枢纽泄洪对引航道口门区水流条件影响试验研究

曾敏，林勇

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610031）

某水电站位于湄公河通航河段，属大（2）型工程，工程等别为Ⅱ等[1]，枢纽布置拟采用“右岸船闸+右岸泄洪冲沙闸+左岸厂房”的布置方案，船闸位于枢纽的右侧，左侧紧邻泄洪冲沙闸，右侧为航道冲沙闸。根据中、老、缅、泰四国政府签订的《澜沧江-湄公河商船通航协定》及《澜沧江-湄公河航道维护与改善导则》，该工程船闸级别拟定为Ⅳ级，按通航500t 级船舶标准设计，船闸采用右岸单线1 级船闸[2]，闸室有效尺寸为120m×12m×4m，为与下游主航道平顺衔接，下游引航道总长约1142m，底宽45m，弯曲半径330m，转弯角63°40′28″。引航道口门区水流条件的好坏关系到船舶能否安全顺畅地进出引航道及船闸安全稳定地运行，直接影响到湄公河干流的航运能否畅通。

因此，本文以船闸下游引航道口门区[3]为对象，根据泄洪闸不同泄洪工况下，分析各工况泄洪时对口门区水流条件的影响，以便于优化和调整引航道导航墙的布置，合理确定导航墙长度，利于船舶顺利进、出引航道，保证船闸的正常安全稳定运行。

1 概述

1.1 枢纽布置

枢纽建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、电站建筑物、通航建筑物及过鱼建筑物组成。

拦河坝为混凝土重力坝，正常蓄水位340m，坝顶高程346m，最大坝高约64m，坝顶长896.5m。

泄洪冲沙闸坝段位于右岸滩地。为了防止推移质泥沙进入电站进水口，在厂房坝段前设置拦沙坎，将泥沙导入泄洪冲沙闸。共布置14 孔泄洪冲沙闸，孔口尺寸15m×23m。其中1 孔为航道冲沙闸，位于船闸右侧，其余13 孔泄洪冲沙闸。船闸及泄洪闸分区布置见图1～2。

图1 船闸及泄洪闸布置图

1.2 下游最高通航水位及流量

根据《内河通航标准》规定，Ⅳ级通航建筑物最高通航水位可按5年～3年一遇洪水设计。

考虑到与上游梯级通航建筑物的衔接，同时能满足引航道的水流条件，初拟该工程通航建筑物最高通航水位按3年一遇洪水标准设计。下游最高通航水位为EL.329.64m，相应的最大通航流量（3年一遇）为Q=13200m3/s。

图2 泄洪闸分区布置图

1.3 通航水流条件

根据《船闸总体设计规范》的规定，引航道口门区平行航线的纵向流速≤2.0m/s，垂直航线的横向流速≤0.3m/s，回流流速≤0.4m/s。

2 模型设计制作及试验工况

2.1 模型设计制作

（1）试验模型为整体、正态模型，模型比尺为1:70，河道模拟总长度为4200m，包括坝轴线上游2500m 至坝轴线下游1700m，库区346m 高程以下，下游346m高程以下，因此，能保证上下游流态以的相似性。

（2）尾水设闸板和水位测针(精度±0.1mm)以控制尾水位。下游水位控制断面为坝轴线下游1370m 处。

（3）地形制作的垂向精度控制在±2mm 以内，平面精度控制在±5mm 以内。

2.2 泄洪闸分区布置

枢纽布置的泄洪建筑物包括13 孔泄洪冲沙闸、1孔航道冲沙闸和发电引水口下方的冲沙底孔。其中13孔泄洪冲沙闸由2 道中隔墙划分为3 个区，由左至右依次为Ⅰ区3 孔、Ⅱ区3 孔、Ⅲ区7 孔。各孔净宽均为15m，闸底板高程均为317.0m。其中，Ⅰ区和Ⅱ区泄洪闸下游设置长约80m 的消力池，消力池底板高程依次为310.0m、312.5m。消力池末端采用1:5 的反坡与原河床连接，消力池末端没有设置尾坎和防冲槽，具体布置及分区见图1.1-1～2。

2.3 试验工况

为了比较不同的泄洪方式对下游引航道口门区的影响，确保泄洪更为安全可靠，尽量减小泄洪对引航道进出船舶的影响。对于小于3年一遇洪水的同级流量下进行了不同的闸门开启方式试验，大于3年一遇流量时，各泄洪闸全开敞泄，船闸停止运行。为分析较大流量下对引航道口门区的影响，仅考虑2年及3年一样流量下，主要的试验工况见表1。

为充分分析泄洪闸泄洪对引航道口门区水流条件的影响，由于仅考虑泄洪对船闸运行时口门区水流条件的影响，因此未考虑航道冲沙闸的泄洪工况。

上述泄洪闸运行方式涵盖了几乎所有运行方式，完全能够评价本工程在各种运行方式的泄洪下对下引航道口门区水流条件的影响。试验工况组合见表1。

表1 试验工况表

3 下游引航道口门区流场

3.1 原引航道布置

根据试验成果，在较大流量工况下（工况D 和E），下引航道口门区流速中各工况的流速均小于航道航行的要求，在导墙结束到航道结束的范围内，由于在导墙外侧的是泄洪而下的水流，且航道无下泄水流，存在流速差，流速差形成剪切作用，会形成小范围的回流流场，但流速并不大，在靠近导墙边线的直线位置，整段距离内流速都比较大，但小于规范规定禁止通航的水流条件要求。实测结果表明，航道口门区流速梯度较大，航道内侧0.75m 位置流速就减小很多，内侧2.25m 的位置流速就很小，但侧向流速较小，完全符合船舶航行要求。各工况(最不利)下航道内的流场见图3～4。

图3 工况D 引航道口门区流态

图4 工况E 引航道口门区流态

3.2 引航道优化调整后

结合泄洪闸泄洪不同的运行方式，试验中对航道长度进行调整，试验中把转弯后长度179.36m 的直导航墙减短160m，对其口门区进行流速的测量，在导航墙减短后，弯道中主流靠近凹岸边，这使得在导墙中轴线附近的流速比原设计中的流速小，这样类似于剪切作用变小，小范围的回流强度减轻，而且主流靠近左岸，导致在航道后整个下游有大范围的回流，但回流流速较小。航道口门区平行航线流速均小于2.0m/s，靠近航道右岸岸边的流速0.5m/s 左右。调整后的引航道口门区流场条件满足规范要求。各工况(最不利)下航道内的流场见图5～6。

图5 工况D 引航道口门区流态

图6 工况E 引航道口门区流态

4 结语

该船闸位于国际通航河流湄公河上，其航运地位十分重要，船闸的运行将直接影响到湄公河干流的航运能否畅通，下游引航道是其重要的组成部分。本文通过泄洪闸不同泄洪工况试验下，得出了不同引航道导墙长度口门区水流流态，主要结论如下：

（1）通航时，泄洪闸在各工况运行方式下，原引航道布置方案引航道口门区水流条件满足规范要求，枢纽泄洪对船舶进出引航道影响较小；

（2）通航时，当航道导航墙减小160m，泄洪闸在各工况运行方式下，缩短后的引航道口门区水流条件也满足规范要求，枢纽泄洪对船舶进出引航道影响较小；

综上，通过水力学观测和引航道模型调整，泄洪闸在不同运行工况下，各级通航流量泄洪时，口门区的水流流态较好，流速指标满足规范要求，对航道的不利影响均较小。

试验结果为泄洪闸及船闸的运行管理提供了依据和支撑，同时为引航道的布置合理性提供了充分依据，从而保证该船闸的正常安全运行，充分发挥船闸的航运效益。