省水船闸输水系统水力学研究综述*

在省水船闸工程建设和运行管理过程中,输水系统水力学问题是最为关注的内容之一。相较常规船闸,省水船闸输水操作过程更为复杂。在大量研究资料的基础上,系统论述省水船闸类型及水力特点、输水系统形式、阀门启闭方式以及输水水动力特性等,总结分析了各方面的研究成果与进展。今后可着重围绕以下几个方面开展深入研究：省水船闸分散输水系统支孔出流分配规律,双线船闸互通输水廊道形式、数量和截面类型,阀门启闭组合方式,省水船闸防咸效果等。     

省水船闸初探

介绍德国省水船闸布置形式,阐述省水船闸的优缺点。分析省水船闸设计原理,计算蓄水池面积以及级数和省水率之间的关系,探讨蓄水池布置形式等,可为航道、船闸设计提供借鉴。     

省水船闸在高坝通航中的应用

采用带省水池船闸降低阀门工作水头是解决高水头船闸技术难题的一种尝试。依托乌江银盘36.5 m高水头枢纽工程提出了带两级省水池的船闸方案,整体水力学模型实验结果表明,通过合理拟定阀门开启方式和控制省水池水位变幅,将总水头降低一半左右和减少船舶每次过闸耗水量45%以上的设想是可行的,并且闸室的灌泄水时间、船舶系缆力等技术指标均满足规范和设计要求。     

单级省水船闸水级计算和影响因素探讨*

省水池水位高程及工作水头计算是省水船闸水级计算的重要内容,影响因素众多。推导建立了综合船闸总水头、上下游水位变化、省水池数量和面积、剩余水头等因素的单级省水船闸省水池水位和作用水头计算公式。根据公式分析了上下游水位变幅、省水池级数和省水池面积等对省水池水位高程和作用水头的影响。最后结合某60 m单级船闸,计算对比不同方案各级省水池水位和作用水头,提出了合理的水级划分方案。     

乌江银盘水利枢纽省水船闸运行方式研究

乌江银盘省水船闸是我国第一座省水船闸,也是世界上水头最高的省水船闸.利用水量平衡原理,建立了银盘省水船闸运行数学模型,分析了灌、泄水结束后省水池水位与阀门启闭速度及阀门开启提前量的关系,获得了最优的阀门启闭速度和最佳的提前量.分析了提前量与总灌、泄水时间关系,适当增加提前量,可以明显缩短灌、泄水时间.针对不同阀门故障.提出了相应的对策.     

小清河王道船闸省水工程措施

针对北方地区水资源相对匮乏的问题,结合小清河王道船闸工程,探讨船闸省水措施,提出了两种不同输水布置的带深浅水池的多级省水池平面布置方案和运行方式,和单级省水池单独运行、单级省水池结合泵站运行的输水布置及运行方式。对比分析得出以下结论：1）两个省水方案均满足规范和省水使用要求;2）多级省水池省水率高、单级省水池结合泵站运行输水时间长。3）类似工程选用省水方案需结合水资源条件、船闸通过能力需求、输水时间、场地布置、施工条件、工程投资等多方面比选综合确定。     

小清河王道船闸省水工程措施

针对北方地区水资源相对匮乏的问题，结合小清河王道船闸工程，探讨船闸省水措施，提出了两种不同输水布置的带深浅水池的多级省水池平面布置方案和运行方式，和单级省水池单独运行、单级省水池结合泵站运行的输水布置及运行方式。对比分析得出以下结论：1）两个省水方案均满足规范和省水使用要求；2）多级省水池省水率高、单级省水池结合泵站运行输水时间长。3）类似工程选用省水方案需结合水资源条件、船闸通过能力需求、输水时间、场地布置、施工条件、工程投资等多方面比选综合确定。     

飞来峡二、三线相互灌泄水船闸省水特性及效益分析

为缓解通航用水与发电、农业用水之间的矛盾,拟建的广东北江飞来峡二、三线船闸采用相互灌泄水的省水运行方式。对船闸建立水工物理模型研究其省水特性并进行效益分析,对比双线相互灌泄水的省水运行方式与单线运行方式的优劣。研究结果表明:省水运行模式每年省水2.89亿~3.77亿m3,折合水能发电量0.135亿~0.175亿k W·h;省水船闸闸室及引航道水流条件、船舶停泊条件优于单线运行模式;船闸通过能力满足通航需求。省水船闸运行具有显著的经济效益和环境效益。     

高水头大尺度船闸省水布置与水力计算*

针对高水头大尺度船闸运行水力指标高带来的设计难度大以及船闸本身耗水量大等问题,以水头40米级、闸室尺度280 m×34 m的船闸为例,开展了省水布置方式研究。计算理论省水率,分析阀门运行方式,建立省水船闸输水数学模型,模拟计算了输水水力指标。结果表明,提出的设置3级蓄水池省水布置方式的理论省水率为60%,各项输水最大水力指标比非省水方案降低18%～43%,可简化船闸水力系统设计。     

巴拿马运河船闸省水技术综述

针对船闸设计中的水资源利用问题,从省水技术角度出发,总结了国内外发展趋势.重点围绕巴拿马运河船闸中运用到的省水技术展开概念性分类论述,并结合船闸多目标优化设计理念研究各省水技术的应用特点.巴拿马运河船闸省水技术依靠重力实现,且省水效益与省水技术及运行方式直接相关,本质上是水的空间存储的优化设计.采用多因素分析方法,探讨...     

百色水利枢纽通航设施工程省水船闸选型方案

广西百色水利枢纽通航设施工程率先采用“省水船闸+升船机+辅助船闸”组合式通航建筑物总体布置方案,其省水船闸带两级独立梯形断面省水池,省水率可达55%。介绍百色水利枢纽通航设施工程通航建筑物形式选择,阐述采用“省水船闸+升船机+辅助船闸”组合方案后,船闸下泄水流进入中间渠道后引起的升船机上游水位波动情况,以及全平衡式升船机在对接过程中对于水位变化的要求。为解决水位波动对升船机安全运行的影响问题,提出非省水船闸+泄水外排方案与省水船闸方案,并对两方案进行技术经济对比分析,最终确定采用省水船闸方案。     

高水头省水船闸水工结构及输水系统研究

长江上游地区水头高、流速快、水位变幅大,对通航建筑物提出了较高的要求,采用升船机形式较难解决运量小、高地震烈度对塔柱的横向位移要求等问题;多级船闸形式又面临耗水量巨大、下游引航道流态不佳等问题。省水船闸是解决上述问题的有效结构形式,但在我国的应用经验较为有限。以三峡新通道工程为依托,从省水船闸的工作原理出发,分别对结构选型、省水池布置、结构高程及尺度确定、输水系统的计算流程和参数确定方法等关键问题进行研究,并通过结构核算、输水效率、省水量3个方面说明省水船闸方案的可行性及其相对于梯级船闸的优越性。     

内河航电枢纽扩建二线船闸轴线选择研究

依托湘江株洲航电枢纽扩建二线船闸工程,采用定床物理模型,从船闸通航条件角度对扩建二线船闸与一线船闸相邻布置时两线船闸轴线间距选择进行研究。重点分析了扩建二线船闸不同轴线位置对两线船闸上、下游口门区和连接段航道的通航水流条件影响规律,提出了新老两船闸轴线间距在满足两线航道宽度要求和施工安全的前提下应尽量减小的轴线选取原则。     

高坝通航枢纽中省水船闸方案探讨*

阀门水力学问题一直是高水头船闸设计的关键技术难点。以在建的大藤峡单级船闸为例,基于国外省水船闸工作原理,提出带两级蓄水池船闸方案。输水系统水力学初步计算表明,阀门工作水头削减20.125 m,省水率可达到48.76%。与单级船闸方案比较结果表明,该输水系统形式因水头大幅降低,设计和建造均大为简化,在山区河流高坝通航领域以及兼顾发电与农业灌溉用水紧张的情况下,应用前景非常广泛。     

乌江银盘船闸枯水期实船试航研究*

为检验新建银盘船闸枯水期通航条件,对船闸的通航设施、下游引航道以及实船试航进行了同步观测。结果表明,引航道口门区水流条件基本满足船闸规范要求,但通航设施设计存在缺陷,导致过闸时间偏长。试验还发现,由于电站尾水直冲下引航道口门区域,汛期水流条件不容乐观。在提出复核阀门开启方式等措施的同时,建议选择适当的乌江洪水流量进行观测试验。     

赣江新干船闸建设规模论证研究

从系统分析赣江货物运量和船型现状入手,预测了未来各规划水平年的过闸货运量和过闸船型组合情况;采用船舶过闸排挡模拟方案,合理论证了新干船闸的平面尺度、建设规模与分期建设方案;为赣江新干船闸的建设提供了科学的决策依据.     

湘江株洲航电枢纽二线船闸建设对一线船闸通航条件影响研究*

采用正态物理模型研究湘江株洲航电枢纽扩建二线船闸工程对一线船闸通航条件的影响。分析工程前一线船闸通航水流条件,二线船闸建设对原有边界条件的改变,工程后一线船闸上下游引航道口门区及连接段航道的横、纵向流速等水力参数变化规律,以及口门区现有导流建筑物对新建工程的适应性等。结果表明,二线船闸建设使得一线船闸通航水流条件稍有恶化,但水流条件的改变对船舶航行条件影响不大,工程前后船舶进出一线船闸的航行条件基本一致。     

内河航道船舶航行操纵平面二维数值模拟初步研究

船舶航行操纵数学模型包括水流数学模型和船舶航行数学模型,其中水流数学模型是船舶航行模拟的基础。基于船舶航行操纵数学模型的基本原理,研究开发了船舶航行操纵平面二维数学模型,其中水流数学模型采用贴体坐标系下的平面二维水流数学模型,采用有限体积法对水流基本控制方程进行了离散,在求解过程中采用了欠松弛技术和逐线迭代法,船舶航行数学模型采用比较流行的"组合型"水动力模型,并采用有限差分法离散求解船舶运动方程。根据实船或船模在静水条件及均匀流条件下的航行试验资料,对所建立的船舶航行操纵数模进行了验证和参数率定,结果表明该船舶数模能够正确模拟船舶的航行操纵性能。     

小清河水牛韩省水船闸输水系统布置及水力计算

水牛韩船闸是小清河复航工程的上游梯级,由于沿线水资源比较匮乏,水牛韩船闸须具备省水功能。根据闸址地形条件并考虑未来船闸续建的需求,提出单级省水池的水牛韩省水船闸总体布置。按照《船闸输水系统设计规范》要求和工程特点,确定水牛韩船闸采用闸首短廊道集中输水系统,省水池与上、下闸首分别用一根输水廊道连接的输水系统,提出具体的输水系统布置,确定各输水阀门运行方式,并采用船闸输水过程数学模型计算了船闸非省水运行和省水运行时的输水水力特性。结果表明,提出的输水系统布置和确定的输水阀门运行方式合理可行,各输水水力特性值满足设计和规范要求。     

枢纽双线船闸船舶航行会遇方式研究

文章以株洲航电枢纽和长沙综合枢纽为例,分析了双线船闸共用引航道和非共用引航道的布置特点以及航行区段的划分问题。采用三维水流数值模拟和船舶操纵数学模型研究手段分析了株洲航电枢纽和长沙综合枢纽坝区河段的航行条件及船舶进出闸会遇方式。在此基础上提出了双线船闸船舶安全高效的航行会遇方式及航行管理措施。