航电枢纽工程通航水流条件的研究

王 庆

（重庆精佳工程设计咨询有限公司，重庆400041）

航电枢纽工程通航水流条件的研究

王 庆

（重庆精佳工程设计咨询有限公司，重庆400041）

出于对龙溪口工程关于施工期通航课题研究的目的，特构建起此项工程有关施工导流各个期段的物理模型。并依据试验结果，对围堰施工导流过程中应具备的通航水流条件进行了分析，据此提出改进条件的措施及提升通航流量的具体方法，本研究结论可为相关工程提供参考与借鉴。

航电枢纽；通航；水流条件；龙溪口

在水利工程的施工过程中，施工期导流工程是较为复杂的工作，尤其在通航的河道之上进行航电枢纽的修建施工，导流过程显得更为复杂。对研究者而言，施工期的通航课题无疑具有挑战性。岷江作为成都经济区的一条主要航运通道，每天都有大量重型机械以及大宗商品货物通过，成为成都经济区内的交通大动脉，也是这一地区大件物品水面运输的唯一通道，在经济区内所具有的经济意义不言而喻。而作为一项大型水利枢纽工程，岷江龙溪口航电枢纽具备了航运与发电相结合功能。这项工程在施工期内所具备的通航条件，势必对岷江乐山到宜宾这一段航道的交通运输产生影响，尤其对承载大件货物的船舶航行产生的影响令人瞩目。

1 龙溪口航电枢纽工程概况

该项工程作为岷江乐山至宜宾段规划的第四个梯级，处在岷江下游的乐山市所属犍为县的范围内，距离大渡河的汇合口处有80.9km。工程大坝控制流域面积131980km2，年平均流量达2680m3/s，该枢纽设计洪水流量为QP=1%=49500m3/s，校核洪水流量为QP=0.1%=68800m3/s，设计水库库容0.96亿m3，正常蓄水位为317m，设计通航建筑物是Ⅲ级船闸，闸室有效长度×有效宽度×门槛水深为280m×23m×4.5m。该枢纽的电站利用落差为16.1m，电站装机容量达420MW，设计年平均发电量20.54亿kW·h，设计能力具备日调节能力。该航电枢纽实现了航运与发电相结合，并以航运为主，具备了防洪、供水和旅游的功能，并为当地环保提供了便利条件。该项工程的等别是Ⅱ等。防洪设计为百年一遇洪水，设计校核为千年一遇洪水。枢纽的主要建筑物设计标准为2级，次要建筑物设计标准为3级，临时建筑物设计标准为4级。其中主要建筑自左到右的次序分别是：电站机房、24孔泄洪（冲沙）闸、船闸。设计枯水期（每年11月1日至下一年5月31日）导流标准为10年一遇洪水，设计流量6750m3/s；汛期导流标准为10年一遇洪水，设计流量32100m3/s。

依据工程河段（自坝轴线0-2300m至0+ 2200m）沿途深泓高程的变化进行试验，显示出河段的上游和下游进出口断面的河床整体深泓高程呈现出较小的变化，约为290m高程，虽然工程河段的床面比降从整体上看较小、河床显现出较平缓的状态，河势也呈现出稳定态势，但是在局部区域呈现出较大变化。例如，工程河段的中上游（距坝轴线0～600m）的附近存在一个较大深槽，其深泓线的最低高程达278m。所以，在各级流量状况下，工程河段呈现出的特点是：整体水面的比降相对较小，而局部区域水面的比降相对较大。

2 围堰施工期通航水流条件研究

该项工程的围堰施工导流的重点为在左岸的河漫滩开挖导流明渠进行疏浚，具体疏浚范围为左岸河漫滩河床，这一区域内建筑有电站厂房及部分泄洪闸，该范围的长度为闸址上游的1050m左右，闸址下游的1380m左右，疏浚河床底的高程为298m。在进行河床疏浚中，所开展的左岸纵向混凝土围堰工程施工受到了左岸滩地的预留土埂的保护。

预留土埂作为导流建筑物，其设计级别为5级，土埂挡水标准为枯期5年一遇洪水，设计流量为QP=20%=6000m3/s，设计最大通航流量为Q= 12000m3/s，设计最大通航流速3.0m/s至3.5m/s。左岸预留土埂的设计顶高程为307m，设计长为1065m，设计顶宽为5m，设计迎水面和背水面的坡度都是1∶1.5，设计的基础防渗施工方法为控制性灌浆，灌浆深入基岩层1m。左岸纵向混凝土围堰呈梯形断面，其导墙上游端顶的设计高程为317m，导墙下游端顶的设计高程为314m，设计顶宽为5m，设计的两侧坡度1∶0.37，设计最大高度、最大底宽、长度分别为25m、23.86m和678m。

出于掌握该阶段右河槽所具备的通航水流条件所展开的试验，获取了工程河段水位、流速和流态等数据和相关信息，并对这些数据和信息展开深入分析。对左岸河床展开的大范围的导流疏浚工程，有效拓宽了这一河段的河道过流宽度，使过水面积增加，工程河段的原有河床态势及水流特征被改变，围堰河段的河床变得更为平顺，水面也变得更为平缓，有利于船舶的安全通行。不同流量情况下，不同部位的最小航深、水面比降及最大表面流速见表1。

表1 不同流量情况下通航水流条件试验成果

表2 龙溪口航电工程施工导流上段船模试验成果汇总

由表1可知，施工河段的水面比降和流速伴随流量的升高逐步增大。在枯期上游流量相对较小的背景下，在左岸河床的疏浚工程将使围堰河段的河床变得平顺、沿途水面比降也相对较小、流速呈现均匀颁布、没有不良流态产生，在Q≤6000m3/s的各级流量条件下，施工河段无论是航深、水面比降还是流速指标，都能够满足船舶通行标准。

3 船模试验

在上游连接段到导流明渠的中部这一试验段的长度为1300m左右，进行的船模试验分别观测了3级流量的平均6个组次的状况，这3级流量分别为Q= 6000m3/s、Q=9000m3/s和Q=10000m3/s。船舶在各航段的航行情况与航行要素见表2。

3.1 船舶上行试验

试验测试300t机动货船上行状况：从表2中看出，Q=6000m3/s观察到的驳船队上行最大舵角是18.83°，最小航速是1.48m/s；在Q=9000m3/s时，观察到的最大舵角是21.19°，最小航速是0.56m/s。机动驳船上行的舵角是随流量的增加而增加，最大舵角未超出25°这一船模试验的舵角安全限值；机动驳船的最小航速随着流量的增加而降低，航行的难度随着流量的增加而增大。试验结果表明，当Q=6000m3/s时，在操纵得当的条件下，300t机动货船能够顺利驶过明渠上段的航道；当Q =9000m3/s时，300t机动驳船上行的最大舵角接近船模试验的最大舵角安全限值25°，其最小航速接近船模试验的最小航速安全限值0.4m/s，航行具有较大的难度，需驾驶人员谨慎操作。当Q= 9000m3/s时，只要操纵不出现失误，1000t的机动货船能够安全驶过明渠上段。当Q=10000m3/s时，1000t机动货船的上行最大舵角和最小航速将近于船模试验安全限值，货船航行具有较大的难度，需谨慎操作，安全系数较低。

3.2 船舶下行试验

试验测试300t机动货物下行状况：从表2中看到，Q=6000m3/s时，机动货物的下行最大舵角是13.94°，最高航速是7.28m/s；Q=9000m3/s时，机动货物的下行最大舵角为17.20°，最高航速是8.26m/s，下行舵角伴随流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴随流量的增加而加大，航行难度也随之增大。1000t机动货船的下行状况：从表2中看到，在Q= 9000m3/s时，机动货物的下行最大舵角是18.64°，最高航速是7.94m/s；Q=10000m3/s时，机动货物的下行最大舵角为19.32°，最高航速是8.06m/s，下行舵角伴随流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴随流量的增加而加大，航行难度也随之增大。

综上所述，上段航道的上行难度要比下行难度大，因此上行也构成了工程河道通航的控制条件。在枯水期Q≤6000m3/s的各级通航流量条件下，施工河段的水流较为平缓，流速呈均匀分布状态，能够满足300t机动货船通行要求。在汛期Q≤9000m3/s条件下，能够满足1000t机动货船通行要求。在上行到明渠段时，要避免驶入右岸的主流区，应沿着靠近左岸纵向混凝土围堰的缓流区行驶，在驶出明渠进口段以后，继续沿着左岸进入上游工程河道。当Q= 10000m3/s时，则只能满足1000t机动货船的下行航行标准。

4 结论

在施工河段的左岸河床展开的大范围的疏浚工程，使河道过流宽度得到扩展，过水面积得到增加，试验测得在各级流量条件下的施工河段沿途水面变得平缓，流速也呈现均匀分布，流速的峰值同施工前状况相比明显下降，有利于改善施工河段的河道通航水流条件。通过通航水流条件的试验和进行船模试验，可以得出结论：在枯期流量Q≤6000m3/s的各级通航流量状况之下，施工河段具备充足的航深、沿途水面的比降相对较小、流速呈现平缓状态、没有不良流态，实测各项指标都符合300t和1000t机动货船的安全通行标准。

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U 618

A

1672-2469（2015）05-0033-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.011

王 庆（1982年—），男，工程师。