李亞文，杜澤鵬，唐振華

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)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(nèi)。工程任務(wù)是以防洪、航運(yùn)、發(fā)電和水資源配置為主，結(jié)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(fā)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工作水頭為40.25m，輸水時(shí)間15min，汛期最大運(yùn)行水頭為25.20m，設(shè)計(jì)輸水時(shí)間12min。船閘設(shè)計(jì)代表船舶（隊(duì)）為3000t級單船和2×2000t頂推船隊(duì)，年過閘貨運(yùn)量為5189萬t。

2 基本資料

船閘設(shè)計(jì)最高通航水位設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期按JTJ305-2001《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定應(yīng)為100～20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，但黔江河段在遭遇超過20年一遇洪水時(shí)，河道流速過大，通航困難，考慮到與上、下游河道實(shí)際通航能力相協(xié)調(diào)，船閘設(shè)計(jì)最高通航水位采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，即正常蓄水位（61.00m）；下游相應(yīng)最高通航水位41.24m，即下泄流量Q=35300m3/s對應(yīng)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(tài)流量Q=700m3/s對應(yīng)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(jìn)一步降低淹沒損失可臨時(shí)降至44.00m，相應(yīng)下游通航水位為22.40m。

代表船型設(shè)計(jì)：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(duì)182.00m×16.20m×2.60m。

3 輸水系統(tǒng)型式選擇

根據(jù)JTJ306-2001《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，船閘輸水系統(tǒng)的類型可根據(jù)判別系數(shù)m初步選定：

式中：T——閘室灌水時(shí)間，根據(jù)通過能力要求，采用15min；H——設(shè)計(jì)水頭，取40.25m。

當(dāng)m＞3.5時(shí)，采用集中輸水系統(tǒng)；當(dāng)m＜2.5時(shí)，采用分散輸水系統(tǒng)；當(dāng)m為2.5～3.5時(shí)，可進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證或參照類似工程選定。通過計(jì)算m=2.36，因此采用分散輸水系統(tǒng)。

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(nèi)外實(shí)際運(yùn)行水頭最高的單級船閘，水力學(xué)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(tǒng)。第三類分散輸水系統(tǒng)包括閘墻長廊道經(jīng)閘室中心進(jìn)口垂直分流閘底支廊道四區(qū)段出水和閘底支廊道二區(qū)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(nèi)已建高水頭船閘，大藤峽船閘輸水系統(tǒng)采用閘墻長廊道經(jīng)閘室中心進(jìn)口垂直分流、閘底等慣性四區(qū)段八分支廊道出水、蓋板消能的型式。

4 船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置

4.1 進(jìn)水口

考慮輸水系統(tǒng)充水時(shí)非恒定流對引航道水流的影響及進(jìn)水口附近局部水流的流態(tài)，進(jìn)水口采用側(cè)向多支孔分散進(jìn)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(nèi)取水、部分自庫區(qū)取水的方式，進(jìn)水口布置在靠近上閘首的上游主、輔導(dǎo)航墻內(nèi)，每側(cè)布置8個(gè)5.00m×7.00m（寬×高，下同）的孔口；為保證廊道進(jìn)口頂部不產(chǎn)生負(fù)壓，避免充水時(shí)進(jìn)口前產(chǎn)生漩渦、吸入空氣，使進(jìn)入閘室的水流摻氣而加劇水流的紊亂，進(jìn)口頂?shù)难蜎]水深按0.4倍的設(shè)計(jì)水頭控制，最小淹沒水深9.00m，頂高程35.00m。為了使進(jìn)水口流量分配均勻，每個(gè)進(jìn)水口與主廊道間用漸變段銜接，孔口寬度沿進(jìn)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(cè)總面積120.4m2，為輸水閥門段廊道面積的1.72倍。每側(cè)進(jìn)水口的取水前沿寬度為72.00m，進(jìn)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(cè)閘墻內(nèi)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(kuò)+底擴(kuò)”體型，即工作閥門井后廊道頂部向上突擴(kuò)2.00m，再以1∶50坡度漸擴(kuò)，跌坎部位垂直向下突擴(kuò)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(kuò)腔體。閥門處廊道底高程-7.25m，突擴(kuò)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(cè)主廊道在閘室水體中心處經(jīng)過第一分流口分流后進(jìn)入閘室，第一分流口與主廊道通過T型管相連，T型管處設(shè)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(gè)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(jīng)第一分流口的水平隔板分層轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)有導(dǎo)流脊，水流由縱支廊道進(jìn)入第二分流口后，在一個(gè)大的空腔內(nèi)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(jìn)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(qū)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(shè)15個(gè)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(shè)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(nèi)的泄水箱涵和泄入下游引航道內(nèi)的輔助泄水系統(tǒng)。

泄水箱涵在下閘首末端與兩側(cè)泄水主廊道相接，在下游主、輔導(dǎo)航墻底部轉(zhuǎn)彎后，穿過進(jìn)場路進(jìn)入廠房尾水渠內(nèi)。左、右側(cè)箱涵長度分別為300.00，262.00m，過水?dāng)嗝娉叽鐬?.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(nèi)，為獨(dú)立的泄水系統(tǒng)，斷面尺寸3.00m×3.10m，底高程8.35m。進(jìn)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(gè)側(cè)孔分散出水，每個(gè)側(cè)孔斷面尺寸1.00m×1.60m。輔助泄水廊道各設(shè)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(tǒng)平面布置見圖5。

圖5 泄水箱涵

5 結(jié)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(nèi)外高水頭船閘成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大藤峽船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置采用了閘墻長廊道經(jīng)閘室中心進(jìn)口垂直分流、閘底等慣性四區(qū)段八分支廊道出水、蓋板消能的型式。經(jīng)過設(shè)計(jì)及多家科研試驗(yàn)單位的研究和不斷優(yōu)化，尤其在第二分流口部位創(chuàng)造性地運(yùn)用了自分流體型，解決了大尺度高水頭船閘輸水系統(tǒng)的一系列重大技術(shù)難題，輸水系統(tǒng)各項(xiàng)水力指標(biāo)均能較好地滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對大尺度高水頭船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置有著較大的參考價(jià)值。