往复流条件下的船闸引航道布置型式研究

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近年来,河口三角洲地区挡潮闸工程能有效减少由于风暴潮等自然灾害导致的洪水淹没损失,在沿海城市的安全防护中发挥着越来越重要的作用。我国初期建设的挡潮闸具有挡潮、防洪、排涝等功能,对航运、生态等兼顾性功能考虑较少。随着经济和社会的发展,沿海河口地区内河航运正迎来前所未有的发展机遇,对兼顾航运和生态景观的挡潮闸新建和改造的需求也越来越强烈和迫切。在已建或新建挡潮闸左、右侧建设船闸通航建筑物是解决挡潮闸通航的一种方式。感潮河段一侧船闸引航道及口门区的水流条件十分复杂,属于周期性往复流。如果挡潮闸船闸采用内河水利枢纽通航建筑物引航道的布置型式,引航道内部和口门区的横流会严重超标,无法满足内河通航标准中对通航水流条件的要求。因此,研究并提出感潮河段一侧船闸引航道布置型式是非常必要的。本论文采用二维和三维潮流数学模型相结合的研究方法,主要从以下方面展开研究:(1)研究国内外挡潮闸闸址及平面布置情况,分析船闸的建设位置,并参照我国内河典型船闸工程的引航道平面布置型式,初步提出干支流河口支流河道内挡潮闸船闸感潮河段一侧引航道的平面布置型式。(2)采用二维水流数学模型计算并分析典型涨、落潮工况下,引航道不同平面线形布置对引航道内部、口门区及连接段通航水流条件的影响,并结合《船闸设计总体规范》相关水流参数指标对引航道布置进行优化,提出引航道干支流河口挡潮闸船闸感河河段一侧引航道布置的优化方案:(1)将干支流转角岸壁的平面线形布置成圆弧形;(2)将引航道隔流堤大于2.5倍船长部分以浮堤的形式与干流衔接。(3)采用三维水流数学模型对优化方案(隔流堤部分为浮堤)的隔流堤结构布置型式进行研究,对隔流堤内侧航道的通航水流条件进行检验,以确保浮堤式引航道隔流堤布置的合理性。(4)结合船闸引航道优化方案布置及通航水流条件,根据船舶的航行及操纵特性,对船舶进出船闸引航道的通航方式进行初步探讨。研究表明:(1)国内已建立在支流的挡潮闸大多距离河口约500m,多数挡潮闸的地形条件满足船闸引航道的平面尺度布设要求,挡潮闸建设船闸引航道工程是可行的。(2)对干支流交汇的岸壁进行圆弧形设计可以使其附近水流沿圆弧形流入、流出支流,船舶可由靠近圆弧形岸壁附近的设计航线进、出支流船闸引航道,有效改善主流航道无法转弯行驶至支流的通航难点,圆弧半径应等于或大于4倍船长。(3)在圆弧岸壁设计的基础上采用浮堤的结构型式,将隔流堤的平面线形平行于岸壁边界布置,并延长至干流河道边界圆弧起点位置,能有效地改善引航道口门区以及干支流设计航道的水流条件,使流向与航线交角减小。(4)对感潮河段河口处支流上建有挡潮闸船闸而言,船舶宜采用曲进曲出的方式进、出干支流航道,以减小往复水流对船舶航行安全的影响。
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