濛里枢纽二线船闸通航水流条件试验研究

田 进，徐启航

（重庆交通大学，重庆 400074）

濛里枢纽二线船闸通航水流条件试验研究

田 进，徐启航

（重庆交通大学，重庆 400074）

濛里枢纽原有一线船闸等级偏低，不能满足北江通货量增长的需求。因此，通过在一线船闸右岸新建二线船闸来提高通航能力。为确定二线船闸的合理布置建立了定床模型，研究分析二线船闸采用直进曲出和曲进直出两种布置方案下，上下游引航道口门区及连接段的通航水流条件。模型实验结果表明：两种方案在流量6630m3/s时，均能满足通航要求，但方案1（直进曲出）枢纽下游主流流向与船闸轴线交角比方案2（曲进直出）小。选择方案1（直进曲出）作为推荐方案。

二线船闸；通航条件；口门区；引航道

1 工程概况

北江是珠江水系第二大河流，流经广东省韶关曲江、英德、清远等县市，在三水思贤熎口与西江回合进入珠江三角洲河网地区后注入南海。是粤北地区与珠江三角洲河网的唯一水路通道。北江腹地经济快速发展，大宗型货物的水上运输需求量迅速增加，而目前北江的航运条件已不能适应经济发展的需要。因此，迫切需要改变北江通航条件和提高通航能力。

濛里枢纽位于北江中上游，上距孟州坝水电站26km，下距北石窑水电站39km。坝址控制流域面积16750km2，工程等别Ⅱ等。濛里枢纽于2004年12月开始运行，已建的一线船闸为Ⅴ级，有效尺寸140m×14m×2m，可通行300t级船舶。一线船闸闸室等级低，尺度小，设施简陋，无法满足规划的三级航道标准和预测的过坝货运量需求，有必要修建二线船闸。

2 模型设计与制作

由于该研究只对船闸的布置方案和水力学进行试验研究，因此按定床模型进行设计。濛里枢纽处于“s”型微弯河段的过度段，根据试验场地、供水能力等因素，按几何尺寸λl=λh=100的正态模型设计，模拟范围包括枢纽上下游各4km河段。为确保模型与原型的几何相似，模型采用断面法，局部复杂地形采用加密断面法，按重力相似准则进行设计。模型比尺如表1。

表1 濛里枢纽水工模型实验比尺

通过验证该模型的水面线、流速流向，流态和垂线流态分布与原型相似性较好，水流相似程度较高。可以在此基础上进行相应的试验研究。

3 模型试验及成果分析

3.1 试验工况选择

根据濛里水库设计运行方式及近期水库实际运行情况，通航水流条件试验选择7级流量10个典型工况进行试验，如表2。

表2 通航水流条件试验控制工况

3.2 二线船闸通航水力学试验

3.2.1 布置方案

3.2.1.1 直进曲出方案（方案1）

二线船闸布置于一线船闸右侧岸边，与一线船闸中心线相距81.5m，船闸有效尺寸220m×23m×4.5m，上下游引航道呈相河中扩展的不对称布置，船舶过闸方式为直进曲出，船舶停泊采用单排停靠，二线船闸上游引航道宽50m，底高程36.82m。右侧主导墙为直线导航墙，总长584.5m，包括169.5m的导航段与调顺段，415m的停泊段，墙顶高程47.71m。左侧辅导航墙按折线扩展后用半径15m的圆弧线于上游的直导航墙相连，辅导航墙长216m，高程47.71m。辅导航墙以上接长164.9m，顶高程47.01的插板式隔流墙。在上游右岸弯道附近设置块石护坡，调顺上游引航道的水流流向，护坡长500m，坡比1∶2.5。下游引航的布置方式与上游引航道基本相似，主要区别在于：下游引航道底高程32.32m；下游引航道停泊段采用开敞式，中心间距25m，断面尺寸3m×3m的方形靠船墩17个，导航墙与方形靠船墩的顶高程均为47.41m；下游直线的导航墙比上游长1.5m。二线船闸下游引航道口门区后接下游新开挖航槽，宽100m，底高32.32m，设计边坡1∶3，方案1布置如图1。

图1 二线船闸方案1布置

3.2.1.2 曲进直出方案（方案2）

方案2的二线船闸布置与方案1布置仅在与相距一线船闸的距离和导航墙及下游连接段存在差别。二线船闸与一线船闸中心线相距70.5m，船闸有效尺寸220m×23m×4.5m，上下游引航道呈相河中扩展的不对称布置，船舶过闸方式为曲进直出，船舶停泊采用单排停靠。右侧主导墙包括曲线导航段和直线停泊段，总长517m，墙顶高程47.71m。曲线导航段沿船闸中心线方向投影长102.0m，停泊段长415m。左侧辅导航墙按折线略扩展后与上游的直导航墙相连，辅导航墙总长208m。辅导航墙以上接长165m，顶高程47.01m的插板式隔流墙。在上游右岸弯道附近设置块石护坡，调顺上游引航道的水流流向，护坡长568m，坡比1∶2.5。 下游引航道宽50m，底高程32.32m。右侧主导墙布置于上游右侧导航墙相同。下游引航道口门区后接下游新开挖航槽，挖槽上段宽110.7m，到下游边头坝边滩后逐渐收窄到60m，挖槽底标高32.32m，设计边坡1∶3。 方案2布置如图2。

图2 二线船闸方案2布置

3.2.2 通航水力学试验研究成果

试验分别分析了两种船闸布置方案在水库正常蓄水位45.82m运行时的多级流量情况下，上下游引航道口门区及连接段的通航水流条件。上游引航道口门区及连接段实测了流量2760（电站满发），2760 （全闸敞泄），3800，4910，6630，7730m3/s共5级流量6种工况下，上引航道口门区的流速分布如表3，表5。下游引航道口门区实测了流量361，801（全闸敞泄），1500，2600，3800，4910，6630，7730m3/s共8级流量下，下引航道口门区及连接段的流速分布如表4，表6。

表3 上引航道口门区纵横向流速分布（方案1） 单位：m/s

续表3

表4 下引航道口门区及连接段纵横向流速分布（方案1）单位：m/s

表5 上引航道口门区及连接段纵横向流速分布（方案2）单位：m/s

续表5

表6 下引航道口门区及连接段纵横向流速分布（方案2）单位：m/s

由表3可知，在方案1情况下，枯水期上游来流量小，水库蓄水位高，二线船闸上引航道口门区基本为静水，通航条件较好。①当流量2760m3/s，水库水位44.32m运行时，除在二线船闸上引航道入口内壁处存在微弱回流外，其余大部分区域流速均很小，且无回流，上引航道口门区通航水流条件较好。②当流量为全闸敞泄洪水的3800m3/s时，上引航道内外导墙开孔段有微弱回流，最大回流速度为0.32m/s；③上引航道口门区最大纵向流速分别为1.66，2.02，2.10m/s， 最大横向流速分别为0.26，0.31，0.25m/s，口门区无回流。

由表4可知，在方案1情况下，当流量为361，801，1500， 2760m3/s（坝前水位44.32m）时二线船闸下游引航道口门区最大纵向流速分别为1.19，1.71，1.82，1.68m/s， 最大横向流速分别为0.11，0.30，0.1，0.09m/s。当流量为801，4910， 6630，7730m3/s时，二线船闸下游引航道口门区最大回流速度分别为0.38，0.42，0.37，0.39m/s。

由表5可知，在方案2情况下，枯期上游引航道口门区基本为静水，水流条件较好。当流量7730m3/s时，最大纵向流速2.08m/s，最大横向流速0.33m/s。各级流量下均无回流。

由表6可知，在方案2情况下，下游引航道口门区当流量小于2760m3/s（4台机组发电，坝前水位44.32m）时，出现最大纵向流速1.66m/s，最大横向流速0.25m/s，且无回流。当流量大于等于2760m3/s（全闸敞泄）时，出现最大纵向流速1.80m/s，最大横向流速0.30m/s。口门区无回流。

4 结语

方案1船舶过闸方式为直进曲出，二线船闸与一线船闸中心轴线相距81.5m，上下游引航道呈相河中扩展不对称布置。方案2船舶过闸为曲进直出，二线船闸与一线船闸中心轴线相距70.5m，上下游引航道呈相河中扩展不对称布置，较方案1向河岸扩挖了11m岸坡，工程量略大。在流量小于等于6630m3/s的各级通航流量下，濛里二线船闸上下游引航道及口门区的通航水流条件基本满足规范要求，且通航保证率大于三级航道不小于98%的要求。相对而言，方案2上下游引航道向河岸扩展，其下游主流进一步导向下游引航道口门区，水流流向一船闸轴线交角大于方案1。结合方案2工程量较方案1大，确定方案1（直进曲出）作为濛里二线船闸的方案。

［1］重庆水运工程科学研究所.濛里二线船闸及坝下引航道整治模型实验报告［R］.2016.

［2］王云莉，孙国栋.北江濛里枢纽上游引航道通航水流条件试验研究［J］.水运工程，2016（4）.

［3］GB50139—2004，内河通航标准［S］.

［4］JTJ305—2001，船闸总体设计规范［S］.

（责任编辑：尹健婷）

Study on flow conditions about second-line shiplock of Mengli hydrojunction in different layout schemes

TIAN Jin，XU Qi-hang
（Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074，China）

The low first-line shiplock grade of Mengli hydro-junction is not able to meet the requirement of the current freight growth in Beijiang River.So，it is necessary to build the second-line shiplock on the right bank of the first-line shiplock to increase the shipping capacity.The fixed-bed model is established to determine a reasonable arrangement of the second-line shiplock and study flow conditions in the entrance area and connecting section of upstream and downstream approach channel with tow schemes（straight in and bending out， bending in and straight out）.According to the model test results， the two schemes can meet navigation requirements in the flow of 6630m3/s， but the angle between mainstream direction and shiplock axis of the first scheme （straight in and bending out） is smaller than the second scheme（bending in and straight out） at hydro-junction downstream.So， the first scheme （straight in and bending out） is recommended.

second ship lock； navigation condition； entrance area； approach channel

U612.1

A

1672-9900（2017）03-0083-04

2017-03-02

田 进（1989-），男（土家族），重庆人，硕士，主要从事航海整治、水利工程等方面的研究，（Tel）15736601690。