【摘 要】
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随着中国经济的不断推动发展,越来越多的水利工程正在建设中,内河运输取得了一定发展,港口泊位数、运输能力、货运量和货物周转量均保持稳定增长。内河运输作为综合运输体系中的重要组成部分,仍将在流域综合交通运输体系中占据不可或缺的地位。船舶(队)能否安全、方便、快捷地进出船闸,与其引航道口门区的水流条件密切相关。即要求引航道口门区区域的纵向和横向流速不宜过大,不宜出现复杂的流态,如气泡涡、高强度涡流、回流
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随着中国经济的不断推动发展,越来越多的水利工程正在建设中,内河运输取得了一定发展,港口泊位数、运输能力、货运量和货物周转量均保持稳定增长。内河运输作为综合运输体系中的重要组成部分,仍将在流域综合交通运输体系中占据不可或缺的地位。船舶(队)能否安全、方便、快捷地进出船闸,与其引航道口门区的水流条件密切相关。即要求引航道口门区区域的纵向和横向流速不宜过大,不宜出现复杂的流态,如气泡涡、高强度涡流、回流等。为此,研究引航道口门区的水沙特性,对保证船舶通航安全就非常必要。本文以郭滩航运枢纽引航道口门区工程实际问题为背景,采用数值模拟方法,结合物理模型试验,研究分析了不同工况下上下游引航道口门区的水沙特性。研究结果如下:(1)通过分析比较,将水工模型试验值和数值模拟的模拟值进行验证,数学模型的模拟值与模型试验的试验值基本一致,可以较好的模拟引航道口门区的水沙条件。(2)结合MIKE21建立引航道数学模型,并得到引航道口门区水流变化规律,河道主流在上游引航道口门区正前方分流,产生回流漩涡,向左岸轻微滑移,并随着主流前进至节制闸的泄水口。当节制闸泄流量一致时,引航道口门区断面流速随着流量的增大而增大,回流漩涡的位移随河道主流与引航道轴线形成的夹角增大而增大。(3)根据方案1与方案2可知,调度方式左四孔与中四孔相比,上下游回流漩涡范围小,回流流速小,斜流作用弱,口门区域水流波动范围小,回流漩涡位置距口门区距离远。对方案3与方案4可知,调度方式左八孔与右孔相比,上下游回流漩涡范围幅度较大,斜流作用明显,回流流速大,距口门区距离近,且下游引航道口门区边界回旋区域较大。因此,当控制闸门调度方式时,方案1较方案2优,方案3较方案4次之。通过闸门开启调度组合方式,随着引航道口门区与河流主流夹角的增加,引航道口门区的回流作用逐渐变小,从而导致引航道内横向流速降低,斜流效应亦(减弱),水流流态相对趋于稳定,满足通航水流标准。(4)对上游引航道口门区导流堤堤身处设置排沙闸探讨其启闭对引航道口门区冲淤深度变化的影响,结果表明:当上游来流一致的情况下,开启排沙闸冲淤情况较关闭排沙闸情况下冲淤效果良好,通过排沙闸,可减少引航道口门区泥沙淤积。当上游节制闸泄流量一致时,排沙闸与节制闸调度方式相结合,即河道主流与引航道口门区夹角变大时,冲淤效果会增强。(5)当节制闸泄流量一致时,即开启四孔闸门,随着流量的增大,方案1较方案2而言,方案1口门区回流区域范围小,最大纵横流速相对较小,流态稳定。方案4较3而言,方案4上下游口门区最大横向流速极值差别较小,但回流区域范围及流速较小,回流流速满足内河航运标准,水流亦趋于平缓,因此,通过控制调度方式,可以有效削弱(减弱)回流及斜流效应,改善引航道口门区水流条件。(6)通过对模型试验实测数据分析,将引航道口门区断面流速分布、泥沙冲淤分布进行对比,结果显示:上下游引航道口门区改变调度方式上均优于相比较方案(方案1优于2,方案4优于3),验证了模型试验研究水沙特性的可行性,为为实际工程中类似枢纽的设计提供参考。
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