林勇 ，代敏

（1.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610031；2.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

某水電站位于湄公河通航河段，屬大（2）型工程，工程等別為Ⅱ等，工程由泄洪沖沙閘、發(fā)電建筑物、兩岸非溢流壩、右岸船閘、左岸魚(yú)道等建筑物組成，樞紐布置擬采用“右岸船閘+右岸泄洪沖沙閘+左岸廠房”的布置方案。根據(jù)中、老、緬、泰四國(guó)政府簽訂的《瀾滄江-湄公河商船通航協(xié)定》及《瀾滄江-湄公河航道維護(hù)與改善導(dǎo)則》，該工程船閘級(jí)別擬定為Ⅳ級(jí)，按通航500t 級(jí)船舶標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，船閘采用右岸單線1 級(jí)船閘[1]，船閘主體段由上閘首、閘室、下閘首及輸水系統(tǒng)組成，閘室有效尺寸為120m×12m×4m，閘首、閘室均采用整體式結(jié)構(gòu)。由于該船閘最大工作水頭約為32.5m，無(wú)論是水頭、還是水位變幅都已接近或達(dá)到了國(guó)內(nèi)外已建船閘的最高水平，而出水口水流條件的好壞關(guān)系到船閘安全穩(wěn)定的運(yùn)行，考慮到該船閘是該樞紐唯一的過(guò)壩通道，其性能優(yōu)劣將直接影響到湄公河干流的航運(yùn)能否暢通，航運(yùn)地位十分重要，因此本文通過(guò)對(duì)下游出水口水流條件的試驗(yàn)研究合理確定下游出水口的布置，保證船閘的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 概述

1.1 主體建筑物布置

船閘布置于右岸，為便于與下游引航道的布置與銜接，船閘中心線與壩軸線成97°夾角。船閘左側(cè)為航道沖沙閘，右側(cè)與右岸非溢流壩段相接。

船閘主體段由上閘首、閘室、下閘首及輸水系統(tǒng)組成。船閘最大工作水頭為32.38m，閘室有效尺寸為120m×12m×4m。具體布置見(jiàn)圖1。

圖1 輸水系統(tǒng)布置

1.2 輸水系統(tǒng)布置

輸水系統(tǒng)采用閘墻長(zhǎng)廊道經(jīng)閘室中心進(jìn)口立體分流、閘底支廊道二區(qū)段出水的分散輸水型式[2]。

進(jìn)水口采用導(dǎo)墻垂直多支孔、部分旁側(cè)取水布置[3]，左邊進(jìn)水口布置在導(dǎo)墻外側(cè)，右邊進(jìn)水口布置在導(dǎo)墻內(nèi)側(cè)，每側(cè)進(jìn)水口由4 個(gè)尺寸為3m×3.3m（寬×高）的孔口組成，每側(cè)進(jìn)水口頂側(cè)布置兩根寬度為1.2m 的消渦梁，消渦梁縫隙寬度分別為0.8m 和1.2m；進(jìn)水口設(shè)攔污柵。

輸水閥門(mén)采用反弧門(mén)[4]，閥門(mén)處廊道斷面尺寸為2.2m×2.6m（寬×高），廊道頂高程為EL.294.620m。主廊道斷面尺寸為2.2m×3.3m（寬×高），在閘室中部設(shè)上、下兩層分流孔向閘室上、下游分流，每個(gè)分流孔尺寸為3.6m×1.4m（寬×高），閘室底板上、下游各1 條輸水支廊道，斷面尺寸為3.6m×3m（寬×高），共布置28 出水側(cè)支孔，孔口尺寸為0.5m×1.4m（寬×高），出水孔側(cè)面閘墻布置0.5 m×0.5m 的消能坎，消能坎頂部高程為EL.301.12m。

右支泄水廊道直接泄水入下游引航道，左支泄水廊道直接泄入航道沖沙閘下游，泄水廊道出水孔孔口前設(shè)有消能格柵，出水孔孔口尺寸為2.2m×0.6m（長(zhǎng)×寬），共20 孔。具體布置見(jiàn)圖1。

2 模型設(shè)計(jì)及試驗(yàn)工況

2.1 模型設(shè)計(jì)及制作

模型按重力相似設(shè)計(jì)，比尺L= 25。模型與原型各物理量換算關(guān)系為：重量及力比尺為：=15625，流速及時(shí)間比尺為(Lr)1/2=5，流量比尺為(Lr)5/2=3125。

閘室邊墻用鋼板制作，輸水廊道采用聚乙烯塑料板，輸水閥門(mén)段及閘室出水段一側(cè)閘墻用有機(jī)玻璃制造。上、下游引航道采用預(yù)制混凝土板，并以水泥砂漿粉面。水工模型的范圍包括原體上游引航道，船閘閘室、輸水系統(tǒng)（包括進(jìn)水口、上閘首，閘室、下閘首泄水出水段）以及下游引航道。

2.2 試驗(yàn)工況

上游最高通航水位為340m、最低通航水位為334.00m；下游最高通航水位為329.38m、最低通航水位為307.62m。試驗(yàn)研究考慮的主要水位組合包括：

（1）上游最高通航水位340.00m ～下游最低通航水位307.62m，此時(shí)水位差為船閘最大工作水頭32.38m；

（2）上游最低通航水位334.00m ～下游最低通航水位307.62m，水頭為26.38m。

2.3 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

該船閘下游與沖沙閘共用引航道，下游引航道寬50m，為調(diào)順引航道內(nèi)水流，船閘下游兩個(gè)出水口分別布置在船閘下閘首和沖沙閘下游，下游出水口選用頂出水格柵式消能室，消能室頂與下游引航道底高程一致，為合理確定出水口布置方案，于下游引航道內(nèi)布置兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)14 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體布置如圖2 示。

圖2 下游引航道流速測(cè)點(diǎn)布置

3 下游出水口水流條件成果及方案調(diào)整

滿足閘室船舶停泊條件、輸水廊道水動(dòng)力特性、輸水時(shí)間要求及上游進(jìn)水口水流條件時(shí)，泄水閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間tv 取6min，閘室泄水時(shí)間11.16min，閘室泄水最大流量為140m3/s，根據(jù)出水口水流條件進(jìn)一步研究確定下游出水口布置方案。

3.1 原方案出水口水流條件

為調(diào)順引航道內(nèi)水流，下游出水口選用頂出水格柵式消能室[2]，消能室頂與下游引航道底高程一致，為使引航道內(nèi)水流均勻在消能室內(nèi)則設(shè)挑流檻，以調(diào)順出水口橫向流速分布，格柵孔縫尺寸為2 ～20×2.2×0.6 m（數(shù)量×長(zhǎng)×寬），頂出水格柵式消能室及挑流坎尺寸見(jiàn)圖3～4。

圖3 沖砂閘側(cè)

圖4 下閘首側(cè)

該布置型式下，最大流量時(shí)，下游引航道流速分布見(jiàn)表1，雙邊船閘雙邊泄水時(shí)，I 斷面最大流速0.79m/s，最小流速0.41m/s；II 斷面最大流速0.72m/s，最小流速0.48m/s。單邊泄水時(shí)，除距離岸邊較近的流速較大，接近規(guī)范限值外，其余各測(cè)點(diǎn)流速均較小。

表1 原方案下游引航道流速（單位：m/s）

該布置方案雖基本滿足規(guī)范要求，但引航道內(nèi)流速分布不均勻，特別是引航道內(nèi)的流速分布呈中間小、兩邊大的分布，對(duì)引航道內(nèi)的船舶停泊待閘不利，有必要采取進(jìn)一步的措施，優(yōu)化下游引航道內(nèi)的流速分布。

3.2 方案優(yōu)化調(diào)整及水流條件

3.2.1 方案優(yōu)化調(diào)整

將下閘首左側(cè)導(dǎo)航墻采用底部透空的布置型式，即在下游最低水位以下1m（導(dǎo)墻306.62m 高程以下）采用透空城門(mén)式布置，以使水流內(nèi)快速向引航道中間調(diào)整，解決雙邊運(yùn)行時(shí)引航道內(nèi)流速兩邊大、中間小的問(wèn)題，同時(shí)將下游兩支出水廊道連通，解決單邊運(yùn)行時(shí)引航道內(nèi)出水側(cè)流速過(guò)大的問(wèn)題，調(diào)整后的布置如圖5 示。

圖5 調(diào)整后的出水口布置

3.2.2 出水口水流條件

方案優(yōu)化調(diào)整后，船閘最大流量時(shí)下游引航道流速分布見(jiàn)表2。雙邊船閘雙邊泄水時(shí)，I斷面最大流速0.75m/s，最小流速0.41m/s；II 斷面最大流速0.73m/s，最小流速0.49m/s；引航道內(nèi)流速呈左側(cè)小右側(cè)大的分布，更有利于船舶在引航道內(nèi)停泊待閘（船舶停泊在引航道左側(cè)）。左側(cè)單邊泄水時(shí)，I 斷面最大流速0.78m/s，II 斷面最大流速0.63m/s；右側(cè)單邊泄水時(shí)，I 斷面最大流速0.51m/s，II 斷面最大流速0.49m/s。由試驗(yàn)結(jié)果可知，上述調(diào)整對(duì)改善下游引航道水流條件起到了較好的作用，各工況下引航道流速均滿足規(guī)范要求。

表2 調(diào)整方案后下游引航道流速（單位:m/s）

4 結(jié)語(yǔ)

該船閘是湄公河航運(yùn)干線的咽喉，航運(yùn)地位十分重要，其性能優(yōu)劣將直接影響到湄公河干流的航運(yùn)能否暢通，因此本文通過(guò)對(duì)下游出水口水流條件的試驗(yàn)研究合理確定下游出水口的布置，保證船閘的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)出水口下游引航道水流條件，布置格柵式消能室、設(shè)置不同尺寸挑流坎、連通下游兩支出水廊道等措施可有效改善下游引航道水流條件，有利于船舶在引航道內(nèi)停泊待閘，各工況下引航道流速均滿足規(guī)范要求。