郁江贵港枢纽二线船闸上引航道口门区通航水流条件试验研究

张绪进 宁 武,2 周家俞

1.重庆交通大学，重庆 400016

2.广西西江开发投资集团有限公司，南宁 530028

前言

随着国民经济的快速发展，尤其是长江、西江黄金水道的建设步伐加快，航道等级逐步提高、船舶尺度也向着大型化发展，原有航电、电航枢纽所设计的通航建筑物尺度已不能适应现在和未来的发展要求，需在原有通航建筑物的同侧或异侧扩建二线船闸，按相关规范两船闸闸室轴线须保持一定的安全距离，上、下引航道采用一、二线共用还是分离布置，将取决于引航道口门区的通航水流条件，通常在船闸引航道及口门区水域内，存在主河道进入引航道的斜向水流和引航道内形成回流，如何改善和解决斜流和回流的强度和范围，即使引航道及口门区通航水流指标能够满足《船闸总体设计规范》要求，又使设计通航建筑物布置经济合理，是需要迫切研究的问题。本文主要对广西贵港二线船闸上引航道口门区通航水流条件进行探讨性研究。

1 工程概况

贵港航运枢纽工程位于广西郁江干流中游，枢纽下距贵港市6.5km，距上游西津水电站104.3km，距下游桂平水电站110km，是广西郁江综合利用规划十个梯级中的第九个梯级，其上游与西津枢纽相接，下游与桂平水电站工程相连，是一座以航运为主、结合发电，兼顾其他效益的水资源综合利用的水利枢纽工程。

贵港航运枢纽主要由船闸、18孔泄洪闸、电厂及开关站等四部分组成，船闸位于河槽右岸的滩地上，泄洪闸位于主河槽中部，电厂及开关站位于主河槽的左岸。船闸为单级船闸，设计过闸船队为2列1顶2×1000t船队，闸室有效尺度为190×23×3.5m（闸室有效长度×有效宽度×门槛水深，下同），其上引航道长1300m，下引航道长560m。

二线船闸布置于一线船闸右侧约120m处，需通过开挖河漫滩形成。由上、下游引航道和上、下闸首及闸室三部分组成。船闸中心线与枢纽坝轴线呈约22°交角。进出闸方式为曲线进闸直线出闸，引航道布置方式为不对称型，闸室有效尺度为280×34×5.6m，上引航道底高程为35.5m，下引航道底高程为23.4m，引航道底宽75m，上游引航道进口段与一线船闸共用，于郁江大桥处采用一隔流堤坝将二者共用上引航道分开，堤坝长约560m。

2 通航标准

根据相关航运规划，贵港枢纽河段航道等级为Ⅲ级，按照《船闸设计规范》要求，其设计最高通航流量采用洪水重现期为10年一遇标准，即Q=13400m3/s（P=10%），口门区纵向流速不超过2.0m/s，横向流速不超过0.3m/s，回流流速不超过0.4m/s。

3 模型设计

贵港航运枢纽二线船闸位于弯曲河段，该河段河床宽约270m～350m，河床右岸分布高漫滩与广阔的阶地，岸坡平缓。左岸为河道凹岸，右岸为凸岸。模型设计时考虑了在枢纽上、下游留有足够长的调整过渡段，使研究河段的水流流态及流速分布达到相似，采用1：100的正态比尺，模型范围是从坝轴线上游约4.2km开始至坝轴线下游约4km止，模型实际模拟了长约8.2km的原型河段。

图1 贵港枢纽二线船闸总体平面布置图

4 试验成果分析

4.1 原方案上引航道口门区通航水流条件

图2 船闸上引航道原设计布置方案

根据设计拟定的水库运行方式，试验观测了上游来流量Q≤7080m3/s时，电站发电，水库在蓄水位41.1m～43.1m运行的各级流量情况下的船闸上引航道口门区的流速分布，结果分析表明：各级流量情况下，由于上游来流量相对较小，坝前水位较高，库区水流较为平缓，船闸上引航道口门区水流流速较小（最大表面流速约为1.6m/s），且上引航道口门区无泡水、漩水等不良流态，其纵、横向流速值均满足安全通航的要求，设计船队可安全进出上引航道口门区。

同时也观测了当上游来流量7080m3/s

由此可见，在坝前水位保持正常蓄水位电站发电的中低流量，贵港二线船闸上引航道口门区通航水流指标能够满足规范要求，但随着流量增大（Q>9000m3/s）时，引航道口门区横向水流加强，引航道内也有较大范围的回流产生，通航水流指标难以满足规范要求，需对口门布置进行优化试验。

4.1 修改方案1上引航道口门区通航水流条件

根据前述试验结果，通航水流指标不能完全满足设计要求，分析其原因是：上引航道口门布置不尽合理，即上引航道轴线与主流之间的夹角较大，同时二线船闸上引航道通过开挖右岸岸坡形成，在口门处河面宽度增加，水流变缓，整个引航道呈“口袋”型，且在堤头位置存在动静水交错，靠右侧水流在堤头处迅速左撇进入主航道，使引航道内成为缓流区。因此，试验探索将原一线分水墙进行缩短158m，并在引航道内修筑导水墙将两线船闸引航道分离，使上引航道及口门区下移。

图2 船闸上引航道布置方案（修改方案1）

按照水库运行方式，在流量Q≤7080m3/s时，电站发电，水库按蓄水位41.1m～43.1m运行时，各级流量情况下，引航道及口门区纵、横向流速值均满足安全通航的要求，设计船队可安全进出上引航道口门区。

在流量Q=9000m3/s时，电站停机，全闸敞泄时的情况下，船闸上引航道口门区的流速分布，观测发现：因一线引航墙短，口门区范围下移，口门宽度也有所增加，利于行船，但此时引航道轴线与河道主流夹角明显大于一线引航墙较长的情况，使横向流速表现明显。

一、二线船闸引航道内水流条件大为改善，横流、回流大幅减弱，但受河势和堤头布置不尽合理的影响，口门区仍存在较强的横流，其中一线船闸分水墙上游250m范围内横流达0.7m/s以上，二线船闸口门区120m河段的横向流速也达0.5m/s左右，超过相关规范的允许值。

4.2 修改方案2上引航道口门区通航水流条件

通过上述试验发现，引航道内回流范围和强度是明显减小，但是出于两堤头处的横流依然明显，尤其是流量Q>9000m3/s时，船舶进出一、二线船闸引航道较为困难。

分析其原因是：通过缩短分水墙以及在引航道内部修筑隔水堤，使引航道口门区均有不同程度的下移，内部回流减小，但是由于整个引航道口门区处于“S”型弯道过渡段，下移口门区和引航道，即增加了引航道轴线与主流之间的夹角α，表现为横向流速Vy=Vx.sinα增大，难以满足通航水流指标要求。

鉴于以上原因，修改方案2作了如下调整：①一、二线船闸共用引航道，中间不设隔流堤；②局部封堵原一线船闸左侧透空分水墙，封堵长度103.5m，同时在距分水墙根部30m处，开凿宽20m，顶高程40.0m的缺口以排漂；③为减小上引航道中心线与水流间的夹角，将原一线船闸左侧透空分水墙加长120m（实体结构），方向与透空分水墙呈4°偏向右岸；④调整上引航道右侧开挖边线，口门宽度为162m；

图2 船闸上引航道布置方案（修改方案2）

试验观测表明：当上游来流量Q=9000m3/s时，船闸上引航道口门区除个别点(堤头上游靠河心侧100m×50m)外，其纵向流速多在2.0m/s左右，横向流速约0.3m/s，回流流速在0.4m/s左右，基本满足通航水流条件要求；随着上游来流量的增加，上引航道口门区纵、横向及回流流速亦随之增大。在流量Q=11700m3/s（五年一遇）情况下，上引航道口门区各项流速指标，除左侧航道边缘（堤头附近靠河心侧100m×50m）局部流速超标外，其余区域基本满足规范要求。当流量Q=13400m3/s时，口门区纵向流速达2.3m/s左右，堤头附近(堤头上游靠河心侧100m×50m)横向流速超标范围有所扩大，但右侧约80m宽水域内，其横向流速和回流流速基本满足规范要求。

而且模型通过浮漂法试验表明，在汛期，从上游河道来的垃圾、杂草等漂浮物进入上引航道的绝大多数漂浮物均沿分水墙内侧下移，到导航墙根部开口位置附近，基本上从缺口通过后进入主河道，而不会停滞在上引航道内，起到了较为明显的排漂减漂作用，基本能够解决目前的漂浮物问题。

5 结语

郁江贵港航运枢纽工程作为山区河流而言，其河道窄深、上引航道口门区处于“S”型弯道过渡段附近，通航水流条件较为复杂，通过水工模型试验发现：

（1）贵港一、二线船闸上引航道宜采用共用引航道原则，船舶进出相互产生较大干扰，有利于通航安全。

（2）船闸口门区通航水流条件与河段河势条件及闸门运行调度方式等密切相关

（3）)修改方案2通过加长上游引航墙长度，并调整右岸岸坡开挖边线，使其口门区通航水流条件有80m宽水域能满足规范要求，值得同类船闸借鉴。

[1]广西郁江贵港航运枢纽二线船闸工程水工模型试验研究报告[R].重庆西南水运工程科学研究所[R]，2010.12

[2]广西郁江贵港航运枢纽二线船闸工程船模通航试验研究报告[R].重庆西南水运工程科学研究所[R]，2010.12

[3]船闸总统设计规范[S]，JTJ305-2001