航電樞紐工程通航水流條件的研究

王 慶

（重慶精佳工程設計咨詢有限公司，重慶400041）

航電樞紐工程通航水流條件的研究

王 慶

（重慶精佳工程設計咨詢有限公司，重慶400041）

出于對龍溪口工程關于施工期通航課題研究的目的，特構建起此項工程有關施工導流各個期段的物理模型。并依據試驗結果，對圍堰施工導流過程中應具備的通航水流條件進行了分析，據此提出改進條件的措施及提升通航流量的具體方法，本研究結論可為相關工程提供參考與借鑒。

航電樞紐；通航；水流條件；龍溪口

在水利工程的施工過程中，施工期導流工程是較為復雜的工作，尤其在通航的河道之上進行航電樞紐的修建施工，導流過程顯得更為復雜。對研究者而言，施工期的通航課題無疑具有挑戰性。岷江作為成都經濟區的一條主要航運通道，每天都有大量重型機械以及大宗商品貨物通過，成為成都經濟區內的交通大動脈，也是這一地區大件物品水面運輸的唯一通道，在經濟區內所具有的經濟意義不言而喻。而作為一項大型水利樞紐工程，岷江龍溪口航電樞紐具備了航運與發電相結合功能。這項工程在施工期內所具備的通航條件，勢必對岷江樂山到宜賓這一段航道的交通運輸產生影響，尤其對承載大件貨物的船舶航行產生的影響令人矚目。

1 龍溪口航電樞紐工程概況

該項工程作為岷江樂山至宜賓段規劃的第四個梯級，處在岷江下游的樂山市所屬犍為縣的范圍內，距離大渡河的匯合口處有80.9km。工程大壩控制流域面積131980km2，年平均流量達2680m3/s，該樞紐設計洪水流量為QP=1%=49500m3/s，校核洪水流量為QP=0.1%=68800m3/s，設計水庫庫容0.96億m3，正常蓄水位為317m，設計通航建筑物是Ⅲ級船閘，閘室有效長度×有效寬度×門檻水深為280m×23m×4.5m。該樞紐的電站利用落差為16.1m，電站裝機容量達420MW，設計年平均發電量20.54億kW·h，設計能力具備日調節能力。該航電樞紐實現了航運與發電相結合，并以航運為主，具備了防洪、供水和旅游的功能，并為當地環保提供了便利條件。該項工程的等別是Ⅱ等。防洪設計為百年一遇洪水，設計校核為千年一遇洪水。樞紐的主要建筑物設計標準為2級，次要建筑物設計標準為3級，臨時建筑物設計標準為4級。其中主要建筑自左到右的次序分別是：電站機房、24孔泄洪（沖沙）閘、船閘。設計枯水期（每年11月1日至下一年5月31日）導流標準為10年一遇洪水，設計流量6750m3/s；汛期導流標準為10年一遇洪水，設計流量32100m3/s。

依據工程河段（自壩軸線0-2300m至0+ 2200m）沿途深泓高程的變化進行試驗，顯示出河段的上游和下游進出口斷面的河床整體深泓高程呈現出較小的變化，約為290m高程，雖然工程河段的床面比降從整體上看較小、河床顯現出較平緩的狀態，河勢也呈現出穩定態勢，但是在局部區域呈現出較大變化。例如，工程河段的中上游（距壩軸線0～600m）的附近存在一個較大深槽，其深泓線的最低高程達278m。所以，在各級流量狀況下，工程河段呈現出的特點是：整體水面的比降相對較小，而局部區域水面的比降相對較大。

2 圍堰施工期通航水流條件研究

該項工程的圍堰施工導流的重點為在左岸的河漫灘開挖導流明渠進行疏浚，具體疏浚范圍為左岸河漫灘河床，這一區域內建筑有電站廠房及部分泄洪閘，該范圍的長度為閘址上游的1050m左右，閘址下游的1380m左右，疏浚河床底的高程為298m。在進行河床疏浚中，所開展的左岸縱向混凝土圍堰工程施工受到了左岸灘地的預留土埂的保護。

預留土埂作為導流建筑物，其設計級別為5級，土埂擋水標準為枯期5年一遇洪水，設計流量為QP=20%=6000m3/s，設計最大通航流量為Q= 12000m3/s，設計最大通航流速3.0m/s至3.5m/s。左岸預留土埂的設計頂高程為307m，設計長為1065m，設計頂寬為5m，設計迎水面和背水面的坡度都是1∶1.5，設計的基礎防滲施工方法為控制性灌漿，灌漿深入基巖層1m。左岸縱向混凝土圍堰呈梯形斷面，其導墻上游端頂的設計高程為317m，導墻下游端頂的設計高程為314m，設計頂寬為5m，設計的兩側坡度1∶0.37，設計最大高度、最大底寬、長度分別為25m、23.86m和678m。

出于掌握該階段右河槽所具備的通航水流條件所展開的試驗，獲取了工程河段水位、流速和流態等數據和相關信息，并對這些數據和信息展開深入分析。對左岸河床展開的大范圍的導流疏浚工程，有效拓寬了這一河段的河道過流寬度，使過水面積增加，工程河段的原有河床態勢及水流特征被改變，圍堰河段的河床變得更為平順，水面也變得更為平緩，有利于船舶的安全通行。不同流量情況下，不同部位的最小航深、水面比降及最大表面流速見表1。

表1 不同流量情況下通航水流條件試驗成果

表2 龍溪口航電工程施工導流上段船模試驗成果匯總

由表1可知，施工河段的水面比降和流速伴隨流量的升高逐步增大。在枯期上游流量相對較小的背景下，在左岸河床的疏浚工程將使圍堰河段的河床變得平順、沿途水面比降也相對較小、流速呈現均勻頒布、沒有不良流態產生，在Q≤6000m3/s的各級流量條件下，施工河段無論是航深、水面比降還是流速指標，都能夠滿足船舶通行標準。

3 船模試驗

在上游連接段到導流明渠的中部這一試驗段的長度為1300m左右，進行的船模試驗分別觀測了3級流量的平均6個組次的狀況，這3級流量分別為Q= 6000m3/s、Q=9000m3/s和Q=10000m3/s。船舶在各航段的航行情況與航行要素見表2。

3.1 船舶上行試驗

試驗測試300t機動貨船上行狀況：從表2中看出，Q=6000m3/s觀察到的駁船隊上行最大舵角是18.83°，最小航速是1.48m/s；在Q=9000m3/s時，觀察到的最大舵角是21.19°，最小航速是0.56m/s。機動駁船上行的舵角是隨流量的增加而增加，最大舵角未超出25°這一船模試驗的舵角安全限值；機動駁船的最小航速隨著流量的增加而降低，航行的難度隨著流量的增加而增大。試驗結果表明，當Q=6000m3/s時，在操縱得當的條件下，300t機動貨船能夠順利駛過明渠上段的航道；當Q =9000m3/s時，300t機動駁船上行的最大舵角接近船模試驗的最大舵角安全限值25°，其最小航速接近船模試驗的最小航速安全限值0.4m/s，航行具有較大的難度，需駕駛人員謹慎操作。當Q= 9000m3/s時，只要操縱不出現失誤，1000t的機動貨船能夠安全駛過明渠上段。當Q=10000m3/s時，1000t機動貨船的上行最大舵角和最小航速將近于船模試驗安全限值，貨船航行具有較大的難度，需謹慎操作，安全系數較低。

3.2 船舶下行試驗

試驗測試300t機動貨物下行狀況：從表2中看到，Q=6000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角是13.94°，最高航速是7.28m/s；Q=9000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角為17.20°，最高航速是8.26m/s，下行舵角伴隨流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴隨流量的增加而加大，航行難度也隨之增大。1000t機動貨船的下行狀況：從表2中看到，在Q= 9000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角是18.64°，最高航速是7.94m/s；Q=10000m3/s時，機動貨物的下行最大舵角為19.32°，最高航速是8.06m/s，下行舵角伴隨流量的增加而增加，最大舵角未超出舵角安全限值25°；最小航速伴隨流量的增加而加大，航行難度也隨之增大。

綜上所述，上段航道的上行難度要比下行難度大，因此上行也構成了工程河道通航的控制條件。在枯水期Q≤6000m3/s的各級通航流量條件下，施工河段的水流較為平緩，流速呈均勻分布狀態，能夠滿足300t機動貨船通行要求。在汛期Q≤9000m3/s條件下，能夠滿足1000t機動貨船通行要求。在上行到明渠段時，要避免駛入右岸的主流區，應沿著靠近左岸縱向混凝土圍堰的緩流區行駛，在駛出明渠進口段以后，繼續沿著左岸進入上游工程河道。當Q= 10000m3/s時，則只能滿足1000t機動貨船的下行航行標準。

4 結論

在施工河段的左岸河床展開的大范圍的疏浚工程，使河道過流寬度得到擴展，過水面積得到增加，試驗測得在各級流量條件下的施工河段沿途水面變得平緩，流速也呈現均勻分布，流速的峰值同施工前狀況相比明顯下降，有利于改善施工河段的河道通航水流條件。通過通航水流條件的試驗和進行船模試驗，可以得出結論：在枯期流量Q≤6000m3/s的各級通航流量狀況之下，施工河段具備充足的航深、沿途水面的比降相對較小、流速呈現平緩狀態、沒有不良流態，實測各項指標都符合300t和1000t機動貨船的安全通行標準。

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U 618

A

1672-2469（2015）05-0033-02

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.05.011

王 慶（1982年—），男，工程師。