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
文训科1，兰芙蓉2，刘晓帆1
（1.四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都610017； 2.长沙理工大学，湖南长沙410114）
摘要：针对山区河流航电枢纽建设后实际最大通航流量无法满足规范要求的问题，对山区河流航电枢纽布置后的最大 通航流量进行研究。依托东风岩航电枢纽，采用物理模型试验等方法，结合东风岩枢纽通航水流条件模型试验和船模试验
分析船闸上、下引航道口门区及连接段水流条件和通航条件，从而对东风岩航电枢纽安全通行的最大通航流量提出建议, 并提出山区河流中低水头航电枢纽最大通航流量不应低于天然情况下该河段的禁航流量等结论。该研究成果可为山区河流 中低水头航电枢纽最大通航流量的确定提供借鉴。
关键词：山区河流；航电枢纽；禁航流量；最大通航流量中图分类号：U6
文献标志码：A
文章编号：1002-4972（2021）03-0151-08
Study on the maximum navigable flow of navigation power junction in mountainous rivers
WEN Xun-ke 1, LAN Fu-rong 2, LIU Xiao-fan 1
(1.Sichuan Communications Surveying and Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610017, China;
2. Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)
Abstract ： In view of the problem that the actual maximum navigable flow after the construction of the
navigation and power junction in mountainous rivers can't meet the requirement of the code, we study the maximum navigable flow after the arrangement of the navigation and power junction in mountainous rivers. Based on the
Dongfengyan navigation power junction, we analyze the flow and navigation conditions of the entrance area and the connecting section of the upper and lower approach channels of the ship lock by means of physical model test and ship model test, and put forward suggestions on the maximum navigation flow for safe navigation of Dongfengyan
navigation power junction, and come to the conclusion that the maximum navigable flow of the medium-low-head hydro junction in the mountainous river should not be lower than the f
orbidden flow of the natural river. The
research results may serve as a reference in the determination of the maximum navigable flow of the middle-low- head hydro junction in mountainous rivers.
Keywords ： mountainous river; navigation power junction; prohibited flow; maximum navigation flow
枢纽最大通航流量通常根据船闸设计最高通
商旅系统
航水位确定。根据现行标准[1]，对于山区河流船
闸设计最高通航水位，川级船闸的洪水重现期可
采用10 a, W 、V 级船闸可采用3〜5 a 。根据四川
已建及在建嘉陵江、岷江、涪江上船闸的运行情
况发现，按规范确定的船闸设计最高通航水位值
偏高，在出现相应的最大通航流量时，河流的流
态早已恢复为天然状态，纵、横向流速不能满足 规范规定的流速限值要求，进、出船闸的船队操 作困难，不能保证船舶航行安全，可安全通航的 最大通航流量远低于设计最高通航水位对应的流
量。因此，须对山区河流航电枢纽实际最大通航
流量进行分析研究。
针对山区河流最大通航流量，国内已开展一
收稿日期： 2020-06-23
作者简介：文训科（1976—），女，硕士，高级工程师，
从事港口与航道工程设计及规划研究
•152•水运工程2021年
些研究。郝岭等［2］提出采用高水通航历时保证率法确定船闸设计最高通航水位，并对嘉陵江W级船闸水位提出高水通航历时保证率99%的建议值；闵朝斌［3］提出采用高水保证率（或历时率）法结
合禁航水位来确定内河航道设计最高通航水位是值得考虑和验证的。本文在上述研究的基础上，依托岷江东风岩航电枢纽工程，结合东风岩枢纽通航水流条件模型试验和船模试验，重点分析东风岩船闸上、下引航道口门区及连接段水流条件和通航条件，以确定东风岩枢纽安全通行的最大通航流量，并对其与河段禁航流量的关系进行研究。
1工程概况
东风岩航电枢纽位于乐山市五通桥区道士观河段，是岷江（乐山一宜宾）干流自上而下开发的第2个梯级，是以航运、发电为主，兼顾旅游发展和其他水资源综合效益的枢纽工程。枢纽正常蓄水位344.00m，电站采用低坝开发方式，电站装机容量270MW，具有日调节能力，渠化航道里程14.8km，航道及船闸等级为川级，建成后可常年通行1000吨级船舶。枢纽主要建筑物有河床式水电站厂房、船闸、泄洪冲砂闸和库区防护堤等［4］。
1.1坝址河段地形
推荐坝址位于道士观下游，左岸位于金栗桥上游300m处，坝址处河槽宽约1300m，枯水期江面宽400〜500m，主河床位于左侧，右侧为失火盆河心洲，洲滩长约17km，洲尾河道右岸有神堂溪和石桥沟支流汇入。坝址上游3.1km处为道士观卡口，岷江河道在此处由1100m缩窄为600m左右。坝址下游约1.1km处河道被双漩坝分为左、右两汉：左汉为支汉，右汉为主汉。坝址河段河势见图1o
图1坝址河段河势
1.2枢纽总平面布置
枢纽布置方案采用左厂房右船闸方案，即厂房布置于左岸主河床，船闸布置于右岸河心洲，沿坝轴线从左至右依次布置36.5m长左岸接头坝、271.5mx22.0m（长x宽）电站厂房及安装间、1孔5mx4m（宽x高）的排漂闸和31孔20mx 13.5m（宽x高）泄洪闸、14m宽右侧连接坝、63m宽船闸、128m右岸接头坝。船闸轴线的确定综合考虑枢纽布置要求、二线船闸布置及与上下游主河道平顺衔接要求。根据枢纽泄洪及通航衔接的要求，船闸侧上游疏挖至333.00m等高线，坝下疏挖至330.00等高线。东风岩航电枢纽布置见图
2o
安全监控
第3期文训科，等：山区河流航电枢纽最大通航流量研究•153•
图2推荐方案枢纽布置（单位：m）
船闸轴线沿右侧河岸垂直于坝轴线布置，船闸由上下闸首、闸室和上下引航道组成，全长1752m。上闸首上端线位于坝轴线上游30m处，上闸首顶高程为347.40m，进水口段上方布置了7m宽的交通桥。上闸首长50m，内外边墩顶宽22m；闸室长200m，内外闸室墙顶宽为8m；下闸首长45m，下闸首内外边墩顶宽22mo上引航道采用向内拓宽布置，往上游依次布置了191.2m 长的导航段、233.8m长的调顺段及180m的停泊段。下引航道采用向内侧拓宽布置，往下游依次布置了186.2m长的导航段、275.8m长的调顺段，180m长的停泊段以及根据模型试验建议增加的210m长的直线段。
1.3水库运行方式
1）当坝址来流流量小于或等于电站引用流量4404m3/s时，库水位维持在正常蓄水位344.0m，闸门全关，流量全部通过水轮机下泄；
2）当坝址来流流量大于4404m3/s、小于12000m3/s时，库水位维持在正常蓄水位344.0m 至死水位343.5m之间运行，水轮机过流4404m3/s，其余水量通过逐步开启闸门全弃；
3）若预报有超过12000m3/s洪水时，老木孔敞泄后东风岩可根据淹没控制水位及上下游航运要求开始加大泄量下泄；
4）入库流量达15000m3/s左右时水库敞泄，水位在339.0〜340.0m；
5）水库退水，流量为15000m3/s以下时，可逐步将坝前水位回蓄至正常蓄水位344.0m。
1.4通航参数及要求
1）设计代表船型：2x1000t,2排1列分节驳顶推船队，船队尺寸为168.0mx10.8mx（2.2〜2.6）m（长x宽x吃水）；
2）设计最高通航水位对应流量：根据规范要求，东风岩枢纽船闸设计最高通航水位洪水重现期可采用10a，其对应的通航流量为30100m3/s；
3）口门区最大流速限值：纵向流速W2.0m/s，横向流速冬W0.3m/s，回流流速v0W0.4m/s；
4）船队航行参数判别标准。船队航行参数判别标准参照相同试验研究采用的航行标准，船队在口门区航行时，操舵角应不大于20°，航行漂角应不大于10°。
2模型设计与验证
根据东风岩整体水工模型试验报告⑸，物理模型采用几何比尺为1：110，模拟范围从坝轴线上游约1.8km至坝轴线下游约2.2km处，总长约4.0km。河道地形采用断面桩点法，模型安装采用水准仪和经纬仪控制，地形高程误差、平面距
-
154-水运工程2021年
离误差、建筑物高程误差以及长度误差精度符合试验规程规范要求。
模型与原型主要采用洪、中、枯三级流量瞬时水面线进行水位、流速、流向验证试验，结果表明模型与原型的水位差以及模型流速值与原型值差值均满足规范要求，浮标的运动轨迹与原型浮标基本一致，流线基本重合。船模制成后为检验船模与实船的排水量、重力及机动性能的相似性，根据实船资料并按照相关规程［6-7］要求进行率定试验，率定了 2.0、2.5、3.0、3.5和4.0m/s 5种静水航速，并以2.5和3.0m/s的航速为主要试验航速。为满足船模的操作性与实船相似，进行了尺度效应修正，根据要求采用减小舵面积的方法改变舵效，从而使船模与实船的操作性能达到相似。
东风岩枢纽通航水流条件模型试验和船模试验在东风岩枢纽整体水工模型试验的基础上，采用VDMS实时测控系统，测量船闸上、下游引航道口门区及连接段的流场、流速，测量船模航行时的船位、操舵过程，获取所需的流速流态以及船模航行参数（图3、4）。
图3通航水流条件模型试验
图4船模试验
结合枢纽的运行调度方式和通航要求，试验主要分11级流量，分别为856、1468m3/s（3台机引用流
量）、2940m3/s（6台机引用流量）、4404m3/s（9台机组满发）、9000、12000m3/s （分界流量）、14000、15000m3/s（敞泄流量）、16900m3/s（保证率P二50%）、24300m3/s（P二20%）和30100m3/s（P二10%）。
3模型成果分析
3.1通航水流条件
3.1.1上引航道口门区及连接段水流条件
试验结果表明，当流量Q<4400m3/s时，由于泄水闸关闭，只有左侧电站泄流，受上游泄水闸阻挡顶托的影响，水流在上引航道口门上游开始斜向电站，口门区及引航道左侧形成1个三角形回流区，回流强度不大但范围较大。当Q二4400m3/s时，斜流起点在口门上游600m左右，口门区及连接段形成2个反向回流区，回流中心在口门上游40m左右，回流速度小于0.1m/s，口门区最大纵向流速为0.41m/s，最大横向流速为0.14m/s；连接段最大纵向流速0.65m/s，最大横向流速0.15m/so因此当Q W4400m3/s时，上游引航道口门区及连接段通航水流条件良好。
当流量Q在4400〜15000m3/s时，电站和泄水闸联合运行，上、下游引航道口门区及连接段水流条件受到枢纽泄水闸调度方式的影响。泄水闸下泄洪水时，来水主要沿河道左侧过流，在引航道左侧形成
斜流，水流转绕导流堤堤头而流向枢纽，不同流量时水流在距堤头不同的距离有不同的斜流偏角，口门区左侧为斜流区，由于口门右侧导航墙的影响，口门区范围及引航道内受斜流作用下的回流难以测量。
当流量Q二12000m3/s时，由于河道主流速度较小，口门区纵、横向流速不大，口门区左侧最大纵向流速1.39m/s，最大横向流速0.24m/s，连接段最大纵向流速1.6m/s，最大横向流速0.15m/s，流速分布见图5a）；当流量Q=14000m3/s时，口门区左侧最大纵向流速1.14m/s，最大横向流速
第3期文训科，等：山区河流航电枢纽最大通航流量研究•155•
0.35m/s(>0.3m/s)，连接段最大纵向流速1.97m/s，最大横向流速0.47m/s，口门区及连接段横向流速超标，流速分布见图5b)；当Q=15000m3/s 时，口门区左侧最大纵向流速2.34m/s，最大横向流速0.52m/s，连接段最大纵向流速2.85m/s，最大横向流速0.42m/so口门区及连接段纵、横向流速全面超标，水流条件不能满足规范要求；当流量Q>15000m3/s时，泄水闸全开敞泄。试验结果表明，所有流量在口门区及连接段的纵、横向流速均超过规范值，水流条件不能满足要求。
L35-L30-L20-L10-
R10-
R20-R25-I
-1.39(0.20)
彳-1.37(0.20)
J-1.32(0.20)
-4-1.25(0.19)
扌---
J-1.05(0.18)
7-0.88(0.17)
-1.34(0.20)
彳-1.30(0.20)
J-1.20(0.19)
J-1.08(0.18)
J-0.92(0716r~
/-0.74(0.12)
L0.54(0.08)
-1.20(0.20)
千1.14(0.19)
右艸船闸上
笔顺编号j—0.68(0.10)
/-0.51(0.07)
1-0.34(0.04)
-0.95(0.17)
刁-0.87(0.16)
J-0.68(0.13)
7-0.49(0.11)
^0732(0.08)-----
/-0.18(0.06)
'-0.06(0.05)
-0.71(0.08)
弓-0.65(0.07)
J-0.50(0.05)
J-0.35(0.02)
-0.21(-0.GT)-
(-0.08(-0.04)
0.03(-0.06)
-0.66(0.03)
□-0.59(-0.01)
J-0.43(-0.02)
J-0.26(-0.06)
r-(ni(-0.09)0D3)
0.01(-0.11)0.09(-0.02)
0.09(-0.12)U0.12(-0.01)
-0.37(0.01)
1-0.32(0)
'-0.20(-0.02)
-0.08(-0.03)
500420340260180100200
流场纵向位置/m
a)Q=12000m3/s
500
-1.97(0.37)
-1.9(0.36)
-1.80(0.34)
-1.66(0.33)
£4-------
-1.21(0.28)
-0.92(0.24)
-1.98(0.44)
仿古建筑J-l.84(0.41)
J-1.65(0.37)
内外网文件交换丿1.41(0.33)
J1.14(0^8)—
7-0.85(0.22)
L o.56(O.16)
^,-1.56(0.47)
J-l.34(0.43)
丿-1.09(0.38)
7-0.82(0.33)
卜0.55(0.27)—
-0.30(0.22)
-0.08(0.17)焊割气
—
-1.14(0.35)
J-0.91(0.30)
gR
-0.84(0.12)
J-0.61(0.06)
7-0.39(0.01)
/-0.20(-0.04)
'-U.U3(-U.O9)
0.10(-0.12)
0.20(-0.15)
-0.69(0.03)
7-0.45(-0.03)
7-0.24(-0.07)
/-0.05(-0.11)
o.n)(-o.o3)
0.20(-0.15)
0.26(-0.16)
-0.26(-0.04)
-0.15(-0.07)
-0.05(-0.09)
0.02(-0.09)
0.11(-0.07)
0.13(-0.05)
420340260180100200
流场纵向位置/m
b)2=14000m3/s
注: 1.上引航道口门区流场纵向以堤头为坐标原点，横向以引航道中心线为原点，向右为“R”，向左为“L”
2.纵向流速向上游为“+”，向下游为“-”；横向流速向左岸为“+”，向右岸为“-”。
3.括号外为纵向流速，括号内为横向流速。
图5上引航道口门区及连接段流速分布
3.1.2下引航道口门区及连接段水流条件
试验结果表明：当流量Q<4400m3/s时，泄水闸关闭只有电站机组过流，由于下游河道中心双漩坝地势较高，阻止水流下泄，电站下泄水流绝大多数由右侧河床过流，下泄主流与下游引航道中心线形成
较大的交角，并在口门区形成大范围回流区，但由于主流流速不大，回流也较小(<0.24m/s)；连接段最大纵向流速1.19m/s，最大横向流速0.6m/s，主要出现在堤头下游600〜700m范围内。
当流量Q在4400〜15000m3/s时，该流量段电站和泄水闸联合运行，下泄水流主要向右侧河道汇集，在口门区和连接段形成一条明显的水流分离带，分离带的左侧为斜流区，右侧形成回流区，且随着流量的变化分离带的位置随之变化，回流区回流强度和范围不稳定，连接段弯道航线基本处于斜流区内，且水流与航线的夹角较大，造成横向流速过大。
当流量Q二9000m3/s时，口门区左侧最大纵向流速0.89m/s，最大横向流速0.23m/s；当流量Q二12000m3/s时，口门区左侧最大纵向流速1.04m/s，最大横向流速0.32m/s，流速分布见图6a)；当流量Q=14000m3/s时，口门区左侧最大纵向流速1.23m/s，最大横向流速0.36m/s，流速分布见图6b)o试验结果表明：当流量Q二12000m3/s时，下引航道口门区左侧末端个别点位横向流速超标，其余基本能满足规范要求；当流量Q=14000m3/s时，下引航道口门区横向流速大面积超标，无法满足规范要求。当上游来水量Q在15000〜16900m3/s时，泄水闸全开敞泄，泄水闸下泄水流过右侧沿主河槽汇流而下，口门区回流区范围减小；随着流量的增大，下游水位
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