中水头船闸输水系统优化试验研究

以某船闸改建工程为背景,通过建立1:30船闸输水系统整体物理模型,研究中水头闸底长廊道侧支孔船闸输水系统优化布置方案。模型试验表明,设计方案下的船闸输水系统存在输水效率低、闸室横向水流分布不均及进水口出现串状吸气旋涡三方面影响船闸输水系统安全、高效运行的问题。综合研究船闸整体及输水系统布置形式,并结合试验各项水力特性指标,提出通过增大输水廊道尺度、沟通闸室两侧主廊道及消除上游引航道与进水口之间的高程突变的优化措施,有效提高了船闸的输水效率、改善了船闸进水口及闸室内水流条件。经过优化后的船闸输水系统可以满足规范、设计要求,各输水水力特性指标均达到预期的设计目标和要求。     

船闸引航道长波波动对人字闸门影响研究

从船闸灌泄水非恒定流对闸室与引航道水力特性的影响出发，通过物理模型试验观测了引航道的波动形态、波动水力特性；探讨了闸首处最大水面升降与最大流量、引航道长度的关系；分析了闸室超高（降）与引航道水面升降对人字闸门的影响。结果表明调平闸室与上下游水位后，人字闸门的内侧（闸室）承受惯性水头，外侧（引航道）承受水面周期升降，人字闸门承受正反水头的作用，该水头呈抵消趋势，所以引航道水面升降有助于反向水头的减小。同时，讨论了惯性超高（降）改善措施、引航道水面波动的利弊及对集中输水系统船闸人字闸门的影响。     

犍为船闸335 m库水位输水系统水力特性原型调试研究

输水系统是船闸的重要组成部分之一，为避免船闸水力学中模型缩尺效应的影响并保证犍为船闸在335 m库水位的安全运行，对其输水系统水力特性进行原型观测与调试。通过在船闸闸室、各阀门井(检修阀门井)、上(下)闸首人字门前后、上下游引航道等部位布置19个水位计测点，得出输水系统充泄水工况下的水力特性。结果表明：充水阀门以推荐t_v=4 min启闭时，闸室内出现明显的超灌(泄)现象，双边充(泄)水惯性超高(降)分别为0.40、0.10 m,对船闸人字门及过闸船舶安全产生不利影响。通过对闸、阀门运行方式的优化，有效缓解了闸室超灌(泄)现象，双边充(泄)水惯性超高(降)分别降至0.15、0.10 m以下。提出适应335 m库水位的船闸运行方式，为船闸的安全运行和船舶高效通航提供保障。     

船闸引航道长波波动对人字闸门的影响

从船闸灌泄水非恒定流对闸室与引航道水力特性的影响出发,通过物理模型试验观测了引航道的波动形态、波动水力特性;探讨了闸首处最大水面升降与最大流量、引航道长度的关系;分析了闸室超高(降)与引航道水面升降对人字闸门的影响.结果表明调平闸室与上下游水位后,人字闸门的内侧(闸室)承受惯性水头,外侧(引航道)承受水面周期升降,人字闸门承受正反水头的作用,该水头呈抵消趋势,所以引航道水面升降有助于反向水头的减小.同时,讨论了惯性超高(降)改善措施、引航道水面波动的利弊及对集中输水系统船闸人字闸门的影响.     

不同级别船闸共用引航道的水流条件研究

为研究不同级别船闸共用引航道的水流条件,以大源渡一、二线船闸为例,采用二维水流数学模型和物理模型试验相结合的方法,研究分析不同级别船闸共用上、下游引航道的水流流态、流速分布及船闸输水非恒定流特性。结果表明,大源渡一、二线不同级别船闸共用引航道布置方案是可行的,对于低概率工况出现的不利水流条件也有相应的改善措施。研究成果可为类似船闸工程提供借鉴。     

焦港船闸开通闸适航水力条件研究

为提高船舶通过船闸能力,有效制订焦港船闸开通闸运行管理方案,建立整体物理模型试验针对船闸开通闸运行时引航道的水流流速流态和启闭机受力进行定量、定性分析。模型试验研究了不同水力条件下开通闸时水流的规律和启闭机受力情况,为船舶适航情况作出准确判断,改善开通闸的安全状况,可作为南通航道处各口门船闸开通闸运行的参照。     

柳江红花二线船闸输水系统布置与水力学模型试验研究

红花二线船闸是广西西江黄金水道首批重点建设项目,是提升柳江及西江通航能力、实现西江亿吨黄金水道的重要工程,其闸室规模与三峡船闸一致、工作水头近20 m、输水能量巨大。结合工程特点,选择了闸底长廊道侧支孔输水系统,设计了输水系统具体布置,并提出采用汇合廊道改善单边阀门运行输水流态的措施。通过比尺为1∶30的物理模型试验,对不同阀门运行工况下输水系统水力特性、闸室船舶停泊条件、进出水口水流条件等开展研究,推荐了使水力指标满足规范和设计要求的阀门开启方式。     

弯曲河段船闸引航道通航水流条件模拟

弯曲河段船闸上游引航道口门区存在复杂的流态，如回流、斜流等。采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法，通过改变节制闸调度方式对船闸上游引航道及口门区通航水流的水力特性进行研究。结果表明，当上游来流1 000 m3/s，节制闸开启中四孔最大横向流速及回流流速明显小于节制闸开启左八孔；当上游来流1 500 m3/s，节制闸开启中四孔最大横向流速及回流流速大于节制闸开启左八孔；流量一致情况下，断面测点流速分布差别较大；控制节制闸调度方式可以有效削弱回流及斜流效应，保证通航安全。     

基于泊稳条件阈值的输水系统内消能工优化研究

以南阳市唐河复航工程中水台子枢纽船闸新建工程为背景,通过建立1:30船闸输水系统整体物理模型,针对船舶停放于上闸首闸室连接段时出现的船舶系缆力超标问题进行试验、优化研究。研究成果表明：(1)双列船舶并排停放时,试验代表船舶所受前横向系缆力不满足规范要求;(2)设计方案下当船舶双列并排停放于闸室上游段时,船艏位于出水明沟正上方,出流剩余能量大且出流后水流扩散不充分,使得船舶所受前横向系缆力过大,结合试验各项水力指标,提出通过在上闸首闸室连接段双出水明沟内增设消力槛的优化措施;(3)优化方案中消力槛的设置,有效改善了船闸上闸首出水口水流条件,降低了试验代表船型所受各向系缆力;(4)优化后的船闸输水系统基本满足设计、规范要求。     

瓯江三溪口船闸输水系统布置及水力学模型试验

三溪口船闸设计水力指标较高,闸室为非标准闸室,输水系统布置受限制因素较多,采用集中输水系统的难度较大。分析了不同消能方式的特点,提出了适合该船闸的格栅帷墙消能室与消力池相结合的消能布置形式,计算了输水系统各部位的尺寸及具体布置;通过1∶20的物理模型试验研究,得到了输水水力特性、闸室流速分布、闸室船舶停泊条件、廊道压力特性以及进出水口水流条件,并提出了相关改善措施,确定了充、泄水阀门开启方式、闸室镇静段长度及下闸首消能室内的挑流坎尺寸。提出的输水系统布置及消能工形式较好地适应了三溪口船闸的工程特点,解决了相关输水系统布置难题,试验成果满足规范及设计要求。     

葫芦湾枢纽泄水闸泄流能力研究

基于相关资料,通过断面模型试验研究了葫芦湾枢纽设计中的单孔泄水闸泄流能力问题,发现枢纽原设计方案试验中,在洪水期水闸单孔泄流能力不能满足要求。通过分析该水闸泄洪时的水力特性,采取降低闸底板高程的措施有效地解决了问题,优化了泄水闸结构设计,并通过试验描绘出单孔水闸的泄流曲线,为枢纽建设提供了必要的技术支撑。     

清水江干流平寨航电枢纽泄水闸断面模型试验

低水头泄水建筑物的消能防冲是一个十分普遍的水力学问题,影响其消能工的水力特性及消能机理的因素非常复杂,日前尚无成熟的理论方法解决这一问题。针对贵州省清水江梯级开发已建的水利枢纽水头低、单宽流量大的特点,对平寨泄水建筑物消能工进行水工断面模型试验。其成果不仅为平寨航电枢纽泄水闸布置方案的技术合理性提供了必要的依据,同时对开展同类问题的研究具有参考价值。     

界牌鱼道进口水力特性数值模拟与优化

以界牌枢纽鱼道工程为例,结合鱼类生态水力特性和平面二维水动力数学模型对界牌枢纽下游河道进行数值模拟,分析电站机组、泄水闸控泄等多重复杂调度方式下的鱼道进口水力特性,并进行方案优化。结果表明,在原设计方案下,新、老电站组合工况下的鱼道进口流速过大,超过鱼类顺利上溯的水力限值;当鱼道进口段附近的电站出水渠进行适当扩宽后,鱼道进口附近水流流速均满足设计要求,在此基础上,进一步将原设计尾水出口左侧的高程开挖使得鱼道进口上移,以此实现鱼道进口良好的上溯条件。     

韩庄双线船闸通航水流条件改善措施

韩庄拟建复线船闸和一线船闸共用引航道,船闸灌、泄水过程中下游引航道中产生非恒定流,上游韩庄节制闸、老运河节制闸泄洪期间韩庄船闸下游水流流态更加复杂。采用国际上通用的MIKE21水动力模型,研究了泄洪期间韩庄船闸下游引航道、靠船墩、口门区的纵向流速、横向流速及回流分布情况,并按照《船闸总体设计规范》相关要求,针对泄洪期引航道的水力学问题,提出了改善水流的有效工程措施。     

感潮河段三角门船闸启闭机受力试验分析

建立了焦港三角门船闸物理模型。通过模型试验研究开通闸运行条件下闸门启闭机的受力,确定启闭机受力能满足开通闸要求的临界控制条件。控制条件分别为:上游高水位控制时,能进行开通闸运行的临界上下游初始水位差应小于0.39 m;上游中水位控制时,能进行开通闸的临界上下游初始水位差应小于-0.34~0.38 m;上游低水位控制时,能进行开通闸的临界上下游初始水位差应小于-0.37~0.43 m。三角闸门开关门的受力变化规律可为开通闸运行研究提供参考。     

淮河干流刘台子弯道水动力及河床变形数值模拟研究

为分析和评价刘台子弯道河段在不同整治方案下的工程效果,采用SIMHYD-2D平台构建二维泥沙数学模型对淮河干流临淮岗闸下—鲁台子河段2种整治方案进行水动力及河床变形数值模拟研究。结果表明:二维水沙数学模型能够很好地模拟河道的水力因子,也能合理地模拟自然条件下的冲淤分布,可以用于开展工程河段的冲淤演变预测分析;经过冲淤调整10 a后,在2种整治方案下,临鲁段河道主槽仍以冲刷为主,冲刷速度减缓,滩地仍以淤积为主,整体河道表现为冲刷;通过对比分析2种整治方案裁弯对上下游河道水沙运动及冲淤的影响、通航水流条件及新老河段未来冲淤情况,推荐方案2作为整治方案。     

大源渡枢纽上游引航道隔水墙布置方案模型试验

针对大源渡二线船闸上游的水流特点,采用整体物理模型和船模航行试验,研究大源渡上游引航道口门区水流条件、泄水闸过流能力和引航道制动段长度3个主要因素对上游引航道隔水墙布置方案的影响。试验对比3种不同长度的隔水墙布置方案的适用性,得知130 m隔水墙布置方案口门区水流条件最佳且制动段长度满足船舶制动要求;300 m隔水墙布置方案泄水闸受回流区影响最小,过流能力最佳。综合考虑规范要求和制动段长度要求,并考虑充分发挥泄水闸过流能力,选择上游引航道隔水墙130 m布置方案为推荐方案。     

泄水闸调度方式对凸岸船闸通航水流条件影响的试验研究

针对弯曲河段航运枢纽船闸上游口门区出现大范围回流漩涡、引航道存在斜向流等不良流态的工程问题,采用正态整体水工物理模型试验的方法,对泄水闸不同调度方式对凸岸船闸上游引航道及口门区通航水流条件的影响进行研究。结果表明:对于船闸建在凸岸的航运枢纽,泄水闸开启远端闸门的调度方式可有效减弱口门区回流尺度及引航道斜向流强度,以保证通航安全。     

河口建闸对河道河口及近岸海域水环境的影响研究

应用一维、二维水流、水质模型模拟一个典型河道在建闸前后河道、河口及近岸海域水环境状况。分析表明,河口建闸使河道内污染物平均浓度达到建闸前的1.0~3.5倍,使河口及近岸海域影响的水域面积最大值增加了将近7倍。     

三甲港闸下引河水沙过程分析

为掌握引河延长后闸前水域的水沙变化,以2015年6月17—19日洪季大潮期间三甲港下游引河内定点水沙测验资料为基础,结合周边岸线变化,系统分析水闸开、关运行时的水沙过程。结果表明:近年来周边整治工程陆续实施,闸下引河外推约1. 3 km,引河内受停靠船舶及出水浅滩影响形成双滞流区;闸前引河受潮汐控制,潮流为旋转流;关闸期间引河内水动力较弱,引河上游流速不足0. 1 m/s,泥沙向上游输移;开闸期间瞬时下泄流速、含沙量呈单峰分布,流速衰减较快。