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北江是珠江流域第二大水系,也是广东最重要的河流之一。为适应内河水运发展需求,拟将北江航道等级提升至Ⅲ级航道标准,计划实施乌石至三水河口河段Ⅲ级航道整治工程。目前,白石窑枢纽的一线、二线船闸布置于同岸,船闸水流条件和船舶进出闸存在着相互干扰的问题;根据要求,枢纽坝下游需要进行航道整治,对白石窑船闸的通航水位等亦将产生重要影响;枢纽泄水闸在进行调度的过程中,存在不同的闸门开启方式,不同的闸门开启方式对枢纽下游引航道口门区通航水流条件会产生影响。 本文采用三维数学模型,针对白石窑枢纽口门区引航道水流条件进行计算分析,分别开展白石窑枢纽船闸总体平面布置方式和枢纽泄水闸闸门开启方式对船闸通航水流条件的影响研究,主要包括以下内容: (1)基于雷诺平均N-S方程,建立了枢纽引航道口门区三维水流数学模型,模型水平方向采用无结构化三角形网格,垂向采用σ坐标分层,能较好地拟合复杂的工程区地形地貌特征。通过实测数据对数学模型进行验证,验证结果表明该模型可用于白石窑枢纽引航道水流条件计算分析,为枢纽调度方案优化、船舶航行安全分析等提供科学工具。 (2)在不同工况下,分别对二线船闸上、下游引航道平面布置开展三维水流条件数值模拟研究,得到白石窑枢纽船闸平面布置方式对船闸引航道口门区通航水流条件影响。考虑下游航道整治工程实施后水位下降,在不同工况下,运用三维水流数学模型,得到白石窑枢纽坝下河段整治工程实施,对下游口门区通航水流条件影响程度。 (3)利用建立的三维数值模型,模拟泄水闸不同的开启方式对下游引航道口门区水流条件影响程度,为保证船舶进出安全和枢纽船闸改造工程可行性研究阶段提供参考依据。