原设计高程27.0m降低至25.2m后，在推荐的阀门开启速率工况下，避免了下检修门井内的掺气现象;该段的廊道顶部压力亦得到明显提高．非恒定流充水情况下，阀门双边、单边间歇开启时间tv=7min时，门后廊道顶的最低压力由原方案－1.53和－2.67m分别提高至－0.66和－1.02m，更好地满足了规范的要求．

(4)原设计闸室内第1根消力梁开孔尺寸太大，支孔出流未经碰撞消能．冲至第2道明沟内集中翻涌，紊动稍大，闸室内横向的流量分配尚均匀;在推荐的阀门开启速率工况下，实测2×2000t设计船队、3000t单船某些测次最大纵、横向系缆力已超出规范允许值;试验在第1根消力粱开孔6.5m宽的中心堵1.0m，经对闸室流态观察，三道明沟的水流分配较为均匀;阀门双、单边开启时间tv=7min时，实测2×2000t船队、3000t单船停于闸室内的最大纵、横向平均系缆力均小于规范允许值．

(5)研究结果表明:对于平面尺度大、输水要求高、中水头的贵港二线船闸，通过上述各部位尺寸的调整、方案优化，选择合适的阀门开启速度和闸室内消能明沟型式，采用闸墙长廊道多支管输水型式是可行的．