省水船闸输水系统水力学研究综述*

在省水船闸工程建设和运行管理过程中，输水系统水力学问题是最为关注的内容之一。相较常规船闸，省水船闸输水操作过程更为复杂。在大量研究资料的基础上，系统论述省水船闸类型及水力特点、输水系统形式、阀门启闭方式以及输水水动力特性等，总结分析了各方面的研究成果与进展。今后可着重围绕以下几个方面开展深入研究：省水船闸分散输水系统支孔出流分配规律，双线船闸互通输水廊道形式、数量和截面类型，阀门启闭组合方式，省水船闸防咸效果等。     

小清河水牛韩省水船闸输水系统布置及水力计算

水牛韩船闸是小清河复航工程的上游梯级,由于沿线水资源比较匮乏,水牛韩船闸须具备省水功能。根据闸址地形条件并考虑未来船闸续建的需求,提出单级省水池的水牛韩省水船闸总体布置。按照《船闸输水系统设计规范》要求和工程特点,确定水牛韩船闸采用闸首短廊道集中输水系统,省水池与上、下闸首分别用一根输水廊道连接的输水系统,提出具体的输水系统布置,确定各输水阀门运行方式,并采用船闸输水过程数学模型计算了船闸非省水运行和省水运行时的输水水力特性。结果表明,提出的输水系统布置和确定的输水阀门运行方式合理可行,各输水水力特性值满足设计和规范要求。     

山区省水船闸输水系统水力学研究

与运河省水船闸不同，山区航电枢纽省水船闸具有通航水位变幅大、两岸地形复杂等特点，在省水池布置、水位分级和船闸运行方式等方面均面临一些难题。针对山区通航建筑物与枢纽分开布置的工程，研究省水船闸布置方法，充分利用地形条件将高、低省水池分别设置在船闸两侧。针对上游通航水位变幅大的特点，确定船闸采用省水和非省水两种运行方式，两种方式的上游临界水位为214.0 m。在此条件下，计算分析船闸水位分级，确定省水池高程，提出省水船闸输水系统布置。通过物理模型试验，得到省水船闸不同运行方式下的输水水力特征指标、输水廊道压力及闸室船舶停泊条件，并给出各部位输水阀门推荐的启闭方式。结果表明，提出的省水船闸方案在水力学上是合理可行的。     

某枢纽省水船闸输水系统水力学模型试验

某枢纽船闸所处航道沿线水资源匮乏,且船闸一次输水过程耗水量大,船闸需带省水功能。根据船闸最大工作水头及闸址地形条件,提出采用带1个省水池的短廊道集中输水系统布置方案。为解决省水船闸设计中的输水系统布置的水力学关键技术难题,通过采用1：30物理模型,对船闸非省水运行和省水运行时的输水系统水力特性、船舶(队)停泊条件进行了试验研究。结果表明：采用的输水系统布置合理可行,各项输水水力指标满足规范和设计要求。     

小清河王道船闸省水工程措施

针对北方地区水资源相对匮乏的问题,结合小清河王道船闸工程,探讨船闸省水措施,提出了两种不同输水布置的带深浅水池的多级省水池平面布置方案和运行方式,和单级省水池单独运行、单级省水池结合泵站运行的输水布置及运行方式。对比分析得出以下结论：1）两个省水方案均满足规范和省水使用要求;2）多级省水池省水率高、单级省水池结合泵站运行输水时间长。3）类似工程选用省水方案需结合水资源条件、船闸通过能力需求、输水时间、场地布置、施工条件、工程投资等多方面比选综合确定。     

小清河王道船闸省水工程措施

针对北方地区水资源相对匮乏的问题，结合小清河王道船闸工程，探讨船闸省水措施，提出了两种不同输水布置的带深浅水池的多级省水池平面布置方案和运行方式，和单级省水池单独运行、单级省水池结合泵站运行的输水布置及运行方式。对比分析得出以下结论：1）两个省水方案均满足规范和省水使用要求；2）多级省水池省水率高、单级省水池结合泵站运行输水时间长。3）类似工程选用省水方案需结合水资源条件、船闸通过能力需求、输水时间、场地布置、施工条件、工程投资等多方面比选综合确定。     

高水头大尺度船闸省水布置与水力计算*

针对高水头大尺度船闸运行水力指标高带来的设计难度大以及船闸本身耗水量大等问题,以水头40米级、闸室尺度280 m×34 m的船闸为例,开展了省水布置方式研究。计算理论省水率,分析阀门运行方式,建立省水船闸输水数学模型,模拟计算了输水水力指标。结果表明,提出的设置3级蓄水池省水布置方式的理论省水率为60%,各项输水最大水力指标比非省水方案降低18%～43%,可简化船闸水力系统设计。     

省水船闸的布置方案与结构设计

近几年，省水船闸越来越多地在国内各个枢纽船闸工程中作为主要设计方案。省水船闸在高水头的山区河流地区具有降低工作水头、降低船闸耗水量、改善高水头船闸引航道内水流条件等优点。以巴江口船闸改扩能项目为例，针对省水形式选择、主体结构设计、布置尺寸、结构内力分析等问题，确定了结构形式并研究了结构的关键受力位置。采用有限元计算方法对比各个工况和主体结构，得出整体式省水船闸结构最薄弱的部位，并对应力较小的位置进行进一步结构优化。     

省水船闸的布置方案与结构设计

近几年，省水船闸越来越多地在国内各个枢纽船闸工程中作为主要设计方案。省水船闸在高水头的山区河流地区具有降低工作水头、降低船闸耗水量、改善高水头船闸引航道内水流条件等优点。以巴江口船闸改扩能项目为例，针对省水形式选择、主体结构设计、布置尺寸、结构内力分析等问题，确定了结构形式并研究了结构的关键受力位置。采用有限元计算方法对比各个工况和主体结构，得出整体式省水船闸结构最薄弱的部位，并对应力较小的位置进行进一步结构优化。     

大水位变幅下省水船闸水位分级研究*

省水船闸通过把总水头进行分级,减小每级工作水头,除节省船闸用水量外,还有利于解决高水头船闸的水力学问题,对我国西部山区河流船闸建设具有很好的适应性。在分析省水船闸运行原理的基础上,研究了理论省水率的计算方法及其随省水池级数、面积的变化规律,总结分析了影响省水船闸水位分级的主要因素。以广西右江百色水利枢纽通航船闸为依托工程,针对船闸上游水位变幅大、设计水头高、工程布置条件及运行方式复杂等特点,计算省水运行时剩余水头的变化规律。从运行水位、省水池级数和面积等方面,提出了省水池布置参数及大水位变幅下的省水船闸水位分级方式,进一步模拟计算不同运行方式下的船闸输水水力指标,论证了水位分级的科学性与合理性。     

高水头省水船闸闸室顶拉预应力钢索效果分析

穿黄工程隧洞方案的高水头省水船闸,可在深基坑两侧边坡上交错布置分散式省水池,闸室墙后回填土低、临空高度大。针对高水期闸室底板负弯矩过大的问题,提出一种带顶拉高强钢索的整体式结构。利用ABAQUS软件建立平面有限元模型,分析钢索在完建期、高水位期、低水位期和检修期4种工况下的作用,研究钢索直径影响和预应力的效果,基于单位索力效用指标提出一种预拉力估算方法。结果表明,钢索主要在高水位期发挥作用,直径越大效果越明显;通过施加预应力可进一步提升钢索效果;提出的预拉力估算公式是合理可行的。     

桩基透空式导流屏结构对船闸下游口门区通航的影响

船闸下游引航道口门区水流条件受大坝底孔泄流和泄水闸调峰等影响,易破坏原河道所在区域导流效应,对下游口门区船舶通航不利。提出一种新型导流结构——桩基透空式导流屏,并以五强溪枢纽船闸为例,设计初始及优化两种方案进行水流特性试验和船模试验以测试其工程效果。试验表明该结构形式可较好地改善下游口门区水流条件,且相比于初始方案,优化方案对五强溪枢纽船闸下游口门区水流条件的改善效果更为显著,更利于船舶通航。     

沙溪口水电站船闸下引航道口门区通航水流条件研究

船闸引航道口门区水流条件的好坏直接关系到船舶进出船闸的安全。针对沙溪口水电站船闸引航道口门区水流条件差、水深不足、横流较大等问题,建立电站河段整体物理模型,并结合船模航行试验,对船闸下引航道口门区通航水流条件进行试验研究,并提出优化工程方案。优化方案2试验表明:通过筑坝、新建明渠和底部透空式隔流堤工程,下引航道口门区通航水流条件得到明显改善,通航水流条件基本满足规范要求。船模航行试验验证船舶可以安全平稳地通过口门区,且船舶操纵参数均在要求范围以内。     

省水船闸在高坝通航中的应用

采用带省水池船闸降低阀门工作水头是解决高水头船闸技术难题的一种尝试。依托乌江银盘36.5 m高水头枢纽工程提出了带两级省水池的船闸方案,整体水力学模型实验结果表明,通过合理拟定阀门开启方式和控制省水池水位变幅,将总水头降低一半左右和减少船舶每次过闸耗水量45%以上的设想是可行的,并且闸室的灌泄水时间、船舶系缆力等技术指标均满足规范和设计要求。     

岷江龙溪口航电枢纽工程船闸总体布置与通航条件研究

针对龙溪口航电枢纽船闸工程建设过程中出现的居民渡河安全、船闸临时通航和下游河床下切等问题,采用二维数学模型对工程河段施工期下游水流条件和导流第三期工程第一个汛期(三期一汛)船闸上引航道通航水流条件进行数值模拟。结合工程的具体情况,提出新民客渡临时过渡方案。结果表明,下游河床下切预判数据、三期一汛枢纽调度和船闸运行方案保证了施工期工程河段两岸居民的渡河安全,有效解决了河床下切对船闸通航的影响,确保三期一汛岷江航道的畅通。     

渠化航道船闸锚地布置

渠化航道船闸锚地布置中需考虑枢纽运行调度和采砂的影响。针对这一情况,讨论了水流条件复杂、河床覆盖层薄、锚地选址困难等设计难题。以湘江大源渡船闸和株洲船闸锚地布置为例,提出自抛锚为主、丁靠为辅,全年锚地和枯水锚地相结合的锚地布置方式。通过实船调查,提出了自抛锚地的最小覆盖层厚度,并提出中洪水专用自抛锚地和枯水专用丁靠锚地相结合的方案,解决了船闸下游自抛锚地覆盖层薄、沿岸丁靠锚地造价高昂的难题。     

界牌枢纽船闸引航道优化设计

针对界牌枢纽改建船闸工程上、下游引航道口门区横流超标的问题，通过调整引航道分水墙长度与挂板高程，通过水流条件试验，得到合理可行的引航道平面优化布置方案；针对下游引航道地质条件突变、原设计采用的混合式结构不再适用的问题，通过进行重力式结构与重力墩+挂板结构的经济技术比选，确定更改方案。结果表明，重力式结构的抗船舶撞击能力强且施工简单，增加投资略高，可作为推荐方案。     

省水船闸初探

介绍德国省水船闸布置形式,阐述省水船闸的优缺点。分析省水船闸设计原理,计算蓄水池面积以及级数和省水率之间的关系,探讨蓄水池布置形式等,可为航道、船闸设计提供借鉴。     

引江济淮工程派河口船闸通航水流条件及改善措施

派河口船闸是引江济淮派河口枢纽重要组成部分,位于派河入巢湖口门段,建设条件复杂。综合已有工程、河道边界和相关规划,提出了复线船闸平面布置初拟方案。采用定床河工模型试验的技术手段对船闸下游引航道与口门区通航水流条件开展了详尽研究,探明了节制闸泄洪时下游通航水域纵向和横向表面流速、流态特征,分析了通航水流条件不满足规范要求的原因,指出可通过岸线平顺、新开泄洪分流通道和控制临界安全泄洪流量等措施进行改善。优化后的方案可满足设计要求,为工程设计和今后运行管理提供技术支撑。