平陆运河老村河支流入汇段通航水流条件优化*

支流入汇会导致主流局部出现横向流速及明显的水位波动,进而对运河安全通航产生不利影响。天然条件下,老村河汇入口的局部区域横向流速超过相关通航标准的要求,严重影响航道航行安全,因此需要对超标河段进行优化整治。针对汛期泄洪支流对运河通航水流条件的影响,采用重整化群（RNG）k-ε紊流模型开展三维精细数值模拟,对不同洪水流量组合下汇流区的通航条件进行研究。结果表明,原设计方案扩宽流速超标河段后,虽然能有效改善汇流区水流条件,但部分区域横向流速仍然超标。优化方案同时采用下移衔接段、设置导水挡墙和扩宽河道等措施,采用优化方案后,汇流区整体通航条件效果良好,水流、水位条件均能满足船舶安全通航要求。     

西津二线船闸下游引航道口门区西竹坑支流汇入口布置试验研究

西竹坑支流垂直航道轴线汇入西津二线船闸下游引航道口门区,支流水量较大时,洪水冲入引航道口门区将产生强劲斜流和大范围回流,严重影响过闸船舶通航安全。针对这一情况,设计提出了以扩宽原支流河道入口为主的扩宽河道方案和以改变支流汇入口轴线与下游引航道轴线夹角为主的支流改道方案,通过物理模型试验验证,选用支流改道方案,引航道口门区水流流态和流速均满足规范要求。     

岷江龙溪口枢纽船闸口门区水流条件数值模拟研究

岷江是是联系周边省市和长江中下游地区的重要通道,船舶的安全航行对该航道的通航安全具有重要意义。通过建立基于非结构化网格的平面二维非恒定流数学模型,对龙溪口电站下泄非恒定流条件下船闸下游口门区附近的水流流场进行了数值模拟。根据模型计算结果可知,对于工况一流量从单机533m~3变化到2,665m~3的过程中,该区域回流流速均控制在0.3m/s以内,满足通航需求;对于工况二右岸引航道下游700m均为主流回流区,回流流速在0～0.4m/s之间,口门区回流平缓,未超过规范要求的0.4m/s;对于工况三当第5～7台机组完全开启时局部最大横向流速已经超过规范规定的Ⅲ级航道横向流速最大标准。该模型的建立为电站机组开启和关闭时间的确定提供指导,减缓水位和流量的骤变对船舶航行带来的影响,对进一步认识岷江航电枢纽下泄非恒定流对通航带来的影响具有一定的促进作用。     

分汊河段江心洲尾斜流改善的水动力数值模拟

山区河流分汊河段江心洲尾因水流汇合产生斜流,从而出现碍航问题。为揭示江心洲尾斜流对航行安全的影响,在已有的沅水大洑潭航电枢纽物理和船舶模型试验基础上,采用MIKE 21分析航道治理工程前后汇流区的水动力特征和工程改善效果。结果表明:枯水期因右汊来流流速较大且与航线间存在夹角,导致汇流区航线横流超标;在洲尾布置平行于航线的顺坝或导流墩,虽然能有效减小横流影响,但航线横流分布范围增大,流速大小仍超标。结合调整航线、疏浚航道浅区和偏转顺坝与导流墩整体布置角度等多种工程措施,可保证洲尾后航行水流指标基本满足规范要求。     

临涣船闸下游引航道优化设计

临涣船闸位于临涣节制闸南侧，上距省界李口集约30.0 km,下距南坪闸31.5 km,下游引航道连接段位于转弯河段，弯道转角约75°。受此地形影响，河道主流贴右岸凸嘴进入下游主河槽，使引航道连接段与凹岸之间形成逆时针回流，对引航道水流有压迫作用，局部主流宽度显著束窄。通过物模试验可知，河道主流对引航道口门区内水流形成较为明显的剪切，导致口门区内形成较大范围的回流，长度近350 m。由于回流区较长，形成多个复杂的异向回流组合流态，水流条件十分复杂，因此需提出相应的工程措施加以改善。通过河槽疏浚、增加隔流潜堤，有效地解决了下游引航道水流流态不佳、横向流速超标较大、口门区回流强度较大、回流流速无法满足规范要求的问题。     

长江中游熊城段水流特性研究

针对长江中游熊城段碍航水流问题,采用数学模型对该河段水流特性进行研究。结果表明：因河道弯曲狭窄、洲滩不高,且受洞庭湖出流影响,熊城段水流三维特性明显,存在横流、环流、回流等多种水流结构,对船舶航行影响大;在干线来流量2.5万～3.0万m³/s且洞庭湖水位偏高时,易发生船舶事故,应提醒船舶谨慎航行。     

山溪性弯道河段船闸通航水流条件试验研究

招贤枢纽位于山溪性河流转弯段,上游引航道处于凸岸主槽,下游引航道口门区处于下弯道凹岸,口门区及连接段存在较为严重的横向流速、回流、泡漩等不利水力现象,难以满足通航要求。依托1：80整体物理模型试验,研究上、下游航道不良水流条件形成的主要原因,通过调整枢纽运行方式以及疏浚局部下游河道等综合措施,有效降低口门区纵、横向流速和回流流速,使各项水力指标均满足规范要求,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。研究结果可供相关枢纽工程参考。     

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。     

顺直分汊河段洲尾船闸的口门区三维流态数值模拟

顺直分汊河段汇流区水流情况较为复杂，将船闸口门区布置在汇流口河中水流掺混区，存在水流流态紊乱等碍航问题，不利于船闸的通航安全。为充分认识洲尾船闸口门区水流流态特性，采用Mike 3FM模块三维水流数值模拟技术，针对沅水下游已建桃源枢纽船闸口门区的三维水流流态进行研究，得到了分汊河道洲尾船闸口门区中洪水期下泄水流平面流态分布特性，交汇水流的主流带、掺混区及动力轴线的规律等，为分汊河段河中布置新建船闸以及旧有船闸的设计和升级改造提供了相关理论基础。     

长沙枢纽船闸下游口门区出口支流入汇段通航条件研究

长沙枢纽船闸下游引航道口门区连接段处于支流沩水入汇口。对于有支流汇入的连接段航道,其水流条件的优劣除与枢纽河段的平面形态、枢纽平面布置关系密切外,支流汇入角和汇入比往往起到控制作用。试验研究表明:保障支流入汇连接段通航安全,可采取筑堤导流和疏浚引流低水整治措施;在中、洪水期,通过加高河口导流堤高程的工程措施调整支流水流入汇角已经不经济,采取调整连接段船舶进出闸航行线路的非工程措施,可有效解决干、支不利遭遇下船舶安全会遇的问题。     

关于弯曲河道对船舶通航影响的研究及对策

通过分析弯曲河道水流运动特性,结合船舶操纵性能,论证河道弯曲与船舶安全航行之间的关系,给出弯曲河道船舶安全通航的对策。     

窄深河道急弯下游枢纽上引航道布置及通航水流条件试验

窄深急弯河道下游河道主流偏向凹岸下游一侧,下游已建枢纽在同侧布置引航道则存在上引航道占据河道过流面积较大、流速指标超标严重等问题。采用整体定床物理模型及船模试验,研究窄深河道急弯下游枢纽二线船闸上游引航道的布置及其通航水流条件。结果表明,受窄深河道枢纽上游急弯和长引航道分隔墙占据深泓的影响,设计方案中的船闸上引航道口门区通航水流条件较差,不能满足船舶安全航行要求。优化方案在原方案基础上设置堤头下挑单潜坝,优化右岸河段开挖范围及形式,改变隔流墙长度以及隔流墙透空等措施,较好地改善了口门区通航水流条件并兼顾枢纽的行洪和发电,实现船舶安全通航和枢纽正常运行。     

导流墩改善口门区水流条件机理研究

船闸引航道口门区是船舶进出船闸的＂咽喉＂,受特殊边界条件的影响,该区域内产生有斜流、横流及回流等不良流态,对船舶安全航行造成很大影响。文中从理论上分析了口门区内不良流态对船舶航行的影响关系及导流墩削弱口门区内斜流和回流、改善通航水流条件的机理。结果表明,导流墩或导流墩与其他工程措施的结合应用是改善口门区水流条件的有效工程措施。     

“S”形急弯河段通航水流条件研究

犬木塘枢纽坝址所在河段呈“S”形急弯形态,上游口门区位于束窄形弯道凹岸,下游引航道口门区在弯曲河流段转向处,枢纽泄水时上下游口门区及连接段水流条件复杂,存在较为严重的斜流和回流,难以满足通航要求。通过1∶100整体物理模型试验,研究上、下游航道不良水流条件形成的主要原因,通过调整上游航线、隔流墙布置、局部疏浚及下游菱形墩结构和布置等综合措施,有效降低了口门区纵横向流速和回流流速,使各项水力指标均满足规范要求,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。     

感潮河段支流口门堤头结构形式研究

感潮河段支流口门引排水枢纽受用地条件限制常距江较近,口门区水流受主河道涨落潮牵制作用明显,水流流态复杂,极易造成口门区泥沙淤积、岸坡冲刷及引航道横流超标等工程问题。为此,设计出可以改善感潮河段支流口门流态的梯级堤头结构形式。物理模型试验结果表明:在涨潮引水情形下,主河道水流折冲转向入引河的夹角减小,水流更为平顺地进入河道,减小了水流对河岸的冲刷,同时减小了引航道口门横流流速;在落潮排水情形下,堤头上下两级平台间可供水流通过,减弱水流顶冲主河道的强度,使得堤头下游回流范围减小,有利于河势稳定。     

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。     

枢纽船闸引航道口门区三维水流结构和减淤措施*

由于枢纽船闸引航道口门区特殊的水流结构，口门区泥沙淤积问题是影响河流船闸正常运行的一个重要问题。针对枢纽船闸引航道口门区三维水流的结构特点，开发了可高效高精度模拟该区域水流结构的完全三维非静压数学模型，对其水流结构特征进行了分析和研究，从消除回流和归顺口门区航行水流的角度，提出了可有效减缓引航道口门区泥沙淤积问题的工程措施，为枢纽通航运能提升和船舶安全高效运营提供技术支撑。     

改善二线船闸下游引航道口门区流态的补流措施研究

针对闸门开启方式对枢纽下游引航道口门区水流特征及通航水流条件的影响，以湘江近尾洲枢纽二线船闸为例，建立可以较好模拟复杂河道边界条件的二维水流数学模型，在充分认识常规设计泄流开闸方式的下游引航道口门区水流条件的基础上，开展多种开闸泄流方式的组合试验研究。结果表明：二线船闸下游引航道口门区的水流受枢纽运行方式影响较大；边孔(22#闸孔)适当补流可增加口门区回流的能量损失，进而减弱口门区回流，同时使纵流、横流也满足规范要求。为保证船舶航行安全，建议该工程在下泄洪水时尽可能采用常规开闸+边孔补流方式。     

基于三维数模礁石航道水流结构分析

针对长江航道的升级,往来船只航行在具有突嘴、较大礁石碍航河段航行时,往往由于横向宽度不足导致船舶航行安全受到威胁的问题,进行概化礁石斜流水流结构以及船舶受力特点研究。采用CFD软件模拟礁石航道时船舶的水流三维数值模拟方法,得知:流速、礁石占据比越大对水流结构的影响距离越大,且横向流速的影响距离较突出;流速与船舶所受横向力成正比;概化礁石对船舶的纵向影响距离在上下游1倍船长范围之间,最大值约在上游0.5倍船长处。     

山区涉河桥墩布设防撞装置对通航的影响*

为研究山区河流桥梁布设防撞装置对于通航的影响，采用二维物理模型试验的方法，利用运动船舶受力偏离航线的原理，通过对船舶艏向角θ、漂角β等船舶航行参数的分析，研究桥梁与水流存在交角的情况下布设防撞装置对船舶航行的影响；通过设置多条航线，探究船舶航行时与桥墩的的安全距离。试验结果表明：山区河流涉河桥墩布设防撞装置对于船舶航行的影响远大于裸墩，且尖艏型防撞装置对航行船舶的影响大于圆艏型；山区河流涉河桥墩或防撞装置与水流的交角越大，船舶的偏转幅度越大，其中0°～10°变化趋势较为明显。通过多组航线航行试验发现，航线越靠近桥墩，船舶受到的影响越大，当航线与桥墩的距离达到3W时，这一影响达到峰值。所得结果可以为山区河流桥梁通航安全的研究及防撞装置的研发提供参考。