大藤峡船闸关键水力学问题研究

大藤峡船闸闸室有效尺寸为280 m×34 m,最高通航水头为40.25 m,是世界上首个水头超过40 m的大型超高水头单级船闸。单级船闸的特性以及闸室规模、工作水头和输水时间要求决定了其单次输水水体、输水最大流量以及进入闸室的能量,超过闸室尺度相近的三峡多级船闸,借鉴三峡船闸输水系统体型的初设方案闸室内船舶停泊条件问题突出。为此开展了1∶30比尺船闸整体模型试验,结合减压及局部模型试验与数模计算,通过输水系统体型创新、输水系统阻力及阻力分配调整和阀门运行方式优选,解决了大藤峡船闸闸室内船舶停泊条件及输水系统水流空化等关键水力学问题。研究获得的新型自分流全闸室出水输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了等惯性输水系统对水头的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。     

三峡船闸下游引航道通航条件研究

三峡船闸末级闸室泄水和大坝泄洪引起下游引航道水位波动,水流往复运移。这种非恒定流影响船舶在引航道安全航行和停泊。通过物理模型试验介绍了船闸下游引航道非恒定水流特性和通航水流条件,并提出了改善通航水流条件的有效措施。     

提高三峡船闸完建期通过能力措施研究

为缓解三峡船闸完建期单线运行带来的航运压力,提出了156.0 m水位船闸由五级运行改为后四级运行以及船舶待闸位置由上游靠船墩移至一闸室的创新设想.借助理论分析、原型调试及实船试验等手段,通过优化各闸首输水方式,解决了船闸四级方案超设计水头运行及一闸室待闸船舶安全的关键技术难题,阐明了一闸室水体波动特性及其与待闸船舶系缆力间的相互关系,提出了符合一闸室待闸特点的运行调度方案.船闸实际运行表明,上述措施大大提高了完建期三峡船闸的通过能力,取得了显著的经济和社会效益.     

三峡船闸145 m水位下运行方式研究

当三峡库水位变化时,三峡工程船闸第二级闸室存在作为首级与中间级的两种运行工况。两种工况每次充水水体相当,但起始水头相差近1倍,不能同时满足充水时间与停泊条件要求。为此,通过1∶30物理模型,采用优化运行方式,即在145 m条件下,利用输水廊道进行补水,使第二闸室起始水位不低于133 m。结果表明：补水后第二闸室充水时间不大于12 min,船队缆绳拉力在允许值内,即9×1 000 t船队的横向系缆力小于30 kN,纵向系缆力小于50 kN。     

蚌埠闸复线船闸输水系统消力槛水工模型试验研究

结合蚌埠闸复线船闸检修,开展对蚌埠闸复线船闸输水系统的水工模型试验,利用1︰20水工物理模型研究不同的消力槛槛高、槛距对闸室内船舶的影响,提出输水阀门运行方式及启闭速度、槛高及槛距的建议值。     

超高水头大型船闸输水系统研究

随着社会经济的发展和技术的提高,船闸不断向大型化和高水头化方向发展,以往常规的等惯性输水系统已不能适应40 m以上的超高水头大型单级船闸。结合某工程实例,通过类比分析、物理模型试验及数值计算的方法,提出了新型自分流的闸室分流口结构型式和输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了常规等惯性输水系统的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。     

万安水利枢纽船闸闸室水力学原型研究

介绍万安船闸在26m水头下闸室水力学观测成果,对闸室充泄水水力特性和闸室停泊条件进行了分析和安全评价。描述了充泄水惯性超高和超降情况,分析了充泄水时闸室停泊船只断缆事故原因,并对改善过闸停泊安全性提出了建议性措施。     

富春江船闸改扩建工程船闸输水系统布置研究

结合富春江船闸改扩建工程具体条件,根据《船闸输水系统设计规范》的相关规定及要求,在对比分析大量资料的基础上,确定了富春江船闸输水系统型式及具体布置,重点研究了进水口布置方案,并进行了1∶30比尺的物理模型试验研究.结果表明,新船闸采用闸底长廊道输水系统布置型式是合适的,通过老船闸上闸首进水口及其闸室共同进水的方式是可行的,研究确定的阀门开启方式,船闸输水时间、船舶停泊条件及进出水口水流条件等水力指标满足设计及规范要求.     

三峡船闸水力学问题及其安全监测设计

对三峡船闸水力学研究的主要问题以及所采取的工程措施作了综合论述，并根据三峡船闸各种设计运行条件阐述了水力学原型监测的目的和内容。按上游引航道，下游引航道，闸室主体三个区段分别对涌浪、流速、流态、船只系缆力、廊道压力、水下噪声、闸阀门启门力、门楣通气量、水位等物理量进行监测的测点位置作了详细设计布置。     

双线船闸引航道水力特性数值模拟

长沙综合枢纽双线船闸共用引航道,船闸引用流量大,在灌、泄水时引航道内形成非恒定流,水流十分复杂.为确保引航道内船舶航行和停泊安全,采用三维数学模型对船闸最不利运行工况下引航道内复杂非恒定流进行了深入研究,分析了复杂水流形成机理、发展和传播过程,获得了不利工况下的波高、波速、比降和系缆力等水力要素,提出并研究了双线船闸错峰运行和增加船闸旁侧泄水等改善措施,有效改善了引航道内水流条件.研究成果已应用于依托工程中,船闸试运行表明研究提出的改善措施十分有效,该成果可供类似工程参考借鉴.     

三峡库区滑坡涌浪作用下船舶锚链拉力试验研究

长江是我国最重要的内河航道, 号称“黄金航道”,航道内船舶数量众多,因装卸货物等原因处于锚泊状态的船只十分常见。三峡工程蓄水后,库区滑坡频发,滑坡产生的涌浪很可能使船舶锚链发生断裂,造成巨大的人身伤害和财产损失。目前主要采用理论分析和经验分析的方法对船舶锚链及受力进行研究,物理模型试验的研究分析较少,因而在设计锚链拉力时可能会与实际情况有较大出入。通过岩体滑坡涌浪物理模型试验研究不同工况滑坡体情况下位于滑坡附近河道弯道段和直道段船舶锚链拉力的变化情况,得到涌浪传播过程中船舶首尾锚链拉力的变化规律,分析得到不同波高、周期及水深情况下船舶锚链拉力的变化规律,运用多元回归分析得到最大锚链拉力的经验计算式。研究结果可为三峡库区船舶安全管理提供相应参考。     

三峡船闸通过能力计算及提升策略

船闸通过能力是三峡船闸关注的核心问题之一,对三峡船闸挖潜及新通道建设至关重要。基于规范公式法(JTJ305—2001),依据船舶分时段吃水控制标准,提出了船闸分时段通过能力计算新公式。根据三峡船闸运行统计资料,采用提出的公式对其通过能力进行了预测,得出三峡船闸最大通过能力约为1.51亿t。针对三峡船闸通过能力不足的现状,创新性地提出了“船舶分时段配载运输及船闸动态运营管理”的近期提升措施,再次重申了“三峡新通道及配套工程建设”的远期提升措施。     

嘉陵江草街船闸上游引航道水力学问题研究

嘉陵江草街船闸闸室尺寸为200.0 m×23.0 m×3.5 m(长×宽×门槛水深),最大工作水头26.7 m,其综合水力指标居我国已建单级船闸前列.施工期通航上游水位192.0 m,此时其上游引航道水深仅为2.9 m,如果阀门按设计指标正常开启,船闸灌水时上游引航道非恒定流特征明显,浮式导航墙存在较强斜流和漩涡,引航道水面比降及纵向流速较大,危及船舶通航安全,此外船闸进水口淹没深度较小,流量达到一定值时将出现较强漩涡,严重时还会出现贯穿吸气漩涡,影响闸室船舶安全.通过原型调试结合数学模型计算,解决了草街船闸施工期通航上游引航道特殊水力学问题,确定了船闸施工期通航运行方式,保证了船闸施工期通航安全运行.     

影响三峡船闸初期正常运行的因素分析

三峡船闸是世界上闸空、闸门和阀门数量最多、运行情况最复杂的船闸工程，是初期船舶通过三峡大坝的唯一航运通道，确保船闸初期阶段可靠运行是一个十分重要的问题。本文结合设备故障规律和葛洲坝船闸、三峡临时船闸的运行实践，分析了可能影响三峡船闸运行初期正常运行的相关因素。     

Prediction of ship-ship interactions in ports by a non-hydrostatic model

Complicated channel geometry and currents may aggravate the interactions between passing ships and berthed ships, which should be evaluated and taken into account in a port design. A method for predicting the ship-ship interactions, based on a non-hydrostatic shallow water flow model, is presented in this paper and is validated by comparing the numerical results with experimental data. The method is subsequently applied to predict the interaction forces acting on a berthed ship due to a passing ship in ports. The influences of the difference of the water depths between the dock and the main channel, the dock geometry, the current and another berthed ship in the dock on the ship-ship interactions are studied. Analysis based on the numerical results is carried out, which is useful for the port design.     

三峡升船机上游浮式导航堤长度优化研究

通航建筑物的导航建筑物长度的确定,除考虑设计船舶(队)的长度外,还应考虑风、浪、水流等因素的影响.三峡升船机上游引航道隔流堤布置方案改变后(即将冲沙闸包在上游引航道内)通航水流条件较原布置方案得以改善,从而进一步提出了优化升船机导航浮堤长度的必要性.为此通过有关模型试验论证,在满足安全导航和船舶(队)运行要求的前提下,三峡升船机上游浮式导航堤的长度,可由原250 m缩短至120 m,从而改善了浮堤结构的受力条件,并且大大地节省了工程投资.     

贵港二线船闸下引航道物理模型试验研究

引航道及口门区通航水流条件一直是多线船闸并列布置中十分重视的问题,如布置和运行控制不当,容易导致相关安全问题。建立了1:100的贵港枢纽下游及船闸引航道物理模型,研究贵港二线船闸的布置方案及其对引航道和口门区水流条件的影响。结合贵港枢纽的特点,分析枢纽不同泄流条件下,二线船闸原布置方案中引航道、一线船闸停泊段及口门区的流速大小,得到影响船闸引航道水流条件的控制工况;在此基础上,提出了优化布置方案,对不同布置长度及透空方式下引航道的水流条件进行了对比分析。根据研究成果,推荐二线船闸下引航道内采用隔流墙,布置长度为135 m,底部不透空或透空高度小于0.50 m的方案。研究成果为贵港二线船闸的优化设计提供了参考。     

基于OPTIMOOR的斜坡码头系留设施受力影响因素分析

为研究三峡库区斜坡码头趸船在船舶靠泊作业时不同因素对趸船系留设施受力的影响,以保证码头安全作业,现基于OPTIMOOR软件,以趸船和靠泊船整体为研究对象对各缆绳及锚链进行受力分析。结合工程实例,以现场实测结果与OPTIMOOR计算结果对比,验证了船舶停靠趸船时该软件计算的可靠性。最后针对该类情况,采用控制变量的方法分别对水流、风、系泊缆绳角度、缆绳(锚链)缺失等因素进行分析并总结规律,为三峡库区斜坡码头趸船系留设施的安全设计提供依据。     

三峡工程二期临时航道连接河段整治研究

三峡工程二期施工期间的通航任务由临时的船闸与右岸导流明渠共同承担。导流明渠和临时船闸上，下游航道连接河段通航水流条件好坏，直接关系到大江截流后施工期航运安全问题，根据模型试验的成果，阐述了临时船闸和明渠上，下游连接河段整治前后的通航水流条件，并对设计提出的整治方案进行了验证和其它进一步的优化。目前，三峡明渠及临时船加分别正式通航了１年和半年，实践证明本试验提出的整治优化方案地改善了临时航道连接河段     

三峡工程从根本上改变了川江航运面貌

三峡双线五级船闸经过十年建设和一年的试运行检验，2004年7月8日，通过了国务院长江三峡二期工程船闸验收委员会的正式验收，三峡船闸具备在135至139米水位下正式通航的条件。在试运行的一年里，通过三峡船闸的货物多达3000多万吨，超过了葛洲坝工程建成以来年通过葛洲坝船闸1800万吨的最高水平，显示了三峡船闸的吞吐能力和船闸设计、施工水平。由于三峡水库蓄水后，航运条件得到改善，运输量特别是货运量大增，川江航道成为长江最繁忙的水运线，首次进入国内最发达的水运航运线行列。三峡船闸的运行压力很大。许多人关心船闸的设计规模是否合理，船闸能否适应川江航运未来发展，如何确保船闸安全，对此，本刊编辑部请三峡二期工程船闸验收委员会副主任、验收专家组组长、两院院士潘家铮对上述问题进行了解答。