乌江银盘电站船闸引航道通航条件研究

乌江银盘电站船闸 引航道通航条件研究港航工程系：赵志舟

汇报内容 1、山区河流通航建筑物引航道布置研究现状 2、乌江枢纽概况 3、乌江银盘引航道布置型式研究

1.研究现状 1.1 引航道的功能与要求：引航道是连接船闸闸首与主航道的一段航道，其作用在于保证船舶安全、顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出闸船舶能交错避让。

1.研究现状 • 引航道的直线段布置要求：采用直线进闸、曲线出闸布置时，《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）要求： L－直线段； L1—导航段；L1≥Lc L2—调顺段；L2≥（1.5～2.0）Lc L3—停泊段；L3≥Lc L4—制动段； L4=αLc L5—口门区； B1—口门宽度； B0—引航道宽度

1.研究现状 • 1.2山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点： (1)山区河流河谷地形峡谷弯曲、直线段短，使得通航建筑物与电站难以集中布置，即使集中布置，由于河道狭窄，使得通航建筑物与电站之间影响较大，特别是电站尾水对引航道口门区水流条件的影响。

1.研究现状 • 1.2山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：（2）山区河流枢纽较大的下泄水流对通航建筑物口门区的也产生较大影响；通航建筑物须适应较大的水位变幅，枯洪水情况下，上下游引航道具有完全不同的水流状态，增加了通航建筑物的布置难度。

1.研究现状 • 1.2山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：（2）山区河流枢纽较大的下泄水流对通航建筑物口门区的也产生较大影响；通航建筑物须适应较大的水位变幅，枯洪水情况下，上下游引航道具有完全不同的水流状态，增加了通航建筑物的布置难度。草街枢纽

1.研究现状 • 1.2山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：最高通航流量标准：《船闸总体设计规范》规定，船闸上游最高通航水位的确定应根据船闸的级别按设计洪水频率确定，对于出现高于设计最高通航水位历时较短的山区性河流作了一些补充规定，Ⅳ级船闸可采用5～3年一遇洪水标准。 • 规范最高通航流量P=3%, 12700m3/s。 • 嘉陵江最高通航水位多采取相对保证率99％洪水流量对应水位。 • 乌江银盘建议采取洪水频率65％、相对保证率99％对应洪水流量9220m3/s作为银盘最高通航流量。

1.研究现状 • 1.2山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：（3）通航建筑物的设置要求主要是改善航运条件，保证船舶安全顺利进出通航建筑物并进入主航道，口门区的通航水流条件是通航建筑物布置所考虑的关键问题。

1.研究现状 普遍反映《船闸总体设计规范》（JTJ305-2001）规定的限值要求较高，不易达到，操作起来有一定难度. 表2.1　口门区水面最大流速限值根据国内西江、嘉陵江、涪江、湘江等河流通航建筑物水工模型试验结果，口门区的水流条件限值可适当提高至VL≤2.4m/s，VX≤0.35m/s，V0≤0.45m/s。由于乌江水急滩险，船舶装配动力普遍较大，每载重吨配备功率在1kw以上，此外乌江航道较为狭窄，同吨位货船的吃水比其他河流大0.2～0.4m。彭水、银盘水工模型试验表明，在VX≤0.45m/s情况下，船模仍能顺利进出引航道。

1.研究现状 1.3通航建筑物布置研究现状 • 通航建筑物在枢纽中的相对位置分为：分散布置、集中布置。构皮滩水电站分散布置

1.研究现状 嘉陵江马回枢纽裁弯取直布置湘江大源渡枢纽旁侧布置

1.研究现状 1.3通航建筑物布置研究现状 • 通航建筑物在枢纽中的相对位置分为：集中布置:当坝址处河面开阔，河床内能同时布置挡水、泄水建筑物，通航建筑物及电站等水工建筑物时可采用。集中布置的渠化枢纽，应避免泄水建筑物、通航建筑物、电站三者水流的互相干扰，三者之间应设置足够长度的分水堤

1.研究现状 1.3通航建筑物布置研究现状 • 直线段布置长度不足时的开敞式引航道布置一般沿内侧岸边按导航段L1、调顺段L2、停泊段L3、制动段L4进行布置，外侧设置长（1.0～2.0）LC的导航墙起隔流堤作用，形成半开敞式引航道。

2.乌江枢纽概况

2.乌江枢纽概况 沙沱电站枢纽布置

2.乌江枢纽概况 彭水电站枢纽布置

2.乌江枢纽概况 银盘电站枢纽布置

3.银盘引航道布置研究 银盘水利枢纽位于乌江下游，是重庆境内乌江河段规划建设的三个枢纽中的第二个梯级，距涪陵乌江河口里程约93km，电站装机容量600MW。设计额定水头26.5m，最大水头36.5m，最小水头8.8m，规划修建单级船闸通航。

3.银盘引航道布置研究 3.1 下游引航道优化布置方案 • 导航隔流墙长度对口门区通航水流条件的影响较大 • 研究表明L=355m、堤头在弯顶附近时，下引航道口门区通航条件相对较好。

3.银盘引航道布置研究 • 概化模型设计横断面概化为矩形断面，概化模型底高程取出口顺直段，平均高程177.5m；尾水渠岸坡也概化为直立边坡型式。

3.银盘引航道布置研究 3.1 下游引航道优化布置方案（3）下游口门区水流特征 a) 1914m3/s b) Q=7000m3/s 流场分布图（L=420m、β=160°）

3.银盘引航道布置研究 3.1 下游引航道优化布置方案 • 对回流强度的影响 a）Q=1914m3/s回流区长度 b）Q=1914m3/s回流区宽度 c）Q=7000m3/s回流区长度图5 回流范围随导航隔流墙长度的变化(Q=1914m3/s) Q=1914m3/s工况下，L≤320m时整个口门区基本为回流，回流流速较大。随着隔流墙长度的增加，口门区、连接段的回流长度、宽度、强度逐渐减小，L=420m时，回流区长度约100m、宽约60m，回流流速减小至0.62m/s

3.银盘引航道布置研究 • 对斜流强度的影响 a）纵向流速(Q=1914m3/s) b）横向流速(Q=1914m3/s) 扩散区斜流强度随导航隔流墙长度的变化图 Q=1914m3/s工况下，回流区下方的斜流扩散区纵向流速、横向流速平均值随隔流墙长度的变化见图a、b，随着L的增加，纵向流速逐渐增大；横向流速总体上也逐渐增大，但L=420m、β=160°时情况下横流值有较明显减小，横向速度约0.33m/s。

3.银盘引航道布置研究 • 对斜流强度的影响 c）纵向流速(Q=7000m3/s) d）横向流速(Q=7000m3/s) 扩散区斜流强度随导航隔流墙长度的变化图 Q=7000m3/s工况下，随着隔流墙长度L的增加，纵向流速均呈增大趋势。平均横向流速在0.3m/s～0.5m/s之间变化，隔流墙长度L=320～420m，横向流速相对较小，约为0.35m/s

3.银盘引航道布置研究 • 隔流墙长度L对下游口门区水流条件的影响 β=160°、不同L时口门区中心线特征流速表堤头位于弯顶上游时口门区回流强度大，堤头位于弯顶下方时枯期电站尾水出流时口门区横流较强，隔流墙堤头在弯顶稍下游位置时通航水流条件相对较好，这与沙沱、银盘的设计结果一致。

3.银盘引航道布置研究 • 尾水渠出口段岸线与坝轴法线夹角β对水流条件的影响在Q=1914m3/s仅电站出流情况下工况下，β越大堤头下方的回流区范围相对较大；Q=7000m3/s工况下，β对回流区强度影响明显减小。在隔流墙布置相同的情况下，纵向流速随着β的增加而略有增大；由于斜流角度不同，横向流速在β=150°时最大，140°时次之、160°时最小 L=420m、不同β情况下横流值比较表

3.银盘引航道布置研究 3.2 上游引航道优化布置方案切除上游引航道进口凸咀，船舶在停泊区停靠后进闸的试验最大舵角由原设计方案的28.85°降低为22.20º，下行船舶进入停泊区的操纵难度明显降低。

3.银盘引航道布置研究 3.2 上游引航道优化布置方案

3.银盘引航道布置研究 3.3调度运行措施方案对口门区通航条件的影响 • 流量Q=2552m3/s时的调度运行措施工况3a：四台机组发电泄流；工况3b ：1～3#机组发电配合9、10＃闸泄流下游引航道船模试验结果

3.银盘引航道布置研究 3.3调度运行措施方案对口门区通航条件的影响 • Q=9220m3/s的运行方式 4台机发电的情况下， 2#、3#、5～10＃泄水闸泄洪和5～10＃泄水闸泄洪相比，船舶上行和下行最大舵角从15.92°和5.25°减小到14.97°和14.41°，船舶航行难度减小。

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