改善船闸引航道口门区流态的补流措施研究——以湘江近尾洲枢纽二线船闸为例

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船闸引航道口门区的通航水流条件受枢纽泄水调度、河道边界条件及电站尾水等方面的影响,在大流量泄洪情况下,口门区流态将恶化,不利于船舶通航。此时,下引航道口门区附近的水流条件受过水断面突扩的影响,出现强度大、范围广的斜流及回流。当船舶进出引航道口门区时,回流和横向流动会使其发生横漂和扭转,导致船舶行驶困难,影响通航安全。因此对船闸下引航道口门区水流条件进行研究是十分必要的。
  目前,关于船闸引航道口门区不良流态的工程改善措施已有较多研究成果,并成功应用于各大实际工程。但关于枢纽泄水调度等非工程措施对口门区不良流态改善效果的研究还不充分,而下游引航道口门区的纵流、横流及回流与枢纽泄水有着密不可分的关系,适当的枢纽调度方式亦可改善口门区通航水流条件。
  本文依托湘江近尾洲枢纽二线船闸,建立了可以较好模拟复杂河道边界条件的二维水流数学模型,并结合物理模型试验对改善船闸引航道口门区流态的补流措施进行研究,主要研究内容及成果包括:
  (1)常规设计泄流开闸方式下口门区通航水流条件研究。应用平面二维水流数学模型,借助原型资料,研究最小通航流量、发电流量、常见洪水、最高通航流量等多级流量下口门区水流特性,提出常规设计泄流开闸方式下,湘江近尾洲枢纽二线船闸下游口门区通航条件最不利工况。
  (2)口门区不良流态成因分析。近尾洲枢纽二线船闸下引航道口门区附近的不良流态主要是受航槽布置与河段水流存在较大夹角、枢纽泄洪方式、船闸布置方式及枢纽建筑物边界条件等方面的影响,通过明确不良流态成因可为解决二线船闸口门区的不利通航问题指明方向。
  (3)边孔补流措施及其机理研究。应用数学模型与物理模型相结合的方法,在基本不改变湘江近尾洲枢纽正常泄流开闸方式的情况下,研究边孔(靠近船闸引航道隔流堤的22#泄洪孔)泄流量对口门区通航水流条件的影响,基于口门区通航水流条件的要求,提出合理的边孔泄流量为480m3/s、合理开度为4m。根据数学模型计算结果,通过一定的理论分析和机理研究,建立边孔泄流量与总泄流量以及河道特性之间的关系,以便推广应用。
  (4)其它人工补流措施研究。应用平面二维水流数学模型,在基本不改变湘江近尾洲枢纽正常泄流开闸方式的情况下,研究人工补流措施对口门区通航水流条件的改善效果,综合考虑口门区通航水流条件、技术和经济等因素,提出合理的补流强度Q=120m3/s、补流宽度B=5m、堤头距L=0m。
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