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作者：胡亞安全強嚴秀俊張志崇蔣筱民單位：南京水利科學研究院水文資源與水利工程科學國家重點實驗室長江勘測規劃設計研究院

進水口前3.27m處水面降幅及縱向流速變化過程線見圖2．140s后持續保持在1.67m低水位．上游引航道最大縱向流速達4.8m/s(最窄斷面)，而且在高流速情況下持續一段時間，這樣對引航道內停泊的船只存在很大的威脅．對應的最大水位降幅達1.5m，此時測點處水深僅1.4m，低于進水口的高度1.8m，所以進水口露空，會出現貫穿性漩渦，進水口大量進氣又將惡化閘室流態從而危及船舶停泊安全，同時引航道流態極有可能出現急流流態甚至水躍(紅水河大化船閘調試中中間渠道曾經發生該流態)，不僅嚴重影響引航道口門區船舶安全，而且對上游人字門運行將產生嚴重影響．為確保草街船閘施工期通航安全，須通過調整閥門開啟方式降低輸水系統流量的方法，解決施工期通航因上游水深較淺所帶來的引航道非恒定流水力學問題．

原型調試解決引航道內水力學問題

在明確了灌水閥門不能采用連續開啟至全開的運行方式后，首先進行了閥門開啟至0.3開度的局部開啟方式．船閘灌水初期，大量水體進入閘室，引航道水位急劇下降，在120s左右水位下降到最低，引航道內流速達2.6m/s．觀測發現由于上游水庫不能及時補水到引航道內，導致引航道內水位下降嚴重，上游浮式導航墻斜流及回流強度較大．

由于縱向流速過大，停靠在靠船墩邊的船只可能被水流拉斷纜繩，從而危及船舶安全及對人字門形成威脅．人字門前水位波動過程如圖3所示，最大波幅達0.6m，進水口也出現明顯漩渦．因此，此種運行方式下上游引航道水流條件對口門區船舶航行及停泊存在安全隱患，應進一步減小輸水流量．原型調試中，分別比較了閥門局部開啟至0.15，0.2開度情況下，上游引航道內水流波動情況和流量變化過程．觀測表明:引航道浮式導航墻及進水口流態明顯改善，水位波動小，可以滿足通航要求．因此確定的控制流量為110m3/s，相應的停機開度為0.2．

如果一直采用0.2開度局部開啟方式，盡管流態較好，但輸水時間過長，影響通航效率．為縮短輸水時間，進行了間歇開啟方式研究，間歇開啟方式的原則是，第2次開啟閥門后輸水系統流量峰值不能超過第1次的峰值，因此對第2次開啟的時機(即剩余水頭)和停機開度進行了試驗．閥門開啟方式:第1次開至0.15開度停機，當剩余水頭5m時再開至0.6開度，實測的流量過程線如圖4所示，由圖可知第2次開到0.6開度后，流量達到130m3/s，超過了控制值110m3/s，不能滿足要求．

為此重新調整了閥門第2次開啟方式，確定4m剩余水頭時開至0.4開度，實測的流量過程線如圖5所示．結果表明，第2次開啟后的峰值流量與第1次停機時相當，達到預期要求．同時在這種開啟方式下，測試了上游引航道和人字門前水流流態，實測的結果如圖5所示:輸水系統最大流量控制在110m3/s以下，引航道測點1水面最大降幅為0.34m;引航道測點2(人字門庫前)水面最大降幅僅為0.28m;離船閘最近的隔流堤柱墩斷面流速控制在1.0m/s左右;進水口上方僅僅有旋轉水流，未形成穿心吸氣漩渦．上游引航道的非恒定流問題得到較好解決．

(1)利用二維非恒定流的數學模型結合船閘灌泄水一維數學模型聯合求解，模擬了草街船閘施工期通航下上游引航道水面波動及流速情況，計算結果表明在施工期船閘最大運行水頭為15.7m(上游192.0m，下游為最低通航水位176.3m)條件下，若閥門采用連續開啟至全開的運行方式，輸水系統最大流量可達222.15m3/s(不考慮進水口出現吸氣漩渦問題);上游引航道最大縱向流速達4.8m/s(進口前3m處)，引航道流態極有可能出現急流流態甚至水躍，不僅嚴重影響引航道口門區船舶安全，而且對上游人字門運行將產生嚴重影響，同時進水口可能出現貫穿性漩渦，進水口大量進氣又將惡化閘室流態從而危及船舶停泊安全．根據相關工程原型調試經驗，需要通過改變閥門開啟方式來控制輸水系統流量，解決引航道水力學問題．

(2)在草街船閘原型調試中，改變閥門開啟方式控制輸水系統最大流量，通過多組實測試驗對比分析，以及觀察上游引航道及進水口流態，最終確定草街船閘施工期通航階段閥門開啟方式:閥門先開啟至0.2開度，待水位差H=4m時開啟至0.4開度;并且確定該方式可以有效的解決草街船閘施工期通航(上游引航道水深僅2.9m)上游引航道水力學問題，通過原型調試，確定船閘施工期通航運行參數，從而保證該船閘的正常安全運行，充分發揮船閘的航運效益．