龙滩升船机中间渠道通航条件试验

通过对龙滩水电枢纽两级升船机中间渠道内航行条件的水工模型试验研究,结果表明:中间渠道内船舶(队)单向航行速度小于2.0 m/s时,船行波、航行阻力和船体下沉量均不大;中间渠道直线段宽为32 m时,宜采用航、停的会让方式,航速应<1.5 m/s,而船舶宜停泊在右航线上;船舶(队)转弯时的航迹带要宽,因此不应有转弯段等航速会船。     

龙滩第二级升船机船舶出厢过程水力特性综合研究*

龙滩水电站通航建筑物为两级带中间渠道的垂直升船机,设计船型为1 000吨级机动驳。通过物理模型试验的方法,进行船舶出龙滩第二级升船机船厢的试验,研究船舶出厢过程中船厢内水面波动、船舶下沉量、对接锁定机构荷载等水力特性。研究结果表明：从升船机对接安全和船舶航行安全角度出发,为满足最大吃水为2.4 m的1 000吨级船舶过机,船厢设计水深3.5 m,船舶出厢航速应≤0.7 m/s。     

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。     

构皮滩通航设施第一级中间渠道水力学观测与实船试验

依托乌江构皮滩通航工程，开展了含长距离通航隧洞中间渠道的水力学观测与实船试验，揭示了中间渠道波动传播时空变化规律及船舶航行特性。观测表明：中间渠道波动传播速度约5.0～6.8 m/s,波幅与水面宽度呈反比，中间渠道两端的水面波动最大，通航隧洞内次之，大型渡槽交汇区波动最小；在中间渠道船厢卧倒门启闭产生的波幅在2 cm内，船舶正常航行产生的最大波幅约10 cm以内，主要波动周期为120～160 s,水面波动对船舶航行富余水深影响不大；船舶在中间渠道正常航行速度达到了设计指标，最大下沉量发生于船舶出厢连续加速阶段，实测上行和下行最大下沉量分别约25和13 cm,船舶在中间渠道内航行下沉量约10 cm以内，富余水深较大，通航隧洞断面设计总体合理。     

构皮滩通航建筑物中间渠道船舶航行特性试验研究

中间渠道船舶航行特性与通航建筑物通航效率和船舶航行安全息息相关。利用牵引船模缩尺试验，研究构皮滩水电站通航建筑物中间渠道内船舶上下行过程中的航行特性，分析了不同航速下船舶的升沉特性，基于试验结果拟合了船舶在中间渠道内最大下沉量与航速、渠道水下面积、船舶舯断面水面以下部分面积以及初始水深的关系，建立了可准确预测船舶最大下沉量的无量纲公式。研究结果表明：1)相同航速下，船舶出船厢下沉量远大于进厢，船舶出厢过程是船舶下沉量的控制工况；2)中间渠道断面系数小于3.0时，断面系数变化对船舶下沉量影响较为明显，且断面系数越小对船舶下沉量影响越显著；中间渠道断面系数大于4.0后，断面系数增大对船舶下沉量的影响迅速减小。     

向家坝升船机船舶吃水控制标准原型观测分析及应用实践*

向家坝升船机投入试通航后,由于金沙江下游河段实际航行的1 000吨级船舶与升船机设计过机船舶主尺度匹配性差,船舶过机装载率较低。为进一步提高升船机通过能力及船舶运输经济效益,开展船舶过机吃水原型观测分析,逐步放开船舶过机吃水控制标准非常必要。通过大量过机船舶不同吃水、航速的进出厢试验原型观测,对影响过机船舶吃水控制标准的航道水位变幅、船厢水深变化,进出船厢航速、下沉量等因素进行系统的分析研究。结果表明,向家坝升船机过机船舶吃水提升至2.4 m,依然有30 cm以上的防触底安全富余量,满足船舶安全过机要求。     

中间渠道交汇区尺度及船舶航行方式研究*

利用自航船模试验,研究两级单线航道中间渠道供船舶交汇错船的交汇区尺度及船舶航行方式。试验表明,中间渠道交汇区通过斜导墙缩窄分别与上、下游通航建筑物连接,过渡段长度大于2倍船长是合理的。参考相关标准和设计规范确定交汇区宽度和船舶航行方式,确保一线船舶停泊另一线船舶以正常航速航行能在交汇区顺利进行交汇,以提高通航建筑物通过能力和船舶航行安全性。     

船舶进出船厢对三峡升船机对接锁定机构受力的影响分析

三峡升船机是三峡枢纽两大通航建筑物之一,主要为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。船舶进出三峡升船机船厢过程中,船厢侧水体质量变化和水面波动产生的纵向倾斜力矩均由船厢对接锁定机构承担,如果船厢侧的荷载变化超过对接锁定装置的允许值,将影响船厢对接安全。建立了比尺为1∶12的三峡升船机船厢及下游引航道局部物理模型,针对3 500 t散货船开展船舶进出船厢的水力学模型试验,分析船舶吃水、船舶进出船厢的速度、水面波动与锁定机构受力间的关系。从保障三峡升船机船厢对接锁定机构安全角度,建议通过三峡升船机的3 500 t散货船进出船厢航速0.5 m/s时,船舶吃水不大于2.70 m。     

向家坝升船机承船厢设计水深标准*

通过1:16的物理模型研究了船舶进出升船机承船厢时的最大下沉量与船厢水深、船舶航速及船厢断面系数间的变化规律。提出船舶出厢过程是船厢设计水深的控制条件,建立了船舶下沉量的无量纲计算公式。通过综合比较不同船厢水深船舶下沉量及船底安全富余水深,提出了向家坝升船机合理的船厢设计水深标准。     

向家坝升船机船舶吃水和航速检测系统建设

向家坝升船机的承船厢断面系数较小,船舶进出承船厢时的阻塞效应十分明显。相对于船闸,船舶进出升船机承船厢过程船厢内的水面波动更大,吃水、航速一旦超标极易发生船舶触底事故。因此,升船机运行过程中对船舶的吃水、航行速度控制比船闸更为严格。为了尽量降低船舶触底的风险,对通过船舶进行实时吃水和航速检测十分必要。在不影响船舶的正常通航的前提下,对超吃水、超速的船舶及时的预警和制止,有利于减少危险事故的发生,安装船舶吃水及航速检测系统是具有十分重大的现实意义。     

基于船舶减速的单线航道通航效率评价

针对现有航道通航效率评价存在对船舶航行状态考虑不足的问题,提出一种基于船舶减速的单线航道通航效率评价模型。该模型从船速差异对船舶自由航行状态影响的角度,综合考虑航道长度、船速大小和船舶到达率等参数,用船舶减速幅度和减速后的通航历时衡量单线航道的通航效率η。在统计分析船舶交通流变化规律的基础上,采用离散仿真软件Arena进行模拟仿真试验,利用蒙特卡洛方法探究并揭示航道长度、船速和船舶到达率等参数变化对单线航道η的影响机理。研究结果表明:单线航道η模型对评价和表征航道η是可行的,可为航道通航能力和船舶交通组织效率分析等提供评价依据。     

限制性航道船周回流速度与船体下沉研究

通过船舶在限制性航道(宽32 m,水深2.5 m)的航行试验,研究了500 t和300 t船队航行时的船周回流速度与船体下沉。试验表明,船周回流和船体下沉与航速、航行方式和断面系数等因素有关,其中交错航行时的船尾下沉量是渠道水深设计的控制条件。     

石浦港区主航道一期工程航道尺度设计

以宁波-舟山港石浦港区主航道一期工程设计为例,分析了复杂自然条件下的航道设计不利因素。针对航道水深、通航宽度以及转弯半径等主要航道设计尺度,在按现行国内规范计算的基础上,参考了以《进港航道设计导则》为代表的国外主要航道设计规范,对计算结果进行对比分析,归纳比较了国内外规范在相关参数取值上的异同点,最终推荐航道设计尺度。通过操船模拟试验论证,相关结论可供航道工程设计参考。     

构皮滩钢丝绳卷扬下水式升船机受力特性观测分析

构皮滩第1、3级升船机是目前世界上建成的最大的钢丝绳卷扬下水式垂直升船机。通过原型观测分析升船机出入水运行受力特性,验证升船机各项创新设计。结果表明,船厢按设计速度出入水运行平稳收敛,溢流孔风速、附加水动力荷载、船厢应力与变形、卷筒扭矩与应力等参数均在预期和安全范围内稳定变化,船厢排气孔布置、底铺板楔形体等设计取得良好效果;在设计运行速度内,船厢出入水速度对升船机受力特性影响不大,出入水速度尚有一定优化空间。     

共用引航道船闸下游引航道的平面布置

随着货运量的增大,目前我国正大规模改扩建多线船闸,受枢纽已建建筑物和地形条件限制等多因素影响,新建多线船闸多与已建船闸并排布置,共用引航道。双线船闸共用引航道时,一线船闸充泄水将会影响到另一线船闸引航道水流条件,危及另一线过闸船舶安全及船闸结构安全。结合北江飞来峡船闸水力学模型试验成果,探讨同尺度船闸共用引航道的布置及其对通航水流的影响。结果表明:船闸在错开运行时,通过增大中间辅导墙的扩散角可使水流快速扩散,减小非泄水船闸引航道回流范围和回流强度,可通过优化主辅导墙及下游消能工形式,改善双线船闸引航道水流条件。     

航道保护及其范围划定方法探讨

针对航道保护的现状和需求,分析航道保护的内容及影响航道稳定的主要因素,提出核心保护区、敏感区的概念及相应保护措施,探讨航道保护范围划定的基本要求以及需要开展的基础工作等内容。以长江南京以下12.5 m深水航道一期工程航道保护的范围划定为例,对航道保护范围的划定流程提出可操作的建议。     

弯曲窄槽型河段多线船闸通航水流条件研究

当船闸下游引航道口门区位于河道的弯曲窄槽段时,由于河道水深较浅、通航水流条件非常复杂,不利于通航。依托京南枢纽二线船闸工程,采用1∶100整体物理模型,对弯曲窄槽型河段多线船闸通航水流条件开展系列试验研究。结果表明:1)原枢纽平面布置方案存在缺陷,下游引航道口门区水流条件易受弯道顶冲水流的影响,弯道处断面束窄导致流速较大。2)同时隔流堤高程太低,会引起水流翻过隔流堤产生混乱水流的现象。提出改进措施:1)上游隔流堤高程应加高至33.46 m,下游隔流堤高程应加高至32.58 m。2)推荐增设隔流墙、调顺岸线,同时开挖河床等。研究方案为京南枢纽二线船闸工程通航水流条件改善提供了技术支持。