一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置方法与流程

本发明提出一种船闸引航道布置方法，尤其是一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置方法，属于通航建筑物整体布置技术领域。

背景技术：

船闸上下游通过引航道及口门区与主河道相连接，因而引航道口门区通航水流条件的好坏直接影响到过闸船舶的安全，是船舶(队)进出船闸的咽喉。

为了保证引航道内水流的平顺和稳定，《船闸总体设计规范》5.6.4要求“引航道、口门区和连接段的中心线与河流或引河的主流流向之间的夹角宜缩小。在没有足够资料的情况下，此夹角不宜大于25°。”

但是，在中国水利工程综合开发的过程中，为节省工程量，很多枢纽都会布置在弯道并且存在河中沙洲的河段。在这些弯道处构造船闸工程，其引航道中心线与主流之间夹角往往大于25°。

这就导致了在船闸口门区内不可避免的出现很强的斜向水流。斜向水流的横向流速分量或回流达到一定强度后，便会形成阻碍船舶进出船闸的不良流态，使航行船舶(队)产生横漂和扭转，严重时会出现失控，以致发生事故，影响通航。

国内外专家学者对引航道口门区水流条件进行了长期研究，提出了多种改善措施，如设置导航墙、增加导流墩、采用浮式导流堤、设置丁坝和潜坝等，但现有技术中仍存在以下问题：

1，在高流量时，航道中心线与主流之间夹角大于25°弯曲河道，通过导航墙、导流墩等方式，无法解决船闸通航的问题，降低了船闸工程的通航保证率。

2，在低流量时，河道内不同位置的水面往往存在横向水头差，主流处水位往往略高于引航道水位，形成的横向水流对引航道内的水流造成不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上问题，提出一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置方法，满足在枢纽布置条件复杂情况下的通航设施布置需要。

具体而言本发明包括以下内容：

分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置在上游引航道口门区；

在引航道与主河道之间顺航道方向布置导航墙，导航墙仅在底部设置透水孔，上部为实体结构；在导航墙的根部台地，即导航墙靠近船闸一侧的端部台地上，开设分水引流渠；该分水引流渠需与引航道航线呈一定角度布置，将引航道与主河道相连；分水引流渠上布设闸门。

采用该方案后，当实际工程中主河道来水水量较小时，水流可通过导航墙底部的透水孔流回主河道，对引航道表面水体不产生过大干扰；在较大来流量条件下打开分水引流渠闸门，除导航墙底部透水孔过流外，多余的水体则可利用分水引流渠平稳引入主河道，从而大大改善引航道通航水流条件。

1、分水引流渠结合底部透空导航墙布置的必要条件：

1a，船闸与电站分开布置：发明人在试验中发现，只有在船闸与枢纽中间有隔离沙洲或河中岛情况下，在河中岛顶部才有足够的空间布置分水引流渠；

1b，航道中心线与主流之间夹角α大于25°弯曲河道；发明人在试验中发现，在航道中心线与主流之间夹角α小于25°时，基本都能通过设置不同型式的导航墙完成引航道水流的调整；

1c，航道中心线与主流之间夹角α大于15°小于等于25°的弯曲河道，并且最大通航流量达到泄水闸全开运行的工程；发明人在试验中发现，当泄水闸全开运行时，船闸若同时运行，即使其中心线与主流之间的夹角α小于25°，口门区内流速仍无法满足通航要求。

2、引航道分流引水渠及底部透空导航墙的基本设计参数

2a，底部透空导航墙顶高程h高于船闸运行最高通航水位wmax；其底部透水孔顶高程k低于船闸最低通航水位wmin，并小于最低通航水位时船舶最大吃水d时所处水位。即：

h>wmax；k<wmin-d

其中：h为隔流导航墙顶高程，单位m；wmax为船闸运行最高通航水位，单位m；k为隔流墙底部透水孔顶高程，单位m；wmin为船闸最低通航水位，单位m；d为设计船舶最大吃水深度，单位m。

2b，底部透空导航墙底部透水孔采用等间距的方式并排布置；

2c，分水引流渠布置在底部透空导航墙起始部位下游的根部台地，即靠近船闸侧的隔流堤平台处；分水引流渠斜向布置，与导航墙之间呈一定角度β；

2d，所述的角度β初值等于船闸轴线与转弯前航道的夹角θ±10°；

2e，分水引流渠与船闸引航道底高程一致，宽度b为3～6倍的单透水孔宽度b；

b≈(3～6)×b

其中：b为分水引流渠宽度，单位m；b为隔流导航墙底部透水孔的宽度，单位m。

2f，分水引流渠上布置闸门，在运行期间根据实际通航水流条件调控引水过流量，在小流量工况时适时关闭。

本发明的有益效果在于：

1、本发明设计结合船闸导航墙进行布置，不额外占用船闸引航道场地空间，且新增工程量较小，具有明显的经济性；

2、本发明明显改善大流量大曲率弯曲河段引航道口门区通航水流条件；

3、本发明方案通过分水引流渠上的闸门可实现不同运行工况的适时调整，在我国船闸工程上通用借鉴性高。

附图说明

图1本发明“一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置”总体布置示意图；

图2本发明“一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置”立面布置示意图；

图3实施案例中仅采用透空隔流墙方案水流流场图；

图4实施案例中采用本发明“一种分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置”改善措施后水流流场图。

图中，1分水引流渠闸门；2底部透空隔流墙；3最大吃水深；4分水引流渠。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。

实施例一

某航电枢纽是一座以航运为主、结合发电，兼顾其他效益的水资源综合利用枢纽工程。现有一线船闸布置在枢纽右岸，船闸尺度主要由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首和下游引航道组成。引航道布置方式为反对称型，上游引航道往左侧单边扩宽，下游引航道往右侧单边扩宽；为了适应航运发展需求，在一线船闸的右侧扩建二线船闸，上闸首与一线船闸上闸首上游端齐平，两者中心线在上闸首上游面相距125m，船闸尺度两线船闸共用部分引航道口门区，布置图如图1所示。

在仅设置底部透水导航墙，透水孔宽7.0m，引航道口门区有较大范围水流流速超过规范规定横向流速0.3m/s指标，如图3所示，图中各测点上方数值为纵向流速指标，下方为横向流速指标。

本枢纽工程符合分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置的必要条件：

1a，船闸与电站分开布置；

1b，航道中心线与主流之间夹角α为72°大于25°；

2a，底部透空导航墙顶高程h＝45m高于船闸运行最高通航水位wmax＝44.5；其底部透水孔顶高程k＝10.5m低于船闸最低通航水位wmin＝15m，并小于最低通航水位时船舶最大吃水d＝4m时所处水位。即：

h＝45>wmax＝44.5；k＝10.5<wmin-d＝15-4

其中：h为隔流导航墙顶高程，单位m；wmax为船闸运行最高通航水位，单位m；k为隔流墙底部透水孔顶高程，单位m；wmin为船闸最低通航水位，单位m；d为设计船舶最大吃水深度，单位m；

2b，底部透空导航墙底部透水孔采用等间距的方式并排布置，间距为7m；

2c，分水引流渠布置在底部透空导航墙起始部位下游的根部台地，即靠近船闸侧的隔流堤平台处；分水引流渠斜向布置，与导航墙之间呈一定角度β＝116°；

2d，所述的角度β初值等于船闸轴线与转弯前航道的夹角θ±10°，θ＝118°；

2e，分水引流渠与船闸引航道底高程一致，宽度b为3～6倍的单透水孔宽度b＝7；

b≈(3～6)×b＝40m

其中：b为分水引流渠宽度，单位m；b为隔流导航墙底部透水孔的宽度，单位m；

2f，分水引流渠上布置闸门，在运行期间根据实际通航水流条件调控引水过流量，在小流量工况时适时关闭。

采用“分水引流渠结合底部透空导航墙的引航道布置”方案后，船闸引航道口门区流场如图4所示，对比可知，相对于仅设置底部透水导航墙明显改善，引航道口门区除个别测点外，横向水流流速指标基本全都满足规范标准要求。