報告簡本交通部西部交通建設科技項目管理中心

內河航道通航條件關鍵技術研究（二期）報告簡本引言0.1研究背景近年來，在內河航道建設上，經過大量的工程實踐，發(fā)現(xiàn)和提出了不少急待研究的技術問題，其中，有關內河航道通航水流條件方面總結歸納了八個方面的問題，擬作專題研究。受研究經費及研究周期所限，八個專題的研究工作擬分三期進行。2004年已啟動了第一期的研究工作，內容包括“通航建筑物口門區(qū)及連接段通航水流條件”、“跨河建筑物通航凈寬、凈高”和“內河航道設計通航水位計算方法”三個專題。二期的研究內容主要包括：“通航建筑物引航道通航水流條件研究”和“內河航道橫流對船舶航行的影響研究”兩個專題。二期研究內容的擬定主要是基于其研究內容與一期相關專題的連續(xù)性，以充分利用一期研究過程中收集的相關資料，為二期研究工作的開展創(chuàng)造一定的條件。引航道是通航建筑物的重要組成部分，是船閘、升船機等過船設施與上、下游河道的連接通道，其作用在于保證等待過閘的船舶安全停泊，并使進出船舶能交錯避讓順利進出通航建筑物。在通航建筑物灌泄水時，上下游引航道內產生非恒定流，由此引起的水面波動和流速、流態(tài)變化不僅對引航道等待過閘的船舶產生各種動水作用力，直接影響船只進出引航道，同時，涌浪還會使引航道中的水面降低，減小有效水深，影響航行安全，在國內外的工程實踐中，在引航道內均有發(fā)生船只海損事故的實例。船閘引航道的通航水流條件與口門區(qū)的水流條件也息息相關，口門區(qū)通常為動靜水的交界區(qū)，常產生斜流、橫流和回流等不利于航行的水流流態(tài)。因此，在實際工程中，常在導航堤頭部開孔以改善口門區(qū)的水流條件。但開孔的同時，特別是在引航道端部開孔的一定范圍內也產生水流流速，從而影響引航道內的通航水流條件。本項目專題一系統(tǒng)研究了船閘灌泄水非恒定流長波波流運動的水力特性；長波波幅與瞬時水面比降、與閥門開啟時間、最大瞬時流量、灌泄水時間的關系，并提出相應的設計原則。同時，研究了不同開孔方式對改善口門區(qū)水流條件的效果，以及對引航道通航水流條件的影響，提出導航墻開孔的布置原則，這對優(yōu)化工程設計有一定的現(xiàn)實意義。保證航道全線貫通的關鍵往往取決于灘險、過河、攔河或臨河建筑物等處的通航水流條件。其中過河、攔河或臨河建筑物等處影響船舶安全航行的主要因素是橫流。船舶在航道中航行時，只要水流流向與航向不一致，水流對船舶即產生橫向作用，使船舶偏離規(guī)定航線。橫流是船舶航行中經常遇到的一種水流狀況。在《內河通航標準》（GB50139-2004）中，對通航水流條件只作了原則規(guī)定，對非限制性順直航道橫向流速未提出具體的規(guī)定。在《航道整治工程技術規(guī)范》（JTJ312-98）中，按引航道的通航水流條件要求，規(guī)定“船閘上下引航道進出口、取水工程的進口及排水工程的出口處，航道橫向流速不宜超過0.3m/s，回流流速不宜超過0.4m/s?！?，對非限制性順直航道的橫向流速的要求還有待進一步研究。本項目專題二重點了研究內河航道橫向流速的大小、范圍對航行船舶的影響，以及分析順直航道橫向流速的限值指標等問題，這是目前內河航道整治工程規(guī)劃、設計、施工、維護和管理必須研究解決的關鍵技術問題之一，也是現(xiàn)行標準今后修訂時應增加的內容之一。0.2研究工作的技術路線和指導思想本項目是緊密圍繞內河航道建設工程所涉及有關通航水流條件的關鍵技術問題進行的兩個專題研究，因此，整個研究工作是在系統(tǒng)總結我國內河航道建設在設計和運用情況的基礎上，緊緊圍繞項目研究的總體目標，采用調研咨詢、資料收集、依托工程物理模型、概化物理模型、數(shù)學模型和綜合分析相結合的手段進行的一系列研究工作。研究工作的指導思想是研究內容要有針對性，即緊密結合內河航道建設工程的實際；研究成果要有實際應用價值、要有所提高、有所創(chuàng)新，既要服務于內河航道建設工程的設計和實踐，為今后的類似工程提供參考和借鑒，又要為制定或修訂相關規(guī)范標準中的有關內容提供依據(jù)和豐富的素材，并力爭使研究成果達到國內外的領先水平。1研究的內容及主要成果本項目研究的總體目標是提出具有科學性和實用性的通航建筑物引航道水力要素的限值建議值以及通航建筑物導航堤（墻）開孔的布置原則；同時，在分析討論內河（運河、水網(wǎng)）航道臨河建筑物附近橫向流速對船舶航行影響的基礎上，提出順直航道橫向流速限值的建議值。1.1專題一——通航建筑物引航道通航水流條件研究引航道的尺寸和平面布置以及在樞紐總體中的布置都直接關系到船舶過閘的安全和效率，因此，引航道具有足夠的水深和適宜的平面布置是保證通航期內過閘船舶（隊）暢通無阻、安全行駛的關鍵。疊通過勤對銜工程腸實踐獄經驗元、屋物理拼模型斜試驗士和數(shù)何值計椒算蛛等漸相關神成果豪資料忙的爸收集看、分帳析，榆以及李采用異概化篩物理互模型占、數(shù)脊值計毫算相淋結合胃的技興術路嫂線領，徹研究竊船閘館灌泄飼水非公恒定掏流產外生的檢長波即運動購所強形成醫(yī)的水惹力要呢素對耳船舶喇在引雨航道飯停泊盒與航丑行的僑影響例，提繭出引配航道對水力揀要素陣（波考幅、圍比降淘）仗的限絮值建段議值驕。禮同時及，結原合國虎內滋工程氣實例彎、概利化物響理模直型和周依托粥工程這—唉四川屠渠江拌風洞構子樞白紐整騎體物泰理模秩型試問驗，識研究寄導航污堤（栗墻）翠開孔耍對跑改善燈口門咸區(qū)水幕流條忌件的鉆效果擋，以奏及西對引煙航道居通航漸水流灶條件卸的影示響曬，提跌出洋其布運置原煩則讓。涼一訊、陵主要傭研究沸內容遠和寶成果蘋（1壁）船偷閘灌暗泄水鑼引航忌道內從非恒到定流俯理論野分析彎在碌研究喘分析菌長度班為無劈限長存的矩寨形斷寄面渠禾道，鄰其灌英泄水逼的推長進波很高度訂h噴p所與灌晌泄水巨流量碼Q便成正害比的滿基礎孕上，折對船讀閘上普下游叔引航昆道在階灌泄軋水過弟程中任，渴當引寄航道塞長度蕉L穿n雀不同芝時，豎引航柄道內坡波高愧有以繼下兩鏈種情紡況：留①嶺當引桑航道銷長度也滿足籌：課閘首漏處將耕出現(xiàn)逗最大益波高泉：丟②仰當引市航道冊長度共滿足靠：柳引航糕道內輩將形句成一刷個波浙面形夢狀及檢流速瀉分布恩與流永量過銷程線醉相似侄的完暑整的困推進登波。敞（2該）船其閘灌提泄水陰引航飾道非寸恒定隸流概駛化模匙型試最驗成亡果惑對偵Ⅲ埋級航紐道進烏行了埋概化偏模型體試驗免，試古驗所乘采用察的噴船閘債尺度本按附《內位河通晚航標薦準》壤的規(guī)嚇定選臂定；架設定聚船閘稼水頭分為花10風、1擁5、獄20頁、2停5和悠30瞇m聾；釘閥門職開啟芒時間團選取爹2m蔬in遣和6閥mi置n；柜試驗坦和計佩算船迷型箏選擇凳16絕0醋×蟲10篩.8冠×貼2.翁0伶m挎；引收航道奸斷面展采用灰規(guī)則最梯形鞋斷面播，作邊坡肌1:光2；簡引航吵道長猴度悅為斃60剩0、著10胃00米和爭16卷00園m陜，寬假度柿為努75只和誰40雕m跳：擴裙大段畢長度熔取一醋倍船鏈長，志底寬績?yōu)轭B1.三5倍示直線狡段底停寬；候引航醉道最濃小水炒深零3水m策。訪試驗政研究搭了非嗓恒定襲流的澇影響晝因素剛，包方括引限航道撥尺度此、船葉閘水略頭、范閥門瓶開啟珍時間架、輸稍水時宿間、青流量拔增率鮮和最晨大瞬安時流宇量對甚非恒敵定流店水力越參數(shù)叛（水著位變淡幅、宅流速株、比鴉降、規(guī)系纜附力）掀的影擾響，躲建立木了相滔互之妖間的纖關系妄，并刺提出煩了改爆善引浴航道抬通航末水流連條件未的記工程葬措施靜，以田及經并驗公乳式等樓。同項時，冰對目瞞前規(guī)毫范中濁引航抵道內錄水流明條件擇的限尿制值款及有俯關問丹題進集行了承分析甩和討慨論。如（3貪）平但面二絡維數(shù)恢值模俘擬計揀算成愿果堵對朗Ⅰ卷、擁Ⅱ己、嫂Ⅳ垮級航付道進鏟行了程數(shù)學拔模型忍計算用，計久算條捎件和吩組次怪與撓概化省模型烏基本痛類同帆。數(shù)管值模胖擬計增算的肢基本歇方程也是利駁用含貫源匯享作用掃的水鉤流基漆本方紙程，卸采用喊AD予I法縣求解甜，網(wǎng)冬格為沸矩形峰網(wǎng)格訊。基照本方頁程離懇散時雷，流朽速、券水位夸、水唯深在桂網(wǎng)格僑中采俘用交鞭錯排年列。仗在數(shù)獎值模崗擬計鞋算之乓前，建對數(shù)米學模移型進耐行了題驗證擺，即予采用止數(shù)學判模型柄計算脅結果豪與物預理模蘇型試錦驗結揀果進瞧行比釀較伸。繞從蔽驗證糊結果測可見督，在雕船閘湊灌酒泄水瞇時，偶引航彼道內深驗證鼓點水難位變找化曲峰線趨飾勢，劍計算私結果脂與模櫻型試吉驗結毯果吻子合較要好，伏驗證梨點物場理模么型與血數(shù)學近模型點計算位最大寫水位航變幅季結果支偏差恐滿足抗《通得航建桐筑物鎖水力妄學模褲擬技遲術規(guī)榨程》誘精度粉要求喉。在吳此基乏礎上檔，取標得了妄Ⅰ制、污Ⅱ燦、攀Ⅳ尼級航儀道雪不同責方案柳的計舅算成絕果。僚（4沒）導鹿航墻飼開孔呼研究樹成果襖紀a.倍今導航陪堤（前墻）那開孔呆概化仿物理俘模型夾試驗束研究炸：兩主種陣開孔間方式輸?shù)碾`試驗裁研究塑，炒開敞山式開造孔彈——祝即在輪引航遷道導饒航墻葬端部喊布置旅導流培墩；甩淹沒快式開耍孔渠——洋在導憑航墻狹順直湯段或肚擴大患段水菜面以驕下開韻孔氏；潛b.蹄被依托勁工程賊——摘四川粱渠江莊風洞墳子電淺航樞奪紐引俘航道陪導航頌墻不坦同開洞孔型戀式的劣試驗誘：探幕討開續(xù)孔的敗型式誘、范帳圍及律其面失積比怪；以侄及開勁孔對掀改善蕉口門成區(qū)橫鬼向流恥速的在效果抖和對筍引航絞道內傲通航幕水流攀條件卻的影逼響。彎c.保斃國內遷導航原墻開誘孔的共工程剩實踐廟以及捉研究校成果陽的分咱析泉：省收集過了郁砌江那語吉、工渠江士四九塞灘、律嘉陵粱江新由政、貌金溪陵等紋樞紐頁通航面建筑隸物悟工程物的室相核關資奴料，循提出熔導航蟻墻開費孔的三布置麻原則橫。銅二景、深本專趁題的墨創(chuàng)新失點嶄（1烤）昏提出軟了戒船閘綢灌泄基水非克恒定星流對課通航句水流峰條件攝的影溉響主績要是巴對引搜航道宴水深鞠、系透纜力繳和航塞行阻因力的確影響邁。水核位波既動與享瞬時琴最大豪流量俘和士引航傍道長退度有濾關雀，誠當引襪航道喊長度求時，幣灌水傲時最辮大降炎低和鐘泄水摟時最甲大升斑高值千變動涂幅度支隨長叫度增植加而奔增大頭；當乘引航非道長鍋度弓后，小灌水嚷時最館大降兇低和砌泄水左時最株大升征高值膏基本暈不變超。絹（2卡）級在引付航道駕設計設中，俘應充盲分考雅慮船迫閘灌惑泄水野在引活航道棟內引港起水群深的找減小桶；同幻時，譜應考典慮閘新室寬奪度的聽改變姑而引焰起引兄航道利內水爽力要皺素的重增大走，如積超標愈，應叢采取桃相應辜的改叛善措姻施。阻（3角）挑提出奪了正Ⅰ～該Ⅳ級膽船閘旱灌泄喪水時城，暑引航宅道折內水隊面降父低與述最大炒流量騰的經謎驗公尾式遍；以母及姓引航嫌道昆內水脊面比寄降與暗最大紡流量蒜增率烘的經野驗公牙式。南并根右據(jù)不急同船伶閘等廢級和兔控制澤船型郊，提薄出了明允許臭的比吊降值兆。昌（4耍）予提出狀引航慣道中詠停泊自船舶肉（隊梅）對自比降徒和流限速產手生葬的殊影響臨，斷翼面系箱數(shù)越野小，為影響槍越大鋸。利送用《處航道宋整治鑄水力帝計算至》盞中關綠于泥船舶出航行務阻力郵的計姻算公貨式，冰進行盜船閘笛引航給道停尊泊條妻件系稿纜力膏計算劍時，筑如數(shù)喬學模研型中拋不考起慮停英泊船垂舶（術隊）度時，麥得到嘉的系窗纜力勵計算亡值偏背小，蜻只有瓣當引侮航道浸斷面冊系數(shù)過n連≥訪12連時，筑該仁方法拘計算其的系惹纜力捏值與語規(guī)范晴計算垂值接析近。帥1.沾2油專題帝二肯——寨內河歸航道寸橫流栽對船踏舶航鎮(zhèn)行的衫影響稻研究閃航道速暢通俗必須唯全線是暢通漁。保驚證全恭線暢掉通的尚關鍵洞往往嚷在灘敘險、股過河尖、攔借河（彈過船攻建筑福物）控、臨憤河建彎筑物殘等處居的通與航水液流條席件。的隨著類經濟以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