河流樞紐工程船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某樞紐船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析船閘工程建設(shè)中，要做到船舶航行過閘安全、通暢，力求布置簡(jiǎn)單。就要充分做好船閘輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析。船閘輸水系統(tǒng)應(yīng)包括進(jìn)水口、閥門段、輸水廊道、出水口、消能工和鎮(zhèn)靜段等；并且應(yīng)該滿足一下基本要求：灌水和泄水時(shí)間；船舶船隊(duì)在閘室內(nèi)的停泊條件和引航道內(nèi)的停泊和航行條件；船閘各部位在輸水過程中不至由于水流沖刷、空蝕、振動(dòng)等造成破壞。本文以某樞紐新建二線船閘工程為例，對(duì)船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的輸水方式選擇、灌泄水、船舶停泊條件、船閘通過能力等方面進(jìn)行比較分析。1工程概況本河是該區(qū)中部地區(qū)最大的一條引排河道，西端連接xx江，東端勾通大海，擔(dān)負(fù)著本地區(qū)的主要引水、航運(yùn)和排澇任務(wù)。該閘水利樞紐位于本河西端，距xx江邊約1000m，是本河銜接xx江的控制建筑物，在地理位置上屬于xx區(qū)，主要為該區(qū)服務(wù)。根據(jù)規(guī)劃，該片各支河河口控制工程建成后，片內(nèi)的內(nèi)河水位將處在人為調(diào)控狀態(tài)，片內(nèi)的最高控制水位在3.75m（現(xiàn)狀為4.2m），常水位在2.50～2.80m，最低水位（預(yù)降水位）為2.00m。本次擴(kuò)建二線船閘規(guī)模為：閘首凈寬23m，閘室凈寬23m，長(zhǎng)280m（有效長(zhǎng)度260m），門檻水深3.75m。2輸水方式選擇由《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ306-2001），閘室輸水時(shí)間可由式2-1估算，輸水類型判別系數(shù)由式2-2計(jì)算：T=Kp(HBLc)1/32-1m=T/H1/22-2式中Kp：假設(shè)采用集中輸水時(shí)，取0.27，分散輸水時(shí)，取0.19；H：閘室設(shè)計(jì)水頭，取2.75m（黃浦江水位▽4.75m，大治河水位▽2.0m）；B：閘室寬度，取27m,Lc：閘室長(zhǎng)度，取380m,計(jì)算得T為30.44Kp。假設(shè)采用集中輸水，計(jì)算得T=8.22，m=4.96>3.5，根據(jù)《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ306-2001）第2.1.4條，本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用集中輸水型式；假設(shè)采用分散輸水，計(jì)算得T=5.78。2.5<m=3.49<3.5，根據(jù)規(guī)范，應(yīng)參照類似工程選定。按照規(guī)范及交通部門有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于設(shè)計(jì)水頭低于10m的船閘宜采用集中輸水，因?yàn)椴捎眉休斔褪綍r(shí)，閘室結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、施工方便、造價(jià)較低。集中輸水系統(tǒng)可分為短廊道輸水、直接利用閘門輸水和組合式輸水三種型式?？紤]到本次工程閘首跨度大，一般不使用平面閘門，由工程可行性研究報(bào)告知本工程船閘設(shè)計(jì)門型為三角門。采用三角門門縫輸水時(shí)，水流從門的兩側(cè)及中間三條垂直縫隙進(jìn)入閘室，其中門兩側(cè)邊縫水流經(jīng)門龕邊壁互相對(duì)沖消除一部分能量，而中縫水流由閘首軸線直沖而下，產(chǎn)生很大的折沖水流并伴隨著強(qiáng)烈渦流，水流條件差，且不容易改善。根據(jù)規(guī)范，三角門門縫輸水適應(yīng)水力指標(biāo)較低（閘室最大斷面平均流速小于0.25m/s和設(shè)計(jì)水頭小于1.4m），而本次二線船閘設(shè)計(jì)水頭差較大（2.75m），閘室水域面積較大（380m×27m），若采用三角門門縫輸水，則閘室水流條件差，輸泄水時(shí)間長(zhǎng)，從而影響船舶通過能力及過往船只安全。另外，三角閘門利用門縫輸水時(shí)，由于閘門兩側(cè)邊縫輸水，將增加閘門的啟閉力，且會(huì)在閘門的邊縫后面產(chǎn)生回流，引起閘門振動(dòng)，使底止水磨損加快，從而對(duì)門體受力不利。根據(jù)交通部門經(jīng)驗(yàn)，利用三角門門縫輸水僅運(yùn)用于口門寬度10m以下，水頭不超過3m的船閘。綜上所述，本次擴(kuò)建二線船閘工程擬采用短廊道集中輸水型式。3灌泄水計(jì)算假設(shè)每座閘首布置兩個(gè)輸水廊道，廊道布置在閘首兩側(cè)，廊道出水孔口相對(duì)，消能方式采用對(duì)沖消能加消力檻，廊道閥門采用銳緣平面閥門。根據(jù)規(guī)范，輸水閥門處廊道斷面面積可根據(jù)給定的輸水時(shí)間和閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)流量系數(shù)求得，見公式3-1。ω=2C(H)1/2/[μT（2g）1/2(1-(1-α)kv)]3-1式中ω：輸水廊道斷面面積（m2）,C：計(jì)算閘室水域面積，取10260m2；μ：閥門全開時(shí)輸水系統(tǒng)的流量系數(shù)，由規(guī)范附錄A求得，取0.68；H：設(shè)計(jì)水頭，取2.75m；T：閘室灌水時(shí)間，根據(jù)式3-1，暫取8.0分鐘，即480s；α：由計(jì)算所得μ值查表，取0.56；kv：系數(shù)，取0.6；計(jì)算得ω=27.62m2，取單廊道斷面尺寸為4.0（寬）×3.5（高）m2，則輸水閥門開啟時(shí)間可由式3-2求得。tv=krωDW(2gH)1/2/[PL(ωc-χ)]3-2莖式中督t扣v殘：輸水珍閥門開結(jié)啟時(shí)間農(nóng)(吼s)體；險(xiǎn)k決r筋：系數(shù)肺，平面置閥門取旬0.7始25忽；新ω漂c竭：初始完水位的法閘室橫蹲斷面面縮積，取武1參40.輩4衫m(xù)益2束χ屯：船隊(duì)即船舶浸間水橫斷棚面面積則，脹取感2鉗1.6晝m江；新D姑：波浪諸力系數(shù)晚，由規(guī)茶范附己錄鞠B屋求得，武取警1.0唐；餅W權(quán)：船舶摔、船隊(duì)掙排水量罰(兵t)蹈，石取瞧100液0四t球；蠅P伸L皺道：允許委系纜力駕的縱向鐘水平分居力，由互規(guī)范查注取扒32嫂kN章；計(jì)算腹得別t裹v股=47宜.濃92須s拌。陳胳左圾一般情禽況下，登為保證翻閘室內(nèi)杠水流條卻件和閥夜門的安贊全，對(duì)蟻閥門的絲啟閉速皆度應(yīng)加放以控制狂。假定址閥門啟玻閉速度壩為浪1吵.0靠m/m達(dá)in體，則銅t膽v雪=嬌210隱s數(shù)，閘室妻輸水時(shí)淺間可按咬式普3-臟3家計(jì)算。仰T=2伶CH勸1/2浸/[授μω吹(辜2g)紙1/2材]+(孕1-露α富)t陶v邊糞寺言電霞3沸-必3授式中符攝號(hào)意義駱與前同首。計(jì)算剝得槽T=姓485丈s崇。警為保證這閘室內(nèi)籃停泊船病只的安挑全，在賢閘室內(nèi)捕靠近上剛下閘首漆側(cè)設(shè)置果鎮(zhèn)靜段嚴(yán)，其長(zhǎng)園度由畢式浪3-逃4江計(jì)算確逗定：創(chuàng)L=B挽E鈴p筑吼贏你妥逐賊協(xié)柔泄府貞刮久輕軌監(jiān)拒3愿-4剝式中愧B淹：系數(shù)蝕，根據(jù)死規(guī)范并壯考慮本考次工程襖實(shí)際情告況，到取鉗0預(yù).剝7繭；釣E余p智：理論萄最大比璃能，由償規(guī)范附其錄開C濟(jì)求得。綠因擴(kuò)建耗二線船跌閘承受秩雙向水閉頭，其要上下閘軋首隨本侄河與外盜河繡x弱x鵲江的水但位變化魔而變化溝，故本辨次對(duì)閘程首不稱袋上下，忽按一般些習(xí)慣稱朋某江側(cè)寧閘首為肯外閘首桶，本河妹側(cè)閘首雙為內(nèi)閘削首。在脊閘室兩臣段各設(shè)括1千5釀m藏長(zhǎng)鎮(zhèn)靜膊段，根樹據(jù)《船寫閘輸水仁系統(tǒng)設(shè)過計(jì)規(guī)范英》預(yù)（饑JTJ滲306毯-20挽0預(yù)1惜）附錄誠可計(jì)算劇得出設(shè)伙計(jì)水頭腫時(shí)船閘標(biāo)的灌泄儀水情況遲，詳見壘表蘋1塊。秀表么1由命灌泄水捉計(jì)算成卷果表拿計(jì)算工勇況和水位組梢合打（螞m踢）羞灌水時(shí)苗間頂（劑s際）疼泄水時(shí)泥間單（卸s補(bǔ)）刊最大流烤量道敵障恐疲脾間信妨最大比視能山（干Kw/票m半2保）隔閘首最適大平均勇流速慮（肅m/資s更）武消績(jī)?cè)昴馨儆霟釘r施押最大鎮(zhèn)何靜段長(zhǎng)拐（域m催）辨x再x告江偷本河奇劫允許最勢(shì)大拍流爽婦速鑒（貍m/襯s烘）針正向設(shè)辮計(jì)贏反向設(shè)騎計(jì)熊4.7化5贊1.雅30于2.0奉0虹3.逃75渴485鼠480惜485來480剩102椒.37探94.押86色11.偽50弊10.亂76蒙外閘劃首聰0.5北2遣內(nèi)閘首場(chǎng)0默.58允外閘搜首插0.智5且4粥內(nèi)閘首苦0順.61族Ⅱ炸Ⅱ畝Ⅱ牌Ⅱ潔0.4篩5碑～批0.6凝5像0.宜8狼～錦1.9魔0.4筑5雙～座0.6虧5賠0.他8境～富1.9干8.0鮮5妹4老.忙52辦擔(dān)稱注：計(jì)弟算時(shí)情段鳴△睜t報(bào)取凝15s者，故灌昆泄水時(shí)她間取整送數(shù)。置由凡表絡(luò)1屠可知，啄設(shè)計(jì)輸取水、消呀能方式芒及廊道誼面積滿威足規(guī)范傍要求。事4惑船舶停滿泊條件筑驗(yàn)算申船舶、勝船隊(duì)在畏閘室及安引航道德內(nèi)的停儉泊條件附按窯式奪4-墊1湊、張4-淘2望、補(bǔ)4-撈3爭(zhēng)計(jì)算得招到。排廣水量為比100荒0萍t渾（即設(shè)慎計(jì)船型景67.繩5×1船0.8跌×漿2個(gè).葡0鞠）級(jí)。淹灌水時(shí)通，船舶路在閘室險(xiǎn)內(nèi)所受辱的水流塔作用力請(qǐng)主要為認(rèn)灌水時(shí)板的波浪疫作用力磨，計(jì)算飲公式額見佩4-羅1持。攜P膛1疾=P基B卷=期k栗r源ω暢DW(脊2gH調(diào))門1/2敵/[t歷v姑(鉆ω景c-扭χ種)]鑼≤暖P茄L帳=32氣kN片延跡紙灣4-更1述式計(jì)中何P加B支：灌水犯時(shí)的波卷浪作用準(zhǔn)力；老t勢(shì)v廢：閥門裳開啟時(shí)糠間，自取果210猜s逮；其它胸符號(hào)意跪義同前桂。些泄水時(shí)蛋，船舶清在閘室得內(nèi)所受精的水流蛾作用力寫由口式槐4-察2絡(luò)計(jì)算。良P拿1桂=P艱i沈+P惜v牲貸您餃奔笑萌毛位帳去皆樓丈完虹泛閘4-2休式原中窄P男i吹為泄水閥水面坡軋降所產(chǎn)帽生的作安用力，瓶由附華錄斥D出計(jì)算得伍到灣；蜘P今v伙為縱向郵流速所赴產(chǎn)生的話作用力緣，由附燒錄射D亡計(jì)算得站到。儲(chǔ)灌泄水旱時(shí)，船鞭舶在引煩航道內(nèi)米所受的家水流作集用力可裳由點(diǎn)式警4-桿3封計(jì)算。陡P蔥2連=旁根盲肺+絡(luò)理詳振≤迷P雅L艇4溫-扮3湊釘懂式中顛饞弊主：灌泄磚水時(shí)，餐上下游多引航道討內(nèi)的波地浪作用夢(mèng)力；針壇糖菊：上下認(rèn)游引航稻道縱向堪流速所狐產(chǎn)生的喜作用力致計(jì)算結(jié)誓果見盯表驗(yàn)2斜。兵表憐2訊船舶所手受的水掩流作用猴力計(jì)算沾成果焰表文刊計(jì)算工冤況德水位組蕩合剪（掘m圣）毀閘室內(nèi)休(真kN)匠引航道運(yùn)內(nèi)（距k飲N典）舊允許系糟纜力累（碼K膨N鉛）雜灌水時(shí)略泄水時(shí)燙書蝴懼收惠塘P脂’言B曬腐窯誠遙x尋x學(xué)江僵本河胡色蟻誕P蜘B在盤蹤堂到有蟻涌橡盡乓P果’倆B兄正向設(shè)航計(jì)壇反向設(shè)貝計(jì)壘4.烘75豬1.氧3顆2.0視0念3.么75棍7.3訪0淘4.9蕩1悄5.巧28洞3.菠05枕4.4盾2移4.7養(yǎng)6旋9.7晶0倘7.8兼1斜2.歲66輔2.珍12每2.夜25鏈0.匪92鏟4.9鼻1需3.揪04纖縱向水全平虧力捆3萌2壇，橫向陳水平分鴿力素16坐牌襪注詞：蠅1速、表中很數(shù)值均武指計(jì)算挑最大值焰，引航濃道內(nèi)最特大水流搏作用力姜、最大繩縱向流這速作用卻力、祥波浪作手用力發(fā)診生不同剩時(shí)。去2挺、船舶霧允許系疏纜力按往船舶噸鼻位句100當(dāng)0償t生查得。管由李表騰2迅知，各旅種通航圣情況船按舶所受末到的水離流作用照力均小級(jí)于允許絨系纜力打。斷5派機(jī)船閘通千過能力油驗(yàn)算奶由于原泳船閘引凝航道較潮小，難描以滿足材雙向過貌閘要求待，考慮治雙向過安閘耗水習(xí)少，過拼閘時(shí)間歸短，有竟利于更稱好地利闖用船閘針通過能竄力，故友本次仍蒸按雙向穴過閘設(shè)謠計(jì)。則跑單向過禾閘船隊(duì)章進(jìn)出閘紫運(yùn)行距搏離期L裙1浩、梢L懲1寄′木：及雙隸向過閘悠船隊(duì)進(jìn)歷出船閘持運(yùn)行距噸離虧L篇2萌分別由杠式舞5姓-倚1絡(luò)、夾5-唇2依、稅5-芹3怕計(jì)算得乞到。鑼L揭1燦=L答c洞(伏1+濁α殊1亂)籠5-1撐L掠1漢′屢=L州c淺(薄1+立α格1脹′共)或5-2五L刊2球=L泰c紗(繭1+跑α煙2用)+L純3奏圓周湊服訊趁出倍疏喪步律喝妨5-3婆式中養(yǎng)L奸c敬：閘室帖有效長(zhǎng)糞度，怎取因260井m剝；農(nóng)α拍1闊：系數(shù)罰，取鑼0.推4眨；營(yíng)α顛1按′缸：系數(shù)奴，取由0.見1完；燙α座2職：系數(shù)副，取謠0.孕1陷；懷L瞧3墊：導(dǎo)航星段和調(diào)率順段之摔和，對(duì)傲于本船痰閘，導(dǎo)寒航段與逝調(diào)順段軟合并，流取利L過3番=際260聰m擱。計(jì)算匙得根L誼1戒=協(xié)3諷64露m漫，萍L劉1斜′茂=28盤6委m攔，揮L草2濤=54硬6糞m柄。根據(jù)沖規(guī)范及這有關(guān)經(jīng)部驗(yàn)，船浪隊(duì)進(jìn)閘俯速度妙v由1器單繳=0.游5詠m/s叉、詳v走1撓雙托=0.粒7m/癥s李，船隊(duì)妖出閘速盡度仙v句2洲單段=0.導(dǎo)7m/浮s旋、桿v皮2悟雙請(qǐng)=1.潛0m/訪s酷，則船犬隊(duì)單向輝過閘及鞋雙向過堤閘時(shí)間降分別由妖式存5-椒4飯、作5-蠻5酷計(jì)算。啟單向鋤：陽T屋1釋=4挑t嘩1遵+t伍2靠+2t殊3訂+t撓4托+弊2備t叫5麗捏孝愉血襪伯滅幕嘗壤釀當(dāng)5-4橫雙向霜：廚T疑2當(dāng)=4杰t堅(jiān)1靜+2t處2書′棉+2t處3餐+2t咱4請(qǐng)′街+4t倍5鈴秧抖鏡總奮購壘憤5-獄5南式中奴t碌1饅：開門諒或關(guān)門爆時(shí)間，容取銀3腐min樓；似t掃2作：?jiǎn)蜗蚰５谝粋€(gè)茂船隊(duì)進(jìn)輔閘時(shí)間交，取學(xué)728嶺s吧，即眼12.咬13m沙in金；災(zāi)t膚2職′先：雙向傅第一個(gè)稿船隊(duì)進(jìn)艘閘時(shí)間手，取蠢780域s口，面即牲13益min蝶；救t獅3臥：閘室僻灌水或求泄水時(shí)者間，取摘5叫.5破min竹；賞t黎4怠：?jiǎn)蜗蛴傻谝粋€(gè)挽船隊(duì)出迅閘時(shí)間威，壺取忠408挨.6s愛，即萍6.8旨min火；煤t處4鐘′手：雙向歐第一個(gè)勝船隊(duì)出貼閘時(shí)間重，畢取顛546拼s就，即濫9.1慧min樓；粗t鑒5亡：船舶命、船隊(duì)坡進(jìn)閘或輸出閘間藍(lán)隔時(shí)間玉，姜取午3不min餃。爭(zhēng)計(jì)算得丸單向一壯次過閘法時(shí)益間傍T槳1于為至4喊7足.熱93喘min懲，雙向騙一次過麥閘時(shí)取間蟲T薪2鳥/2諸那為貫39.滿6配min巨，若考失慮單向藝過閘與哲雙向過燈閘次數(shù)益基本相和等，則蓄一次過歸閘平均賭時(shí)打間泛T停3尸為桃43括.77茶min揉，均小姑于前面兵估計(jì)繳的撫48勉min暖，故其薄通過能適力滿足旬設(shè)計(jì)水堂平年要他求。由嶺前面磨第舊5砌章公式共可求得窄：炕P帥1茫為蔑4把298律.驕8么萬噸，苦若考慮盒原船閘次維修要番求，將擔(dān)老閘運(yùn)陪行天數(shù)許減歷至旨35怨0巖天，每笛天運(yùn)行萍時(shí)間減牲至半20太小時(shí)，饑則原船睡閘實(shí)際歇通過能詳力們P存2雄為鴉183穿6.2茄萬噸，何此時(shí)總衰貨運(yùn)咽量撤P=6寨135倡萬噸襲>60慎89.干2籃萬噸（露預(yù)計(jì)噸逐位），父滿足經(jīng)恐濟(jì)發(fā)展急需要。送6范船閘耗材水量計(jì)弟算鄰由于本魚船閘所損在地東爪臨大海編，土質(zhì)鞏土壤條間件差，言需要淡避水改良?jí)危市枘坑?jì)算船狐閘耗水霧量。根秧據(jù)規(guī)范奔，船閘廚一天內(nèi)荷平均耗蹦水忠量京Q次可由錄式登6-郊1勁計(jì)算。紀(jì)Q=快nV/找864驕00+鋪q鼠閉健凈士鵝天倡疼碎爬習(xí)居得并乳6-1式中違Q增：一天川內(nèi)平均論耗水量喇(樂m之3葬/s)扯肝V物：一次聽過閘用蹄水量，貴取平均泊水位差給1振.5座m撫，即晶V網(wǎng)取柏184臘68位m難3反n豆：過閘主次數(shù)，浮取桃