2021年3月
第3期总第580期
水运工程Port & Waterway Engineering
Mar. 2021
No. 3 Serial No. 580
祁永升-许光祥―2，许锡宾1，刘志敏3，王 定3
(1.重庆交通大学河海学院，重庆400074； 2.国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074；
3.湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南长沙410008)
摘要：湘江近尾洲枢纽二线船闸为升级改造工程，位置和轴线没有选择余地，下游引航道口门区的通航水流条件只能
依靠优化开闸方式或修建导流墩来改善。采用1:100定床正态河工物理模型试验，在充分认识常规开闸泄流方式下游引航道 口门区水流条件的基础上，通过多种开闸泄流方式的组合试验以及导流墩布置数量、间距、角度等优化试验，提出常规开 闸+边孔补流的泄流方式，或布设单墩长度20 m 、走向与航线平行、间距20 m 的3个导流墩，均可将通航流量提高到2 a 一
遇洪水标准。
关键词：口门区；泄水闸；河工试验；导流墩；通航水流条件中图分类号：U641
文献标志码：A
文章编号：1002-4972(2021)03-0126-06
Measures of improving navigable flow conditions in entrance area of downstream
approach channel of Jinweizhou second-line ship lock in the Xiangjiang River
QI Yong-sheng 1, XU Guang-xiang 1，2, XU Xi-bin 1, LIU Zhi-min 3, WANG Ding 3
(1.College of River and Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;
2.National Engineering Research Center for Inland Waterway Regulation, Chongqing 400074, China;
3.Hunan Provincial Communications Planning, Survey & Design Institute Co., Ltd., Changsha 410008, China)
Abstract ： The second-line ship lock of Jinweizhou Junction in Xiangjiang is an upgrade and reconstruction
锐射
project. There is no choice of location and axis. The navigational flow conditions in the entrance area of the
downstream approach channel can only be improved by optimizing the opening method or constructing a diversion pier. Using 11100 fixed-bed normal river physics model test, on the basis of fully understanding the water flow
conditions of the downstream approach channel entrance area of the conventional gate discharge method, through a combination of multiple-gate discharge methods and diversion pier layout optimization experiments such as number, spacing, angle, etc., we propose the conventional way of opening gate + side hole supplementary discharge, or the
wlan下线arrangement of three diversion piers with a single pier length of 20 m, a direction parallel to the route, and a spacing of 20 m. Both can be opened to the traffic flow increased to a flood in 2 years.
Keywords ： entrance area; sluice gate; river test; diversion pier; navigable flow condition
船闸上、下游引航道口门区的通航水流条件
直接影响到船舶进出船闸的安全，是通航枢纽规
划布置的关键问题之一。在自然河段上修建水工
建筑物，因航运需求，部分枢纽不得不修筑在弯
曲河道，使得引航道口门区出现复杂流态，通常
以回流、斜流为主。当回流和斜流达到一定强度
收稿日期：2020-06-10
作者简介：祁永升（1995—），男，硕士研究生，从事航道整治研究。
通讯作者：许光祥（1966—），男，博士，教授，从事航道工程研究工作。E-mail ： 527867610@ qq.
com.
第3期祁永升，等：湘江近尾洲二线船闸下游引航道口门区通航水流条件改善措施• 127 •
后，便演变为碍航不良流态［1］o
针对船闸口门区流态问题，《船闸总体设计
规范》对通航水流条件作了具体规定［2］o 对于
I 〜IV 级船闸，其口门区范围内最大纵向流速、回
流流速、横向流速应分别低于2.0、0.4、0.3 m/so
国内外学者亦对改善措施开展了诸多研究，提
出调整隔流堤位置、采用透空式导航墙、设置
丁潜坝以及优化堤头形式等方法［3-8］。这些学者
在研究口门区通航水流条件改善措施时，基本
上是针对具体河段工程提出改善措施，虽然有
很好的借鉴性但缺乏通用性。同时，随着经济 的发展及水路交通运输需求的增长，船闸改扩 建工程取得了快速发展［9-11］。因此，在改善口
门区通航水流条件方面，不仅要沿用已有的工
程措施，还要研究通用性较强、紧密联系新建
船闸的改善措施［12］o
近尾洲枢纽位于湘江中游，主要建筑物包括大 坝、发电厂房和船闸（图1）o 水库总库容4.6亿m 3,
正常蓄水位66.10 m，相应库容1.543亿m 3，坝
址以上控制流域面积2.86万km 2，多年平均流
量752 m 3/so 枢纽所处河段平面上看似“烟斗
状”，坝下2 km 左右河势左向急转90°o 坝上游
库区，河段水深富足，深弘最小水深近10 m，水
深超过2.4 m 的最小河面宽度达340 m，通航水域
优良；而下游河段，通航水域宽度有限，且连续 性较差，进闸航道尺度明显不足，通航条件较差。
图1近尾洲枢纽平面布置（单位：m ）
电站扩机一线船闸
二线船闸扩建受地形、河势及一线船闸的制
约，船闸扩建工程的外部边界条件较为复杂，其 位置和轴线没有选择余地，下游引航道口门区的
通航水流条件只能依靠优化开闸方式或修建导流
墩来改善。因此，本文依托近尾洲水利枢纽二线
船闸扩建工程，采用定床水流物理模型试验，分
析不同开闸方式及导流墩布设对二线船闸下游引 航道口门区通航水流条件的改善效果，为类似工
程设计提供参考。
1模型试验设计为详细了解不同方案口门区通航水流条件，近 尾洲枢纽采用1:100的几何比尺建造定床正态河工
模型，满足几何相似、重力相似及阻力相似条件。
研究段主要集中在枢纽上、下游各约1.2 km 的河 段。模型制作依据的主要地形资料是1：1 000河道
地形图，河道模型采用断面板法用水泥沙浆刮制而
成，水工建筑物模型采用树胶板、水泥砂浆等制 作。模型建成后主要对洪水和枯水水面线、大断面
流速分布进行了验证。验证结果表明：模型洪、枯 水水面线与原型水文测验结果误差多数在±0. 050 m 范围内，个别洪水最大偏差为0.087 m ，均未超过
0.100 m，洪、枯流量水位验证结果满足规定的误差
要求； 对于洪、 枯水大断面流速， 模型与原型流速
偏差不大于±10%，流场相似度较高（图2）o 模型设
计满足定床河工模型的相似性要求， 可进行水流特
• 128 •水运工程2021 年
性、工程方案等下一步试验。各断面水位验证见表1
表1水位验证结果（Q = 4 200 m 3/s ）
里程/km
原型水位/m 模型水位/m 偏差/m
-1.43766. 34366. 341-0. 002-0. 72766. 29466. 277-0.017-0. 27166. 25866. 2680.010
0. 40061. 32761. 240-0. 0871. 871
61. 003
61.010
0. 007
近尾洲枢纽共设有22孔溢流闸坝（图3），闸
门启、闭方式依水库调度和泄洪消能的情况确定。
闸门分川个区调度：根据入库流量，按以下顺序
进行调度7#〜9#孔、10#〜14#孔、7#〜14#孔、15#〜 22#孔、1 #〜6#孔闸门。
船闸段4 100 1 32035 82000Q 9330
\重力坝
护坦
ZI0600 卜 9S 寸 EZIO# % % # 甘 甘
甘
和
z e ziiiiiiiiii
oo 卜 9 s 守 cn
cn
7 04 04 00 I/") <)JXl-LXLMIJJ-m i 消力池
消力池
（II 区：实用堰段）厂房段
海漫海漫
海漫
溢流坝段
（I 区：实用堰+消力池段）（in 区：平底闸段）
重力坝/
图3枢纽泄洪闸平面布置（单位：mm ）
主厂房
安装场彳
副尸■房
副厂房X
气雾阀2常规开闸方式对通航水流条件的影响根据近尾洲枢纽设计资料及泄洪调度安排, 选取 373、1 393、2 193、3 493、5 210、6 963、
8 200,12 300 m 3/s 的流量进行常规泄流开闸试验。
试验结果如图4所示。
图4常规开闸方式下口门区特征流速
从图4可见，在常规开闸方式下，对于口门
区纵向流速，当流量Q W8 200 m 3/s （2a —遇洪水
流量）时，其纵流较小，一般不超过0. 5 m/s ；但
当流量Q = 12 300 m 3/s （10 a 一遇洪水流量）时, 口门区纵流为2. 26 m/s，略超标。对于口门区横
向流速，当流量小于2 a 一遇洪水时，横流绝大多
数小于0. 3 m/s，虽有超标但不大于0. 41 m/s ；当
流量达到10 a 一遇洪水时，横流可达到0. 86 m/s,
明显超标。对于口门区回流流速，除2a 一遇洪水
流量外，其余工况回流流速均不大于0. 4 m/s ，但 在Q = 8 200 m 3/s 集中泄流工况下，口门区回流最
大为1.05 m/s，超标严重。综上分析，在常规开闸 方式下，口门区通航流量基本可以达到5 210 m 3/s,
但要达到2 a 或10 a 一遇的通航流量有一定困难, 因此，选取2a 一遇流量（Q = 8 200 m 3/s ）作为最不
利通航流量进行口门区改善措施研究。
3边孔补流优化方案
3.1方案布置
为优化二线船闸下游引航道口门区通航水流
第3期祁永升，等：湘江近尾洲二线船闸下游引航道口门区通航水流条件改善措施•129•
条件，选用22#泄洪闸作为边孔，进行边孔补流试验研究。综合特征通航流量、水库调动需求以及常规调度最不利通航流量，边孔补流优化方案针对Q=8200m3/s流量设置了6种开闸工况（表2），重点分析靠近船闸的22#边孔泄水孔下泄流量大小对通航水流条件的影响。
表2边孔补流开闸方式试验工况（Q=8200m3/s）
编号工况总流量/
说明（m3・s-1）
坝上
水位/m
坝下
水位/m
尾门
水位/m
流量 开闸方式
说明
A1边孔未开泄洪闸7#〜14#全开
A1-1边孔开1m泄洪闸22#（边孔）开1叫剩余流量由7#〜14#匀泄A1-2边孔开2m P=50%洪水，边孔开2m，剩余流量由7#~14#匀泄
820066.164.7663.60
A1-3边孔开4m停机控泄边孔开4叫剩余流量由7#〜14#匀泄
A1-4边孔开6m边孔开6叫剩余流量由7#〜14#匀泄
A1-5边孔全开边孔全开，剩余流量由7#〜14#匀泄
3.2边孔补流通航水流条件改善效果
工况A1、A1-1、A1-2为边孔不补流或补流不大的方式，其口门区、连接段回流较强，3种工况最大回流达到1.0〜1.2m/s（图5），不满足船闸总体设计规范要求。
图5边孔补流对二线船闸下游通航水流条件的影响
工况A1-4、A1-5为边孔补流较多的方式，其口门区、连接段纵流不大，回流较小，横流也基本满足规范要求，总体通航条件优于工况A1，为比较合理的开闸方式。
工况A1-3纵流较小，口门区最大纵流为0.17m/s；回流不超标，最大回流为0.36m/s；横流较为微弱，口门区最大横流为0.11m/s，均满足通航水流条件，为最佳的开闸方式。
对于二线船闸下游引航道口门区横、回流均满足规范要求的工况有A1-3、A1-4、A1-5，其中A1-3最佳。其他主要体现为泄洪工况的回流超标。
根据Q=8200m3/s流量下的边孔补流开闸方式试验研究分析得知，边孔（22#闸孔）适当补流可明显减弱口门区及连接段回流，同时纵、横流无显著增大。因此，对二线船闸通航条件有利的开闸方式为：Q V3493m3/s（保证率P=3.1%）时，泄洪采用常规开闸方式；Q>3493m3/s时，泄洪采用常规开闸+边孔补流的方式，即开启常规闸孔的同时，22#边孔需要开闸补流310m3/s左右流量，这时主泄洪闸孔的开度比常规开闸略小。
4导流墩优化方案
近尾洲闸门调度不隶属于航道管理部门，如何开闸难以掌控，因而还需要研究其他可行备选方案。布设导流墩是解决船闸下游口门区横、回流偏大问题的常用措施
。
• 130 •水运工程2021 年
4.1 方案布置
导流墩单个长度取L = 20 m，布置轴线从左导
航墙堤头开始，顺航槽布置，如图6所示。
导航墙堤头
7LTT
£
图6导流墩轴线及工况布置（单位：m ）
导流墩优化设置3个参数：数量N 、间距D 和角度0。其中N 取3、5、7个，D 取10、20、 30 m, 0取0°（导流墩平行布置轴线）、-20°（顺时
路障灯
针）、10°、20°等工况进行优化。4.2 导流墩通航水流条件改善效果4.2.1导流墩数量的影响
以间距D =10 m，角度0 = 0°研究导流墩个数
对口门区水流条件的影响，图7为不同导流墩数
量试验流速对比。试验发现导流墩可明显减小口
门区纵流，其最大减幅可达1.5 m/so N =3时纵流
小于1. 5 m/s , N = 5、N = 7时小于1. 2 m/s ，均满
足最大纵流要求。 导流墩对横流和回流的影响也较 为明显，口门区横向流速最大减幅可达0.4 m/s,
回流流速最大减幅可达0.4 m/s，所测工况横、回 流基本满足规范要求。
综上可知，N =3能满足通航要求，工程量最
少，因此导流墩宜取3个。
.5
7S .U I >ft>
垢垢蕊
-0.2 -O.r*O.O 0」0.2 0.3
0.4 0.5 0.6 0.7
里程/km
a ）纵流
0.9
0.60.30.0-0.4"€
.旦>
瑕
畳
7S .U I )/
商
餐回
-0.2 -0.1
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
里程/km
赋码管理是什么意思b ）横流、回流
图7导流墩数量对流速的影响（D =10m , 0 = 0° ）
4.2.2 导流墩间距的影响
取n =3, 0 = 0°研究不同间距对口门区水流条
件的影响， 试验结果见图 8。 总体上看， 间距的影
响没有数量的影响明显，但各工况之间仍存在一
定差异。
7S .U I )>
弗握垢蕊
a ）纵流
r s g y w
垢
垢輕
7
刃旦>瑕垢垢回
过滤网篮
b ）横流、回流
图8导流墩间距对流速的影响（N = 3, 0 = 0°）
对于纵流，口门区各间距均满足要求，且D =
20 m 的纵流最小；对于横流，在各间距下口门区
流速均小于0. 3 m/s ，满足横流要求；对于回流,
D =10 m 和D = 20 m 差异不大，在口门区和连接
段均不超过0.4 m/s, D = 30 m
时在连接段末段为
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议