大源渡枢纽上游引航道隔水墙布置形式研究

任启明，刘晓平，赵 江，周小玲，扈世龙

（1.长沙理工大学水利工程学院，长沙 410076；2.安徽省交通规划设计研究院有限公司，合肥 230088）

大源渡枢纽上游引航道隔水墙布置形式研究

任启明1，2，刘晓平1，赵 江1，周小玲1，扈世龙1

（1.长沙理工大学水利工程学院，长沙 410076；2.安徽省交通规划设计研究院有限公司，合肥 230088）

为满足航运和经济发展要求，大源渡枢纽拟在一线船闸的基础上扩建二线船闸，现有的一线船闸上游引航道口门区位于弯曲河段，水流条件比较复杂。为使扩建后的二线船闸上游引航道口门区水流条件能够满足规范要求，主要选取3种不同形式的隔水墙布置方案，在最大通航流量Q＝17 500 m3/s（10 a一遇）下，研究不同的隔水墙布置方案时上游引航道口门区通航水流条件、枢纽河段行洪能力以及其改善措施。结果表明：隔水墙能够改善口门区水流条件；综合考虑通航和行洪的要求，上游引航道选取透空式隔水墙布置方案较为合适。其研究结果可为类似工程的设计研究提供参考。

大源渡枢纽；引航道；透空式；隔水墙；水流条件；行洪

2015，32（01）：88－91

1 问题的提出

大源渡航电枢纽现有的一线船闸可通航1 000 t级船舶，然而，近年来随着湘江航运的发展，船闸日开闸次数逐年增多，通过能力接近饱和，且随着下游长沙综合枢纽和湘江（衡阳—城陵矶）2 000 t级航道整治项目的建设，过闸运量、过闸船舶、船舶吨位将会日益增长。为了满足经济发展需要，在大源渡航电枢纽建设二线2 000 t级标准的船闸已迫在眉睫。

大源渡航电枢纽所处的河段为弯曲河段，左岸系凸岸，右岸系凹岸，主流靠右岸，河床断面为不对称“U”型。枢纽下游2 km处右岸有洣河入汇，河口上首有一冲积洲。一线船闸布置在左岸台地，采用闸坝分离的布置方式［1－3］。拟建的二线船闸位于一线船闸右侧滩地（如图1），两闸室中心线距离为80 m，新建二线船闸闸室有效尺度为280 m×34 m×4.5 m（长×宽×门槛水深），设计代表船型近期船型为1 000 t级货船，远期船型为一顶二2 000 t级船队和2 000 t级货船。

图1 二线船闸平面布置Fig.1 Plane layout of the second ship lock

枢纽上游引航道口门区位于弯曲河段，连接段也处于弯道内，口门区航线与河道主流的夹角较大（约30°），口门区受到向右的斜向水流作用，船舶在上游口门区航行时易发生横漂，偏离航道［4－5］。另外，上游有一座在建的大源渡湘江特大桥，由于桥梁通航孔的限制，以及桥区复杂的水流条件，增加了船舶进出上引航道的难度［6－7］。为使引航道口门区通航水流条件能够满足规范要求，让船舶能安全航行，在上游引航道口门区布置隔水墙。隔水墙采取顺岸形式，布置在空洲岛上端鱼嘴与大源渡湘江特大桥之间（如图2）。

图2 上游隔水墙布置图Fig.2 Schematic diagram of upstream cut-off wall

2 试验方案及判别标准

2.1 试验方案

本文主要研究了3种不同形式的隔水墙方案。方案①：二线船闸上游引航道至连接段开挖原有一线船闸左岸护堤，隔水墙长328 m，隔水墙末端布置3个隔水墩，隔水墩长25 m，隔水墩与隔水墙的间距是10 m，隔水墩之间的间距是15 m；方案②：隔水墙采用墩板式，为不透空式的顺岸隔水墙，连接至桥墩下游；方案③：在方案②的基础上，隔水墙采用透空形式，隔水墙每段长约23 m，下游部分间距7 m，上游部分间距13 m，透空率为43%。

当流量小于Q＝8 900 m3/s时，泄水闸开启较少，上游库区处于蓄水发电状态，口门区流速较小，其通航水流条件均满足规范要求。随着流量的增大，泄水闸大部分或全部开启，其通航水流条件随流量的增大而越来越差。主要原因是：上游引航道口门区处于弯曲河段的凸岸侧，弯曲河道中的水流由于受到离心力、重力和水流摩阻力的综合作用，表层水流流向凹岸［8］，形成了相对于纵向流速较大的横向流速。因此，试验选取最大通航流量Q＝17 500 m3/s（10 a一遇），研究隔水墙不同布置形式时，上游口门区通航水流条件和枢纽河段的行洪能力。

2.2 判别标准

根据《内河通航标准》［9］第4.3.2条：船闸引航道口门区的水流表面最大流速，应符合表1的规定。

表1 口门区水流表面最大流速限值Table 1 Lim it ofmaximum velocity of surface flow in the entrance area m/s

本枢纽船闸扩建后属于Ⅱ级，故本文引航道口门区表面流速：平行于航线的纵向流速V纵≤2.0 m/s，垂直航线的横向流速V横≤0.30 m/s，回流流速V回≤0.4 m/s。

3 试验结果分析

3.1 上游引航道口门区通航水流条件

在Q＝17 500 m3/s流量下，对以上3种不同形式的隔水墙布置方案进行对比试验，得出了上游引航道口门区表面流速值，如表2所示。

表2 上游引航道口门区表面流速值（Q＝17 500 m3/s）Table 2 Surface flow velocity at the upstream entrance area of approach channel（Q＝17 500 m3/s）

（1）方案①：上游口门区受到向右的斜向水流的作用，从表2可知，水流与航线的夹角较大，在7°～24°之间，且横向、纵向流速较大，接近一半的区域不满足规范要求，最大横向流速Vxmax＝1.09 m/s，最大纵向流速Vymax＝3.24 m/s，通航水流条件不满足规范要求（流场图见图3（a））；

（2）方案②：上游采用不透空式隔水墙连接至大桥桥墩下游，此时上游引航道水流流速较小，基本为静水，有部分回流，但回流流速都小于0.4 m/s，通航水流条件好（流场图见图3（b））。

（3）方案③：上游采用透空式隔水墙（透空率为43%），试验结果为：口门区最大纵向流速为1.87 m/s，平均纵向流速Vyavr＝0.55m/s；最大横向流速为0.49m/s，平均横向流速Vxavr＝0.09m/s，只有个别测点的横向流速不满足规范限值。小范围不满足通航条件的区域，通过船模试验验证其对船舶的安全航行影响较小。口门区通航水流条件较好［10］（流场图见图3（c））。

图3 不同形式隔水墙布置方案下上游引航道口门区流场Fig.3 Flow field at the upstream entrance area of approach channel in the presence of different cut-off wall patterns

3.2 枢纽河段行洪能力

（1）流量为17 500m3/s时，泄水闸全开电站机组关闭，研究3种不同方案时枢纽河段的行洪能力。

由图4（a）可知，在同一试验条件下，原隔水形式上游水位最低，其次是方案①和方案③，方案②上游水位最高。与原隔水形式相比，其中方案①最大雍高值为6 cm，方案②最大雍高值为14 cm，方案③最大雍高值为10 cm，方案②和方案③的雍高值都较大，不满足行洪要求。

（2）鉴于3种隔水墙布置方案都会使枢纽河段水位有一定的雍高，不满足防洪控制指标（防洪部门要求二线船闸工程基本不再增加枢纽河段水位新的雍高），因此需采取河道疏浚措施，以提高枢纽河段的行洪能力，具体是对枢纽行洪能力起控制作用的下游束窄河段（断面Q1至Q2之间，如图1）进行疏挖。疏浚后3种不同方案枢纽河段行洪能力的试验结果如图4（b）所示。

图4 沿程水面线Fig.4 Water surface profiles

疏挖下游束窄河段后，3种方案的上游水位都在下降，方案①最大雍高值为－1 cm，方案②最大雍高值为5 cm，方案③最大雍高值为0 cm。由图4（b）可知，下游疏挖后，方案①和方案③的水位不但没有雍高反而有所下降，可以满足行洪要求，而方案②的水位雍高值依然较大，不满足行洪要求。因此，综合分析口门区通航水流条件和枢纽行洪能力的影响，上游引航道选取透空式隔水墙布置方案较为合适。

4 结 论

通过对方案①（隔水墙＋透空隔水墩）、方案②（隔水墙不透空）和方案③（隔水墙透空）的研究，本文主要得到以下几点结论：

（1）船闸上游引航道口门区及其连接段位于弯曲河道凸岸时，水流条件比较复杂，船舶受到斜向水流的影响比较明显，在引航道修建隔水墙可以有效改善引航道口门区通航水流条件。

（2）隔水墙方案由于减少了河道的过水断面，对河段行洪能力有一定影响，可综合采取河道疏浚等措施提高枢纽河段的行洪能力。

（3）结合船闸通航和行洪的要求，上游引航道选取透空式隔水墙布置方案较为合适。

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（编辑：曾小汉）

Arrangement of Permeable Cut-off Wall at the Upstream Approach Channel of Dayuandu Navigation-Hydropower Junction

REN Qi-ming1，2，LIU Xiao-ping1，ZHAO Jiang1，ZHOU Xiao-ling1，HU Shi-long1
（1.School of Hydraulic Engineering，Changsha University of Science＆Technology，Changsha 410076，China；2.Anhui Transport Consulting＆Design Institute Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）

Tomeet the requirements of shipping and economic development，a second shiplock is planned to be built at Dayuandu Navigation-Hydropower Junction，but the approach channel’s entrance area in the upstream of the existing first shiplock is in bend reach with complex flow conditions.Tomake sure that the flow condition at the second shiplock could meet standard requirements，we designed three cases of cut-off wall pattern，and analyzed the navigation condition，flood discharge capacity and improvementmeasures under maximum flow（Q＝17 500 m3/s，once in 10 years）respectively in the presence of these three cut-off walls.According to calculation results and comprehensive considerations，we recommend permeable cut-off wall at upstream entrance area of approach channel.The research result could be regarded as reference for similar engineering design.

Dayuandu hydropower junction；approach channel；permeable；cut-offwall；flow condition；flood discharge

TV143

A

1001－5485（2015）01－0088－04

10.3969/j.issn.1001－5485.2015.01.018

2013－08－23；

2013－09－16

任启明（1988－），男，安徽淮北人，硕士，主要从事港口、航道及近海工程方面的研究，（电话）18326053295（电子信箱）cl＿rqm＠163.com。