航電樞紐工程通航水流條件的研究

王 慶

（重慶精佳工程設(shè)計咨詢有限公司，重慶400041）

航電樞紐工程通航水流條件的研究

王 慶

（重慶精佳工程設(shè)計咨詢有限公司，重慶400041）

出于對龍溪口工程關(guān)于施工期通航課題研究的目的，特構(gòu)建起此項工程有關(guān)施工導(dǎo)流各個期段的物理模型。并依據(jù)試驗結(jié)果，對圍堰施工導(dǎo)流過程中應(yīng)具備的通航水流條件進(jìn)行了分析，據(jù)此提出改進(jìn)條件的措施及提升通航流量的具體方法，本研究結(jié)論可為相關(guān)工程提供參考與借鑒。

航電樞紐；通航；水流條件；龍溪口

在水利工程的施工過程中，施工期導(dǎo)流工程是較為復(fù)雜的工作，尤其在通航的河道之上進(jìn)行航電樞紐的修建施工，導(dǎo)流過程顯得更為復(fù)雜。對研究者而言，施工期的通航課題無疑具有挑戰(zhàn)性。岷江作為成都經(jīng)濟區(qū)的一條主要航運通道，每天都有大量重型機械以及大宗商品貨物通過，成為成都經(jīng)濟區(qū)內(nèi)的交通大動脈，也是這一地區(qū)大件物品水面運輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?，在?jīng)濟區(qū)內(nèi)所具有的經(jīng)濟意義不言而喻。而作為一項大型水利樞紐工程，岷江龍溪口航電樞紐具備了航運與發(fā)電相結(jié)合功能。這項工程在施工期內(nèi)所具備的通航條件，勢必對岷江樂山到宜賓這一段航道的交通運輸產(chǎn)生影響，尤其對承載大件貨物的船舶航行產(chǎn)生的影響令人矚目。

1 龍溪口航電樞紐工程概況

該項工程作為岷江樂山至宜賓段規(guī)劃的第四個梯級，處在岷江下游的樂山市所屬犍為縣的范圍內(nèi)，距離大渡河的匯合口處有80.9km。工程大壩控制流域面積131980km2，年平均流量達(dá)2680m3/s，該樞紐設(shè)計洪水流量為QP=1%=49500m3/s，校核洪水流量為QP=0.1%=68800m3/s，設(shè)計水庫庫容0.96億m3，正常蓄水位為317m，設(shè)計通航建筑物是Ⅲ級船閘，閘室有效長度×有效寬度×門檻水深為280m×23m×4.5m。該樞紐的電站利用落差為16.1m，電站裝機容量達(dá)420MW，設(shè)計年平均發(fā)電量20.54億kW·h，設(shè)計能力具備日調(diào)節(jié)能力。該航電樞紐實現(xiàn)了航運與發(fā)電相結(jié)合，并以航運為主，具備了防洪、供水和旅游的功能，并為當(dāng)?shù)丨h(huán)保提供了便利條件。該項工程的等別是Ⅱ等。防洪設(shè)計為百年一遇洪水，設(shè)計校核為千年一遇洪水。樞紐的主要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為2級，次要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為3級，臨時建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為4級。其中主要建筑自左到右的次序分別是：電站機房、24孔泄洪（沖沙）閘、船閘。設(shè)計枯水期（每年11月1日至下一年5月31日）導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水，設(shè)計流量6750m3/s；汛期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水，設(shè)計流量32100m3/s。

依據(jù)工程河段（自壩軸線0-2300m至0+ 2200m）沿途深泓高程的變化進(jìn)行試驗，顯示出河段的上游和下游進(jìn)出口斷面的河床整體深泓高程呈現(xiàn)出較小的變化，約為290m高程，雖然工程河段的床面比降從整體上看較小、河床顯現(xiàn)出較平緩的狀態(tài)，河勢也呈現(xiàn)出穩(wěn)定態(tài)勢，但是在局部區(qū)域呈現(xiàn)出較大變化。例如，工程河段的中上游（距壩軸線0～600m）的附近存在一個較大深槽，其深泓線的最低高程達(dá)278m。所以，在各級流量狀況下，工程河段呈現(xiàn)出的特點是：整體水面的比降相對較小，而局部區(qū)域水面的比降相對較大。

2 圍堰施工期通航水流條件研究

該項工程的圍堰施工導(dǎo)流的重點為在左岸的河漫灘開挖導(dǎo)流明渠進(jìn)行疏浚，具體疏浚范圍為左岸河漫灘河床，這一區(qū)域內(nèi)建筑有電站廠房及部分泄洪閘，該范圍的長度為閘址上游的1050m左右，閘址下游的1380m左右，疏浚河床底的高程為298m。在進(jìn)行河床疏浚中，所開展的左岸縱向混凝土圍堰工程施工受到了左岸灘地的預(yù)留土埂的保護。

預(yù)留土埂作為導(dǎo)流建筑物，其設(shè)計級別為5級，土埂擋水標(biāo)準(zhǔn)為枯期5年一遇洪水，設(shè)計流量為QP=20%=6000m3/s，設(shè)計最大通航流量為Q= 12000m3/s，設(shè)計最大通航流速3.0m/s至3.5m/s。左岸預(yù)留土埂的設(shè)計頂高程為307m，設(shè)計長為1065m，設(shè)計頂寬為5m，設(shè)計迎水面和背水面的坡度都是1∶1.5，設(shè)計的基礎(chǔ)防滲施工方法為控制性灌漿，灌漿深入基巖層1m。左岸縱向混凝土圍堰呈梯形斷面，其導(dǎo)墻上游端頂?shù)脑O(shè)計高程為317m，導(dǎo)墻下游端頂?shù)脑O(shè)計高程為314m，設(shè)計頂寬為5m，設(shè)計的兩側(cè)坡度1∶0.37，設(shè)計最大高度、最大底寬、長度分別為25m、23.86m和678m。

出于掌握該階段右河槽所具備的通航水流條件所展開的試驗，獲取了工程河段水位、流速和流態(tài)等數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，并對這些數(shù)據(jù)和信息展開深入分析。對左岸河床展開的大范圍的導(dǎo)流疏浚工程，有效拓寬了這一河段的河道過流寬度，使過水面積增加，工程河段的原有河床態(tài)勢及水流特征被改變，圍堰河段的河床變得更為平順，水面也變得更為平緩，有利于船舶的安全通行。不同流量情況下，不同部位的最小航深、水面比降及最大表面流速見表1。

表1 不同流量情況下通航水流條件試驗成果

表2 龍溪口航電工程施工導(dǎo)流上段船模試驗成果匯總

由表1可知，施工河段的水面比降和流速伴隨流量的升高逐步增大。在枯期上游流量相對較小的背景下，在左岸河床的疏浚工程將使圍堰河段的河床變得平順、沿途水面比降也相對較小、流速呈現(xiàn)均勻頒布、沒有不良流態(tài)產(chǎn)生，在Q≤6000m3/s的各級流量條件下，施工河段無論是航深、水面比降還是流速指標(biāo)，都能夠滿足船舶通行標(biāo)準(zhǔn)。

3 船模試驗

在上游連接段到導(dǎo)流明渠的中部這一試驗段的長度為1300m左右，進(jìn)行的船模試驗分別觀測了3級流量的平均6個組次的狀況，這3級流量分別為Q= 6000m3/s、Q=9000m3/s和Q=10000m3/s。船舶在各航段的航行情況與航行要素見表2。

3.1 船舶上行試驗

試驗測試300t機動貨船上行狀況：從表2中看出，Q=6000m3/s觀察到的駁船隊上行最大舵角是18.83°，最小航速是1.48m/s；在Q=9000m3/s時，觀察到的最大舵角是21.19°，最小航速是0.56m/s。機動駁船上行的舵角是隨流量的增加而增加，最大舵角未超出25°這一船模試驗的舵角安全限值；機動駁船的最小航速隨著流量的增加而降低，航行的難度隨著流量的增加而增大。試驗結(jié)果表明，當(dāng)Q=6000m3/s時，在操縱得當(dāng)?shù)臈l件下，300t機動貨船能夠順利駛過明渠上段的航道；當(dāng)Q =9000m3/s時，300t機動駁船上行的最大舵角接近船模試驗的最大舵角安全限值25°，其最小航速接近船模試驗的最小航速安全限值0.4m/s，航行具有較大的難度，需駕駛?cè)藛T謹(jǐn)慎操作。當(dāng)Q= 9000m3/s時，只要操縱不出現(xiàn)失誤，1000t的機動貨船能夠安全駛過明渠上段。當(dāng)Q=10000m3/s時，1000t機動貨船的上行最大舵角和最小航速將近于船模試驗安全限值，貨船航行具有較大的難度，需謹(jǐn)慎操作，安全系數(shù)較低。

3.2 船舶下行試驗

試驗測試300t機動貨物下行狀況：從表2中看到，Q=6000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角是13.94°，最高航速是7.28m/s；Q=9000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角為17.20°，最高航速是8.26m/s，下行舵角伴隨流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴隨流量的增加而加大，航行難度也隨之增大。1000t機動貨船的下行狀況：從表2中看到，在Q= 9000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角是18.64°，最高航速是7.94m/s；Q=10000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角為19.32°，最高航速是8.06m/s，下行舵角伴隨流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴隨流量的增加而加大，航行難度也隨之增大。

綜上所述，上段航道的上行難度要比下行難度大，因此上行也構(gòu)成了工程河道通航的控制條件。在枯水期Q≤6000m3/s的各級通航流量條件下，施工河段的水流較為平緩，流速呈均勻分布狀態(tài)，能夠滿足300t機動貨船通行要求。在汛期Q≤9000m3/s條件下，能夠滿足1000t機動貨船通行要求。在上行到明渠段時，要避免駛?cè)胗野兜闹髁鲄^(qū)，應(yīng)沿著靠近左岸縱向混凝土圍堰的緩流區(qū)行駛，在駛出明渠進(jìn)口段以后，繼續(xù)沿著左岸進(jìn)入上游工程河道。當(dāng)Q= 10000m3/s時，則只能滿足1000t機動貨船的下行航行標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

在施工河段的左岸河床展開的大范圍的疏浚工程，使河道過流寬度得到擴展，過水面積得到增加，試驗測得在各級流量條件下的施工河段沿途水面變得平緩，流速也呈現(xiàn)均勻分布，流速的峰值同施工前狀況相比明顯下降，有利于改善施工河段的河道通航水流條件。通過通航水流條件的試驗和進(jìn)行船模試驗，可以得出結(jié)論：在枯期流量Q≤6000m3/s的各級通航流量狀況之下，施工河段具備充足的航深、沿途水面的比降相對較小、流速呈現(xiàn)平緩狀態(tài)、沒有不良流態(tài)，實測各項指標(biāo)都符合300t和1000t機動貨船的安全通行標(biāo)準(zhǔn)。

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［2］蔡創(chuàng)，陳里，蔡汝哲，鄭濤.涪江富金壩樞紐船模通航試驗研究［J］.港工技術(shù)，2009（01）.

［3］楊忠超，文岑，許光祥，陳明棟，楊斌.烏江銀盤航電樞紐明渠通航方案數(shù)值模擬［J］.水利水運工程學(xué)報，2009（03）.

U 618

A

1672-2469（2015）05-0033-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.011

王 慶（1982年—），男，工程師。