库区急弯航段船舶通航模拟试验*

采用数学模型和船舶操纵模拟试验的手段，分析库区急弯航道在枢纽低水位运行工况下的碍航特性，研究采用优化航行方案和调整待闸锚地位置等措施改善通航条件。结果表明，利用码头岭急弯段凹岸的大范围缓流区，采用船舶入弯后先沿右岸驶入缓流区，降速转向后出弯驶向下游的航行方案，可显著降低船舶过弯的横移速度和漂移量；将锚地由闸前调整至弯顶缓流区，船舶抛锚靠泊所需的回旋水域明显减小，横移速度仅为0.4m/s，起锚进闸的操纵风险也较低。上述非工程措施对保障库区急弯段的通航安全有积极作用。     

船舶模拟器在引江济汉通航工程与长江交汇口布置中的应用

对采用船舶操纵模拟器进行通航建筑物平面布置优化的方法进行了论证,建立了代表船舶的操纵运动数学模型,并根据国家规范对代表船舶的操纵性进行了率定。用船舶操纵模拟器对引江济汉通航工程与长江交汇口的平面设计方案进行了研究,结果表明设计方案下代表船舶在交汇口的最大通航上限流量仅为15 000 m3/s,不满足设计要求。优化方案加大了上下游连接段的弯曲半径,进而提高了上下游航线的转弯半径,减小了航线上的横流,使船舶有足够的空间调顺船位。     

临淮岗复线船闸上游引航道船舶过闸仿真模拟试验

针对折线型引航道的新型布置方式可能存在船舶进出闸受限的问题，进行了上游引航道船舶过闸操纵仿真模拟试验。采用全任务大型船舶操纵模拟器，构建ECDIS及视景系统、建立船舶运动数学模型、模拟通航环境、建立拟建工程仿真试验模型、分析船舶操纵理论并计算。分析仿真模拟试验数据，从而验证过闸船舶的安全性和操作便利性，并对运营期船舶适航条件提出建议。试验结果表明：1）临淮岗复线船闸上游折线型引航道布置是合理的。2）将左侧警示分隔墩分布长度适当调整后可满足2 000吨级船舶过闸通航要求。3）运营期应关注气象条件，确保船舶安全通过。     

航道疏浚对复杂桥群河段通航水流条件影响的试验研究

成达万高铁涪江大桥处于复杂桥群河段,左岸紧临面积较大的湿地公园,侵入新达成铁路桥左岸80 m通航孔内,占用部分通航净宽,恶化了桥区水流条件,使桥区无法满足V级航道标准。采用二维水流数学模型和船舶操纵模拟试验对4个不同疏浚方案的整治效果进行分析。结果表明：选用方案4,在左岸湿地公园实施大范围疏浚,且对上游老达成铁路进行拆除后,桥区最大流速减少0.46 m/s,减少幅度为21.88%;最大横向流速减少0.33 m/s至0.65 m/s,减少幅度为33.67%,有效改善了桥区航道的通航水流条件,保证了过桥船舶的通航安全。     

三峡-葛洲坝两坝间河段通航技术研究

三峡—葛洲坝两坝间河段是川江船舶航行最困难的航段之一,葛洲坝建成后,当川江流量大于2万m3/s,两坝间洪水急流滩相继出现,航行条件逐渐变差。各主要滩段均不能满足万吨级船队的通航要求。因此,要提高两坝间河段通航流量,采用增加推轮推力,改善推轮操纵性能和减驳减载等措施,可将两坝间河段的通航流量级提高到4.5万m3/s,以满足万吨级船队通航要求。     

山区河流船闸引航道连接段通航水流条件标准

结合嘉陵江苍溪、新政、金溪、凤仪场枢纽等实际工程，通过水工模型试验和船模试验相结合的方法对船闸引航道口门外连接段通航水流条件标准进行了初步探讨。研究结果表明，由于船闸引航道口门外连接段出现回流的几率低，其水流条件主要由纵向流速Vy和横向流速Vx控制，对于山区河流Ⅳ级航道，当连接段布置在主航道一侧时，其水流控制指标Vy≤2.6m/s.Vx≤0.4m/s时.船舶通过连接段进出闸的航行状态均较好。     

构皮滩升船机中间渠道通航隧洞和渡槽的尺度研究

构皮滩水电站通航建筑物采用带二级中间渠道的三级垂直升船机方案,其中第一级中间渠道由单线通航隧洞、渡槽、明渠及错船段组成。采用水工物理模型和船模试验,对第一级中间渠道的航行水力条件、单线通航隧洞和渡槽的尺度进行了系列研究。结果表明,船舶航行阻力、下沉量和渠道内水位波动随着船舶航速的增大而增大,一定航速条件下,渠道内还将产生横波,对船舶航行安全影响较大,应避免;错船段和单线渠道的连接应平顺,并应注意船舶从单线渠道航行至错船段时,因阻力减小,造成航速突然增大的影响。试验提出了不同航速条件下的单线通航渠道合理尺度,优化了错船段的位置,建议单线渠道宽采用18 m,水深不小于3.0 m,船舶航速小于等于1.2 m/s。     

沥口枢纽上游口门区通航水流条件试验研究

船闸口门区通航水流条件的好坏直接影响航运的安全。针对沥口枢纽上游口门区及连接段通航水流条件差、横向流速大等问题,通过建立沥口枢纽河段水工整体物理模型试验,提出在坝轴线上游设置浅坝,调整河道河势及导流墩分流等优化措施。试验结果表明:优化方案下口门区及连接段内水流流态得到明显的改善,通航条件满足规范要求。船模航行试验表明最大通航流量Q_(20%)=4 661 m~3/s,并论证在此方案下通航的安全性与工程可行性。     

湘江近尾洲枢纽扩建工程一线船闸船模通航试验研究

为了设计出更为合理的船闸布置方案,对湘江近尾洲枢纽扩建工程一线船闸的原设计方案和修改方案的通航安全性进行试验研究。在水工模型的基础上,采用小尺度船模技术观察分析船舶在不同流量下的舵角、航速等通航参数。结果表明,修改方案布置比原设计方案布置更加合理,通航水流条件有所优化。在流量Q≤5 210 m3/s时,一线船闸上、下游航道的航行参数均没有超过相应限值,总体可满足1 000 t自航货船（静水航速18 km/h）的通航要求。综合试验结果分析,建议一线船闸的最高限制通航流量为5 210 m3/s。     

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。     

基于船模的木京扩建船闸通航水流条件试验研究

针对木京枢纽扩建船闸通航条件较为复杂的问题,对其上、下游引航道推荐方案的通航安全性进行试验论证研究。在水工模型试验的基础上,利用自航小尺度船模技术,观测分析船闸上、下游引航道在不同流量下的舵角、航速等通航参数。结果表明,在Q≥3 900 m~3/s时,上、下游引航道均有通航参数超过相应限值,难以保障通航安全。上、下游引航道的航行难点分别在于横流较大的转弯段和导墙末端,且均表现为进闸难度大于出闸难度。综合试验成果进行定量和定性分析,提出船闸最高限制通航流量为3 000 m~3/s,为工程优化设计及后期运行提供了科学可靠的数据基础。     

乌江思林枢纽二线1000吨级通航建筑物整体水工物理模型试验研究

乌江思林枢纽已建与Ⅳ级航道相适应的通航建筑物不能满足按Ⅲ级航道规划的年过坝货运量要求,拟建思林二线通航建筑物。针对拟建的通航建筑物设计方案引航道口门区及连接段通航水流条件较差的问题,进行正态物理模型研究。采用水流试验、流场实时测量与自航遥控船模相结合的方法,研究不同工况条件下通航建筑物上、下游引航道口门区及连接段通航水流条件和船模操控,通过方案优化比选,得出口门区最优方案布置和适航流量,结论是口门区最优方案为本文修改方案3布置形式,口门区最大通航流量建议采用1 793.8 m³/s,解决了该通航建筑物口门区通航的关键性问题。     

从江航电枢纽泄水闸开启方式优化研究

利用从江航电枢纽整体物理模型,研究986 m3/s、1 536 m3/s和3 200 m3/s等三级控泄流量时,闸门开启高度、闸门开启顺序对枢纽下游水流条件的影响。重点分析观测的各方案枢纽坝下流速流态和下游船闸口门区及连接段的表面流速,得出该流量级泄水闸开启的优化方式。流量较小时,泄流闸开启孔位对下游河道水流条件有较为明显的影响;当流量较大时,泄水闸开启孔数增多,相应孔位的不同对下游河道水流条件影响作用减弱。在控泄流量时,泄水闸开启以分散开启或全开方式较好;既便小流量时,因电站出流的影响,泄流闸也宜采用分散开启方式。     

长江三峡两坝间河段汛期通航试验研究

三峡大坝至葛洲坝两坝间38 km河段是连接三峡库区和葛洲坝下游航道的关键航道。两坝间航道穿行于高山峡谷之中,水流条件复杂,是三峡枢纽涉及的航道中较困难的一段,解决好两坝间的通航问题,是三峡枢纽通航的主要环节。因此,提高两坝间河段通航流量对延长通航期具有重要意义。采用增加推轮推力,改善推轮操纵性能和减驳减载等改进措施,可将两坝间河段的通航流量级由上水的20 000 m3/s,提高到45 000 m3/s。     

超大型集装箱船进出受限港池口门通航条件分析

由于港池口门存在临时码头等限制条件,口门处通航宽度不满足超大型船舶进出港池的要求。拖轮拖带辅助作业可减少超大型船舶进出港池的安全隐患。通过船舶操纵模拟试验并对结果进行分析,得知港池口门外水流流速和风力对拖带船舶进出港池的航行轨迹影响较大。口门外水流流速不大于0.45 m/s、风力不大于6级时船舶可安全进出港池。理论分析与试验研究表明,在通航宽度计算结果不满足规范要求时,可采用拖轮拖带辅助作业并限定风、浪、流等边界条件的方式,达到船舶安全进出港池的目的。     

三峡船闸操纵及安全研究

本文根据三峡永久船闸航段实际运行状况,通过分析上下引航道、口门区及连接段的航行条件,结合三峡船闸围堰发电期试航情况,从船舶驾驶员过闸操纵的角度探讨了过闸操纵技术,进而从三个方面分析了影响多级船闸船舶过闸操纵的安全因素.     

风洞子闸坝调度方式对船闸下引航道口门区通航条件的影响

针对风洞子船闸下引航道口门区及连接段的通航条件,进行闸坝调度运行方式对船闸下引航道口门区及连接段的水流特性的影响研究。采用数学模型,研究风洞子航运枢纽工程闸坝开启不同位置和不同数量时下引航道口门区及连接段的水流条件。结果表明,在相同流量级时开启左岸闸门,下引航道口门区及连接段的水流条件更有利于船舶安全航行;在满足闸孔过流条件时,开启左侧闸门数量越少水流条件更有利于船舶安全航行。     

长洲枢纽一、二线船闸通过能力变化及航运潜能释放*

长洲水利枢纽过闸货运量已跃居世界天然航道首位。然而坝下枯水位持续降落引起一、二线船闸通航保证率大幅下降，制约枢纽的整体通过能力。基于实测水文资料和模型试验成果，分析一、二线船闸通过能力变化。结果表明：枢纽运行以来，水位降落引起一、二线船闸可通航船舶吨级总体呈下降趋势，原设计船型分别为2 000、1 000吨级，至2019年一、二线船闸在设计流量（外江1 090 m3/s）下仅能通过500、100吨级；贵梧3 000吨级航道整治工程实施后，西江运行中的国标船型和西江船型得以顺利过闸（一、二线船闸）所需的外江最小下泄流量分别为1 875、2 470 m3/s。优化上游库群联合调度提升枯季下泄流量，优化不同泄流条件下一、二线船闸的组合调度，深度释放船闸的利用率，是现状全面提升长洲枢纽整体通过能力的重要途径。     

三峡船闸(139m水位)一闸室船舶待闸研究

通过优化三峡船闸输水阀门运行参数,满足了船舶在一闸室待闸的停泊条件;组织代表船型进行实船试验,形成了连续调度快速安全的调度工艺,取得了在139m水位条件下,三峡船闸下行通航效率提高15%的效果。     

岷江—横江洪水顶托对向家坝水电站通航影响研究

通航为向家坝水电站功能之一。为发挥电站通航效益,明确电站适宜通航水流条件,前期通过实船试航试验初步确定电站最大通航流量不超8 500 m³/s,且最大泄洪流量不超2 200 m³/s双控标准。然而,在近年船舶通航实际调度中发现,向家坝水电站通航水流条件除受下泄流量影响以外,还受下游岷江、横江洪水顶托作用影响。通过建立向家坝—泸州一维非恒定流模型,模拟当汛期向家坝水电站依次按4 000 m³/s至8 000 m³/s各级流量恒定出库时,分别遭遇岷江、横江5～100 a一遇不同典型年洪水顶托后,向家坝水文站水位日变幅、小时变幅情况。得出当遭遇岷江50 a一遇、横江100 a一遇洪水顶托时,向家坝水文站最大水位小时变幅分别达0.55、1.19 m/h,最大水位日变幅分别达7.59、6.87 m/d;且仅当遭遇岷江、横江5～10 a一遇部分工况洪水顶托时,向家坝水文站水位满足小时变幅不超过1 m/h、日变幅不超过3 m/d双控要求,其余工况下水位变幅均超标准。研究成果可为后续向家坝水电站通航调度提供参考。