包純毅,史 斌,王 斌

(1.河海大學(xué),江蘇 南京 210098;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 工程概況

杭州某船閘位于錢塘江中段,主要功能為水上觀光旅游的客運(yùn)船閘,以目前在杭州運(yùn)行的代表客船為主要設(shè)計(jì)船型,確保船閘能供2艘大型客船單向通行,同時(shí)兼顧杭州現(xiàn)有其他旅游船的通行要求。船閘按50 t級(jí)以下考慮,等級(jí)為VII級(jí)。

船閘中心線與錢塘江支流中心線重合,與錢塘江堤線基本正交,船閘外江側(cè)(下閘首)出口附近堤線存在進(jìn)深60 m左右的內(nèi)凹隱蔽區(qū),寬約150 m,流速較小,為引航道布置提供了相對(duì)有利的條件。因此,設(shè)計(jì)方案在船閘錢塘江側(cè)下閘首后接26 m長(zhǎng)的導(dǎo)航段,之后直接在左側(cè)外延段每隔20m設(shè)1個(gè)靠船墩,共2個(gè),最外側(cè)靠船墩超過錢塘江該段上下游堤線連接線約10 m;右側(cè)則馬上通過圓弧與改建后的錢塘江新江堤相連(見圖1)。

圖1 船閘設(shè)計(jì)方案外江側(cè)引航道布置圖

2 問題提出

根據(jù)JTJ 305—2001《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》,引航道直線段包括導(dǎo)航段、調(diào)順斷及停泊段,引航道內(nèi)應(yīng)避免出現(xiàn)不利船舶航行的復(fù)雜流態(tài),水流條件應(yīng)滿足規(guī)范限值要求,以防止船舶出現(xiàn)橫漂和扭轉(zhuǎn)等失控現(xiàn)象(見表1)[1]。因此,常規(guī)順直河道的船閘引航道一般布置在河道左右岸兩側(cè),軸線與河道或引河主流夾角不宜大于25°,保證進(jìn)出船舶能夠平順通過[2-3],規(guī)范布置方式見圖2。

而本工程由于受客觀場(chǎng)地限制,導(dǎo)航段加上停泊段的總長(zhǎng)僅66m,且缺少調(diào)順斷,與按規(guī)范計(jì)算89.3 m的總設(shè)計(jì)長(zhǎng)度要求相距甚遠(yuǎn),因此,為驗(yàn)證及優(yōu)化該船舶進(jìn)出外江側(cè)引航道布置的合理性,需開展通航水流條件分析[4-5]。

表1 船舶安全停泊及進(jìn)出閘最大流速限值表m/s

圖2 船閘規(guī)范引航道及口門示意圖

3 設(shè)計(jì)布置方案

3.1 通航水流條件

經(jīng)分析,設(shè)計(jì)方案船閘引航道及口門區(qū)通航水流條件主要分為以下3個(gè)部分:

(1)錢塘江近岸流平行上下游順直岸線,靠船墩所在的內(nèi)凹區(qū)域流速相對(duì)較小,為隱蔽區(qū)。當(dāng)錢塘江上游下泄流量為5 000 m3/s時(shí),船閘外江側(cè)口門外 (靠船墩外)大潮漲落潮最大流速分別為0.69,0.84 m/s,小潮分別為0.54,0.77 m/s;當(dāng)下泄流量為500 m3/s時(shí),口門外大潮漲落潮最大流速分別為1.18,0.35 m/s。

(2)船閘引航道流速與距岸邊距離相關(guān),離岸越近流速越小。船閘口門停泊段A水流流向和岸線基本平行,流速相對(duì)較小,當(dāng)錢塘江上游下泄流量為5 000,500 m3/s時(shí),船閘外江側(cè)口門外除大潮漲急時(shí)刻流速達(dá)到0.59 m/s外,其余時(shí)刻均小于0.24 m/s,因此,在合理避潮調(diào)度下,基本能滿足規(guī)范要求。

(3)停泊段B及引航道口門區(qū)臨近錢塘江近岸流區(qū)域,且航跡線垂直于漲落潮流方向,各工況漲落急流速基本上均明顯超過規(guī)范要求的橫向流速,因此不滿足要求[6]。

3.2 存在問題分析

從現(xiàn)狀水動(dòng)力條件及通航水流要求看,設(shè)計(jì)方案船閘引航道及口門布置主要存在2個(gè)問題:

(1)由于引航道長(zhǎng)度不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,使得設(shè)計(jì)布置非常局促。設(shè)計(jì)方案引航道沒有設(shè)調(diào)順段,所謂的停泊段也僅有2個(gè)靠船墩,其布置是直接伸入錢塘江中,在動(dòng)水區(qū)域,特別是錢塘江水流和船身垂直的情況下,停泊段位置 (主要是停泊段B)的橫向流速基本上均大于船舶安全停泊所要求的0.15 m/s。

(2)靠船墩B外側(cè)錢塘江水流流速較大,而且水流流向和引航道垂直,船舶從引航道進(jìn)入錢塘江時(shí),錢塘江水流流速即為船舶的橫向流速,如錢塘江水流流速為0.6 m/s時(shí),按橫向流速不大于0.25 m/s計(jì),船舶和水流夾角不能大于25°,因此船舶難以從引航道進(jìn)入錢塘江。

4 優(yōu)化布置方案

4.1 優(yōu)化思路

根據(jù)設(shè)計(jì)布置存在的問題及船閘口門區(qū)現(xiàn)狀水流條件,優(yōu)化思路如下:

思路1:改善設(shè)計(jì)船閘口門附近的船舶停泊及通航水流條件,如在船閘上下游附近江道內(nèi)修建丁壩。

思路2:根據(jù)現(xiàn)狀水流條件,取消停泊段的靠船墩,并將兩側(cè)進(jìn)口導(dǎo)航墻修改為喇叭口形式,船舶主要停靠在進(jìn)口兩側(cè)的低流速區(qū)。

但從引航道口門區(qū)的泥沙淤積趨勢(shì)、錢塘江行洪影響及項(xiàng)目投資等方面看,思路2的可操作性明顯優(yōu)于思路1,因此按照思路2進(jìn)行方案優(yōu)化。

4.2 優(yōu)化方案布置及分析

優(yōu)化方案布置示意圖見圖3,去除了船閘外江側(cè)的2個(gè)靠船墩,船閘出口左右側(cè)均改為1/4圓弧,利用船閘口門兩側(cè)的凹口作為停泊區(qū),并初步擬定了航跡線走向,結(jié)果表明:

(1)船閘口門兩側(cè)的停泊區(qū)水流流速均較小,滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

(2)落潮時(shí),引航道口門的橫向流速滿足設(shè)計(jì)要求。按照擬定的航跡線,當(dāng)錢塘江徑流量為5 000 m3/s時(shí),大、中、小潮落急時(shí)刻引航道口門區(qū)最大橫向流速分別為0.25,0.25,0.20 m/s;流量為500 m3/s時(shí),大潮落急時(shí)引航道口門區(qū)最大橫向流速均不大于0.10 m/s。

(3)漲急時(shí),引航道口門的個(gè)別時(shí)段橫向流速有超標(biāo)現(xiàn)象,須采取合理的避潮調(diào)度措施。當(dāng)錢塘江徑流量5 000 m3/s時(shí),大潮漲急時(shí)引航道口門區(qū)最大橫向流速達(dá)到0.35 m/s,當(dāng)流量為500 m3/s時(shí),大潮和中潮漲急時(shí)引航道口門區(qū)最大橫向流速分別為0.46,0.30 m/s,均已超過橫向流速不大于0.25 m/s的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

因此,優(yōu)化方案在漲急避潮等調(diào)度措施下,基本上能夠滿足設(shè)計(jì)的停泊及通航要求,通航條件較原設(shè)計(jì)方案有明顯改善。

圖3 優(yōu)化布置方案外江側(cè)引航道布置圖

5 結(jié) 語

由于場(chǎng)地、河勢(shì)及水流條件等影響,船閘布置中也存在非常規(guī)的引航道布置方式,較難滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求,該布置一般以不影響船舶正常航行為前提,需開展布置的合理性及可行性分析。本文以杭州某旅游性客船船閘為例,通過通航水流條件分析,對(duì)船閘外江側(cè)引航道及其口門區(qū)布置方式優(yōu)化進(jìn)行了探討,可為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

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[4]葉雅思,任啟江.弧線導(dǎo)航墻改善船閘引航道口門區(qū)水流狀態(tài)試驗(yàn) [J].水運(yùn)工程,2011(7):144-146.

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