长江下游某潜坝局部区域船舶自航上滩能力计算研究

唐翠

摘要：在长江下游可通航水域实施潜坝工程之后，由于潜坝顶部局部水流流速及水面比降的增大，会增加船舶航行的阻力，航道内的最大纵向表面流速和局部比降能否满足设计船型或船隊自航上滩的要求，需对其通航水力指标进行计算，进而判断船舶能否正常航行通过潜坝水域。

关键词：船舶航行阻力;自航上滩;通航水力指标

1前言

长江下游某分汊河段为确保主汊航道畅通，拟在支汊上行航道内建设一座潜坝工程，用以调节河道分流比，抑制支汊发展。潜坝工程坝顶高程-10m，坝顶宽10m，坝长959m。工程河段通航船型主要为1000t级、2000t级、5000t级单船及1000t级船队。

根据水流数学模型计算，潜坝工程实施后，各流量工况下潜坝顶部流速及潜坝处水面比降增大，详见表1。上行航行船舶除要克服水流阻力外，还要克服水面比降引起的坡降阻力，流速及水面比降增大会增加上行船舶的航行阻力。现行《航道工程设计规范》中没有明确航道内最大流速及坡降最大限制要求，但要求航道内的最大纵向表面流速和局部比降宜满足设计船型或船队自航上滩的要求。

长江中下游一般河段自然比降在0.01‰～0.1‰，局部河段在0.1‰～0.5‰，比降较小，基本不存在急滩急流的问题，但长江上游流急坡陡，因此，国内关于船舶航行坡降、流速的水力指标研究成果均为针对上游的。一般是通过各种流速～比降组合情况下进行航行阻力与船舶推力的受力平衡，即可计算得到通航水力指标。本文参照长江上游川江通航水力条件计算方法，结合工程河段代表船型基本参数，对各代表船型通航水力指标进行了计算，并根据模型计算得到的各流量工况下潜坝位置的表面流速及坡降结果，进而判断船舶能否正常上驶航行。

2通航水力指标计算方法

2.1船舶推力计算方法

船舶推力计算主要有单位推力估算法、简化计算法和综合计算法，根据本工程特征，采用简化计算法。简化法计算船舶推力公式为：

（1）

式中，e为有效推力系数;Pe为船舶功率;Vs为船舶对水航速（m/s），Vs=V+Va;V为滩面流速（m/s）;Va为船舶对岸航速（m/s）;其余参数同前。参照川江现有大量研究，取有效推力系数e=0.38。

2.2船舶阻力计算方法

船舶航行阻力由水流阻力和坡降阻力组成。我国内河水流阻力通常采用前苏联兹万科夫公式结构形式计算，并结合船型情况进行适当修正。

1、水流阻力的计算

水流阻力主要由机动船水流阻力和驳船水流阻力两部分构成。

（1）机动船的水流阻力

3通航水力指标计算

3.1计算方法

为全面分析潜坝工程建设后潜坝位置各通航船型能否正常上行行驶，针对各代表船型特点，对各代表船型的流速-比降组合进行了计算。

计算的方法和过程：根据载重和船型确定吃水、水线长、浸水面积等→给定比降（0～3‰）→计算坡降阻力→给定上滩流速→计算对水航速→计算航行阻力R→根据功率、航速等相关参数计算船舶推力T→判定航行阻力R是否等于船舶推力T，如相等则给定的比降和流速即为急滩通航水力指标，否则需重新假定流速，直到阻力和推力平衡为止。

3.2计算结果及分析

根据上述计算过程，获取了代表船舶正常上行行驶的临界流速-比降组合，同时列出了航行阻力和船舶推力进行对比。

各代表船型各流量工况下流速-比降与通航水力指标关系对比见下图。从图中可以看出，对于各单船，潜坝建设后潜坝位置处流速-比降均在计算通航水力指标范围内，即船舶均能正常自航上行行驶，但是对于1000吨级船队，在平滩流量46000m?/s及其以下流量条件下，1000吨级船队均能正常航行行驶，但是在流量86800m?/s条件下，即最高通航水位条件下，潜坝处流速-比降超出了计算通航水力指标线，1000吨级船队不能正常上行行驶。针对该情况，报告对长江流量为60000m?/s条件下潜坝处的水流条件进行了补充计算，当长江流量为60000m?/s条件下，潜坝位置最大表面流速为2.15m/s，最大水面比坡降为1.35‰，该条件下流速-比降满足计算通航水力指标要求，1000吨级船队能正常上行行驶，即在流量60000m?/s及其以下流量条件下，1000吨级船队均能正常航行自航上滩。

4结论

本文通过对通航水力指标的计算，判断潜坝工程实施之后，航道内的最大纵向表面流速和局部比降能否满足设计船型或船队自航上滩的要求，其计算方法对长江下游类似工程有一定的参考意义。

参考文献

[1]《航道工程设计规范》（JTS181-2016）;

[2]《航道工程手册》（长江航道局，人民交通出版社）;

[3]《内河船舶航行阻力计算方法讨论》（水道港口，李一兵，2002，23（1）：7-11）;

[4]《船舶原理（下）》（盛振邦，刘应中，上海交通大学出版社，2004）。

（作者单位：南京沐航交通科技有限公司）