大藤峽船閘輸水系統設計布置

李亞文，杜澤鵬，唐振華

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春 130021）

1 概述

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域黔江干流大藤峽峽谷出口處，地處廣西桂平市境內。工程任務是以防洪、航運、發電和水資源配置為主，結合灌溉等綜合利用。樞紐建筑物主要有擋水壩、泄水閘、船閘、河床式發電廠房、魚道及灌溉取水口等組成。船閘布置在黔江左岸Ⅰ級階地上，設計通航最大船舶噸級為3000t，采用單線單級，級別為Ⅰ級。

船閘最大設計工作水頭為40.25m，輸水時間15min，汛期最大運行水頭為25.20m，設計輸水時間12min。船閘設計代表船舶（隊）為3000t級單船和2×2000t頂推船隊，年過閘貨運量為5189萬t。

2 基本資料

船閘設計最高通航水位設計洪水重現期按JTJ305-2001《船閘總體設計規范》規定應為100～20年一遇洪水標準，但黔江河段在遭遇超過20年一遇洪水時，河道流速過大，通航困難，考慮到與上、下游河道實際通航能力相協調，船閘設計最高通航水位采用10年一遇洪水標準，即正常蓄水位（61.00m）；下游相應最高通航水位41.24m，即下泄流量Q=35300m3/s對應水位。上游最低通航水位44.00m，即死水位；下游最低通航水位20.75m，即下放生態流量Q=700m3/s對應水位。汛期6—8月上游通航庫水位按汛限水位47.60m控制，為進一步降低淹沒損失可臨時降至44.00m，相應下游通航水位為22.40m。

代表船型設計：3000t級集裝箱船90.00m×15.80m×3.60m（長×寬×吃水，下同），2×2000t級頂推船隊182.00m×16.20m×2.60m。

3 輸水系統型式選擇

根據JTJ306-2001《船閘輸水系統設計規范》規定，船閘輸水系統的類型可根據判別系數m初步選定：

式中：T——閘室灌水時間，根據通過能力要求，采用15min；H——設計水頭，取40.25m。

當m＞3.5時，采用集中輸水系統；當m＜2.5時，采用分散輸水系統；當m為2.5～3.5時，可進行技術經濟論證或參照類似工程選定。通過計算m=2.36，因此采用分散輸水系統。

鑒于大藤峽船閘水頭高、尺度大，單次充泄水量超過40萬m3，約為三峽船閘的1.8倍，是目前國內外實際運行水頭最高的單級船閘，水力學問題非常突出，且船閘通航保證率要求較高，為了安全采用第三類分散輸水系統。第三類分散輸水系統包括閘墻長廊道經閘室中心進口垂直分流閘底支廊道四區段出水和閘底支廊道二區段出水。大藤峽船閘平面有效尺度為280.00m×34.00m，與三峽、葛洲壩1號船閘相同，但水頭略高，參考國內已建高水頭船閘，大藤峽船閘輸水系統采用閘墻長廊道經閘室中心進口垂直分流、閘底等慣性四區段八分支廊道出水、蓋板消能的型式。

4 船閘輸水系統設計布置

4.1 進水口

考慮輸水系統充水時非恒定流對引航道水流的影響及進水口附近局部水流的流態，進水口采用側向多支孔分散進水的方式；為保證上游引航道的水流條件及通航船舶的安全，采用部分自上游引航道內取水、部分自庫區取水的方式，進水口布置在靠近上閘首的上游主、輔導航墻內，每側布置8個5.00m×7.00m（寬×高，下同）的孔口；為保證廊道進口頂部不產生負壓，避免充水時進口前產生漩渦、吸入空氣，使進入閘室的水流摻氣而加劇水流的紊亂，進口頂的淹沒水深按0.4倍的設計水頭控制，最小淹沒水深9.00m，頂高程35.00m。為了使進水口流量分配均勻，每個進水口與主廊道間用漸變段銜接，孔口寬度沿進流方向逐漸收縮，其喉部寬度由上游至下游依次為1.90，1.45，1.20，1.00，0.90，0.80，0.70和0.65m，兩側總面積120.4m2，為輸水閥門段廊道面積的1.72倍。每側進水口的取水前沿寬度為72.00m，進水口最大平均流速約為1.95m/s。為減小水力損失，將攔污柵墩頭修圓。

4.2 輸水主廊道及輸水閥門段

船閘兩側閘墻內各布置1條輸水主廊道，其中心線距閘墻邊線14.00m。主廊道斷面尺寸5.00 m×7.00m，輸水閥門處廊道斷面尺寸5.00m×5.50 m，在工作閥門井前廊道高度以1∶10坡度由7.00 m漸變至5.50m。閥門后廊道淹沒水深22.50m，采用“頂擴+底擴”體型，即工作閥門井后廊道頂部向上突擴2.00m，再以1∶50坡度漸擴，跌坎部位垂直向下突擴4.00m，升坎部位以五次曲線與主廊道相接，形成33.82m長的底擴腔體。閥門處廊道底高程-7.25m，突擴腔底板頂高程-11.25m。輸水閥門段布置見圖1。

圖1 輸水閥門段廊道布置

4.3 分流口及支廊道

船閘兩側主廊道在閘室水體中心處經過第一分流口分流后進入閘室，第一分流口與主廊道通過T型管相連，T型管處設有分流脊。

第一分流口采用垂直分流形式，由水平隔板分成上下兩個矩形斷面，斷面尺寸為2.00～6.00m×3.10m，水平隔板厚0.80m，端頭采用橢圓型分流舌。水流經第一分流口的水平隔板分層轉彎后，匯入閘室底板縱支廊道。兩縱支廊道對稱于閘室水體中心布置，斷面尺寸為5.60m×7.00m。

在閘室1/4，3/4長度處的縱支廊道末端設有第二分流口向閘室上下游分流。第二分流口采用自分流體型，分流腔體中部充水，迎水面設有導流脊，水流由縱支廊道進入第二分流口后，在一個大的空腔內自行分流至4支分支廊道中。分支廊道為變斷面體型，水流進口斷面尺寸為5.00m×7.00m，廊道末端斷面為5.00m×3.10m。分支廊道對稱于第二分流口布置，形成4區段均衡出水。2條分支廊道間凈距17.00m，距閘墻邊凈距8.50m。第一分流口布置見圖2、第二分流口布置見圖3。

圖2 第一分流口布置

圖3 第二分流口布置

4.4 出水孔及消能蓋板

每支分支廊道頂部設15個出水孔，孔距4.50m，孔長5.00m，寬12.50cm，8支分支廊道上出水孔總面積76.4m2。各出水孔頂部設置帶有“裙梁”的消能蓋板，消能蓋板尺寸為7.00m×1.40m（長×寬），厚0.25m，裙梁頂高出閘室底板1.00m，裙梁底到閘室底板頂凈距0.35m。出水孔及消能蓋板見圖4。

圖4 出水孔及消能蓋板布置

4.5 泄水口

船閘泄水布置有泄入左岸電站尾水渠內的泄水箱涵和泄入下游引航道內的輔助泄水系統。

泄水箱涵在下閘首末端與兩側泄水主廊道相接，在下游主、輔導航墻底部轉彎后，穿過進場路進入廠房尾水渠內。左、右側箱涵長度分別為300.00，262.00m，過水斷面尺寸為2.00～6.80m×7.00m，在出口末端漸縮為2.00～6.80m×4.50m。

輔助泄水廊道布置在下閘首右邊墩及底板內，為獨立的泄水系統，斷面尺寸3.00m×3.10m，底高程8.35m。進口與閘室下游兩分支廊道末端相連，出水口布置在下閘首底板末端，采用28個側孔分散出水，每個側孔斷面尺寸1.00m×1.60m。輔助泄水廊道各設有1道工作門和1道檢修門，閥門底檻高程8.35m。泄水箱涵及輔助泄水系統平面布置見圖5。

圖5 泄水箱涵

5 結語

在吸取三峽船閘、葛洲壩船閘、圖庫魯伊船閘（巴西）、下花崗巖船閘（美國）等國內外高水頭船閘成功經驗的基礎上，大藤峽船閘輸水系統設計布置采用了閘墻長廊道經閘室中心進口垂直分流、閘底等慣性四區段八分支廊道出水、蓋板消能的型式。經過設計及多家科研試驗單位的研究和不斷優化，尤其在第二分流口部位創造性地運用了自分流體型，解決了大尺度高水頭船閘輸水系統的一系列重大技術難題，輸水系統各項水力指標均能較好地滿足設計及規范要求，對大尺度高水頭船閘輸水系統設計布置有著較大的參考價值。