闽江水口枢纽坝下水位治理工程通航船闸输水系统布置及水力计算分析

闽江水口枢纽坝下水位治理工程通航船闸长宽比达到16.7∶1,且要求输水时间较短、水力指标较高。根据《船闸输水系统设计规范》和该船闸的具体特点,确定了输水系统形式及各主要部位的尺寸和细部布置,对输水系统的水力特性、输水阀门工作条件及闸室和上下游引航道内的船舶停泊条件进行了计算分析,水力计算表明:设计的输水系统各项水力特性均满足规范和设计要求。     

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.     

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。     

碾盘山船闸输水系统设计与试验研究

碾盘山船闸等级为Ⅲ级,最大设计水头14.2 m,属于中水头大型船闸,根据类似工程相关经验,船闸采用闸墙长廊道侧支孔分散输水系统,推荐阀门开启时间为6 min,输水系统以及阀门开启时间选用是否合理直接影响水流及船舶停泊条件。通过水力特性计算并结合1:15物理模型,对输水系统水力特性、廊道压力、闸室停泊条件进行分析。结果表明,碾盘山船闸采用闸墙长廊道侧支孔输水系统是合理的,设计的阀门开启时间下各项输水水力特征指标均能满足设计和规范要求。     

可发电船闸的输水系统特性数值分析

针对中低水头下的局部分散式输水系统,考虑在输水廊道中安装水轮机进行水流能量利用,运用Fluent软件进行模拟仿真,建立引航道、输水廊道和闸室的三维数值模型,并在建模中考虑水轮机的影响,使用VOF模型和RNG K-Epsilon模型对船闸一次灌水过程中引航道、输水廊道和闸室内流场进行数值模拟。重点对比安装水轮机与否的两种情况下,输水廊道和附近闸室内流速分布,及其模拟结果导出的水力曲线的异同,研究输水廊道水头利用对船闸灌水、闸室停泊条件等方面产生的影响。研究结果对船闸输水廊道水头利用的研究具有指导性意义。     

赣江万安二线船闸输水系统水力学模型试验研究

万安二线船闸工作水头和一次输水过程能量均居世界单级船闸前列,输水系统设计直接关系到工程设计成败。根据《船闸输水系统设计规范》和类似工程经验,结合水力计算,设计优化了适合万安二线船闸的闸墙主廊道、闸室中部垂直立体分流、闸底四纵支廊道两区段出水、明沟消能的输水系统形式。通过比尺为1∶30的整体物理模型试验,研究了所设计输水系统的水力特性。成果表明:万安二线船闸所采用的输水系统整体设计是合理可行的,输水时间、船舶停泊条件、进出水口及引航道水流条件等各项水力指标均满足设计和规范要求。     

某枢纽船闸输水系统水力学模型试验

某枢纽船闸为所处河段通航工程的主要控制性工程,船闸工程的修建将对河道渠化起到重要作用。其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,解决输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节。为使输水过程船舶与船闸自身安全满足相关要求,通过比尺为1:30的物理模型试验,对船闸输水过程水力特性、船舶停泊条件及引航道水流条件开展研究。结果表明：在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求。     

蚌埠复线船闸水工模型试验研究

为了了解淮河蚌埠新、老船闸同时运行时,上、下游引航道靠近闸首范围内的水流流态分布规律、新船闸输水系统水力试验情况、闸室灌（泄）水过程中闸室内停泊船只安全状况等内容,通过船闸水工模型试验,观察引航道闸首范围内纵、横向水流流速分布,评价对船舶运行安全的影响,并提出消除不利影响的措施;针对最高、最低通航水位及最大水级组合条件下输水系统水力流态、消能、闸阀开启方式等试验,提出输水系统优化设计方案及运行方案;结合闸室内水流流态,试验惯性超高、超降水头,并进行安全评价,同时提出消除对安全不利影响的措施。     

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。     

船闸灌泄水引航道内波幅与比降研究

通过研究船闸灌泄水非恒定流在引航道内长波运动的水力特性,分析了船舶(队)在引航道中航行、停泊及船闸运转的影响。从而得出,引航道允许比降应按控制船型确定,引航道断面设计应顾及闸室宽度的流量变化。     

大治河西枢纽二线船闸工程总体布置

受已建建筑物、用地指标、外河无锚地、内河有跨河桥梁等因素限制,大治河西枢纽二线船闸工程布置条件较为复杂。通过综合考虑枢纽水流条件、船闸通航条件、设计船型特殊性、停泊条件、相邻建筑物安全及施工条件等方面因素,确定合理的船闸横、纵轴线布置方案,得出合适的闸首、闸室、引航道设计尺度,采取内外引航道非对称布置形式,避免节制闸引排水对船闸通航安全的影响,解决外河无锚地条件下船闸进出闸停泊锚泊需求,实现了节约用地与减轻施工影响的目标。     

龙溪口航电枢纽工程船闸输水系统设计

龙溪口航电枢纽工程的主要开发任务为畅通岷江航运通道，船闸作为该枢纽的唯一航运设施，是岷江通道畅通中的重要一环，故输水系统作为该船闸核心的组成部分，其重要性不言而喻。针对该船闸输水规模较大、水力指标要求较高的问题，对船闸进行水力学计算分析以及单体物理模型试验研究。结果表明，龙溪口航电枢纽船闸输水系统设计采用闸墙长廊道侧支孔输水形式是合理的，满足设计规范要求；闸室灌泄水时水流条件及阀门开启方式满足船舶安全通行需要。     

富春江船闸扩建改造工程闸室输水水力特性及优化*

随着我国内河航运的不断发展,以保留老船闸使其兼作新船闸引航渠为方案的船闸扩建改造已成为突破内河通航“瓶颈”的创新性举措,并已成功运用于富春江船闸扩建改造工程。研究成果表明,输水阀门线性全开时,由于老船闸上闸首口门处过水断面较小,新闸室充水时老闸室内水位迅速下降,并在其门槛处产生7.15 m的集中跌落。在满足闸室输水时间的前提下,综合阀门启闭力、振动、空化及闸室惯性超高等特性,提出改造方式下船闸充水阀门分段间歇性开启加动水关闭的优化运行方式,使老闸室门槛处集中跌落降至0.5 m,有效地改善了引航渠内的水流条件。     

红岩子船闸输水系统优化设计

船闸侧墙廊道闸室明沟消能工布置及消能效果的优劣,直接影响闸室内船舶所受系缆力大小及停泊安全。依托红岩子船闸输水系统水工模型试验研究,探讨筛孔式消能工及通过增加顶盖板优化设计的方案在中高水头分散式输水船闸中的应用效果,通过测定闸室充、泄水水力特性,输水廊道压力及船舶停泊条件等各项指标,发现优化设计方案在船舶停泊条件方面具备更优的性能,同时提出船闸阀门开启方式的运行方案。     

微山三线船闸工程闸室平面尺度分析*

微山三线船闸工程位于京杭运河干线通道和南水北调工程东线输水线路上,需平衡高效通航与节约用水的目标。针对闸室平面尺度与船闸通过能力、过闸用水量计算的问题,在分析设计水平年过闸艘次比、船型尺度的基础上,根据主力船型尺度,提出不同的闸室平面尺度方案,开展船闸通过能力和用水量计算,得出船闸通过能力、用水量与闸室平面尺度的定量关系。结论是微山三线船闸的通过能力随闸室平面尺度增大而增大,但增幅不同,船舶过闸用水量不随闸室平面尺度增大而增大,因此有必要开展闸室平面尺度论证,微山三线船闸工程闸室平面尺寸宜取34 m×280 m。微山三线船闸工程闸室平面尺度确定方法对类似工程建设及规范修编具有积极借鉴意义。     

三角闸门门缝输水运行工况研究

门缝输水是三角闸门的一种重要特性。基于三角闸门门缝输水,低水头船闸可以不设置阀门以降低工程建设成本,但具体适用工况尚难把握。依托未设置阀门的大柳巷船闸,采用理论计算与现场实测相结合的方法,分析了门缝输水时水力及启闭力。研究表明:口门越大三角闸门能承受门缝输水的水头越小;目前门缝输水有关计算公式尚需结合三角闸门的结构特点确定流量系数;三角闸门启闭力除按规范公式计算外还应考虑门体缝隙流和惯性阻力矩的影响。     

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。     

金家堰省水船闸互通式短廊道输水系统计算

小清河复航工程已开工建设,其中金家堰船闸、王道船闸将成为我国首批带省水池的船闸。结合金家堰船闸省水廊道与闸首廊道互通的特点,分析上、下游与省水池直通输水的可能性,提出相应的水力计算方法。基于兼顾输水时间和省水率的原则,推导出闸首阀门最优提前开启时间与省水池阀门提前关闭时间的关系式。结果表明,金家堰船闸的廊道布置使直通输水时阻力系数较大,有效限制了回流量;闸首阀门不超过最优提前时间时,省水率的变化极小,可按常用公式估算,廊道互通的影响也可忽略不计。     

蜀山泵站枢纽船闸输水系统水力学模型试验

蜀山泵站枢纽船闸对引江济淮工程航运至关重要,是连通长江与淮河,确保引江济淮航运干线畅通的控制性工程,其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节。结合工程地质和结构设计,船闸拟采用形式最为简单的闸墙长廊道侧支孔输水系统,输水过程船舶与船闸自身安全能否满足相关要求需要开展细致研究。通过比尺为1∶25的物理模型试验,对其输水过程船舶停泊条件、水力特性及引航道水流条件开展研究。结果表明:在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求。     

适应通过能力发展需求的多线船闸输水系统设计与应用

针对通过能力日益增长背景下的多线船闸输水系统设计问题,以西江长洲枢纽四线船闸群为例,总结了不同阶段通过能力需求引起的船闸设计规模变化。针对二线船闸规模小、一线船闸闸室宽度大、三线四线船闸并列布置同步建设且规模巨大的特点,分别介绍了各船闸输水系统的设计理念。采用物理模型试验手段,提出了二线船闸采用消力槛强迫消能、一线船闸采用双明沟消能、三线四线船闸采用互通省水布置等创新成果,并通过原型观测验证了创新成果实效性。提出两条建议:多线船闸总体布局应将高等级船闸布置在河心侧、低等级船闸布置在河岸侧,输水系统设计应综合考虑地质条件、结构形式、水力指标等因素。