思林水电站上、下游引航道及口门区通航条件原型观测成果分析

思林水电站上、下游引航道及口门区通航条件原型观测成果分析

王 朋1，郑六明2

1、中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南省昆明市 650033 2、贵州乌江水电开发有限责任公司思林发电厂（思林电站建设公司），贵州省铜仁市，565109

摘要：对思林水电站上、下游引航道及口门区通航条件进行原型观测，阐述了不同机组运行工况的通航水流条件，通过综合分析水下地形、流态、流场、波高、航迹线等，结合国内多座枢纽工程的通航条件数据，提出了行船建议。

关键词：引航道；口门区；通航条件；原型观测

1 工程概况

思林水电站枢纽工程为Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型。通航工程布置在电站工程枢纽左岸，型式为全平衡钢丝绳卷扬式垂直升船机。设计标准船型吨位为500t，船型尺寸为：55×10.8×1.6m（长×宽×吃水深度）。通航建筑物由上游引航道、过坝渠道、升船机本体段、下游引航道等部分组成，全线总长951.8m。通航工程河段航道等级为Ⅳ级。

2观测内容及测量方法

2.1 观测内容

（1）进行上、下游引航道河床地形等测量；

（2）进行不同机组运行工况（任意开一台机满负荷运行、任意开两台机满负荷运行、任意开三台机满负荷运行、四台机满负荷运行）上、下游引航道及口门区流态、表面流速流向测量、水位观测、航道内波高及航迹线的测量。

2.2 主要测量方法

（1）水下部分采用多波束测量方法，浅水或航行限制区域采用单波束测量方法；

（2）利用液位传感器实时记录通航过程中的水位变化情况；

（3）采用美国原装进口的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）测验表面流速流向，同时采用摄像机全程摄像，以描述在通航过程中的流态；

（4）航迹线测量采用RTK定位。

3 观测成果综合分析

3.1 水下地形

上游引航道地形最高高程为384.00m，上游最低通航水位为431.00m，最小水深47m。

在下游引航道中部和左侧，有两处突出物，相比设计最低通航水位▽363.30m，最小水深为1.39m、1.5m。但仍有通航条件，行船避开该区域。

3.2 流态

（1）上游流态

四个工况运行时，上游口门区至引航道内水面基本平稳，无漩涡产生。

（2）下游流态

透水栅以上引航道内水面较平稳，透水栅之间会形成回流。隔流堤末端水面产生阵发性移动式小漩涡。

3.3 流速

（1）上游流速

上游引航道及口门区在各工况下水流流速缓慢、较平稳，未超出规范要求[1-2]。

（2）下游流速

下游引航道右侧靠近隔流堤末端区域，由于受透水栅水流的影响比较明显，存在超出规范上限值的横向流和回流。口门区附近受机组下泄水流的影响，隔流堤附近部分表面流速超限值。

表1下游引航道、口门区实测表面流速、流向成果统计

备注：引航道内区域为A区，口门区为B区。横向流速及纵向流速根据ADCP测出的表面正北向、正东向流速与引航道的夹角计算得出。

3.4 波高

4组工况上游引航道及口门区基本为静水区。下游引航道最大波高为0.408m，该区域受透水栅影响较大。

3.5 航迹综合分析

舵角：右舵角为“+”，左舵角为“-”；漂角：航向往右为“+”，往左为“-”。

上行航迹线测量，选用34.8m×5.8m×1.6m（长×宽×吃水深）、空载重量36.7吨过闸船只。上行舵角θ介于-20°～15°，漂角β介于-5.22°～19.2°；

下行航迹线测量，选用34.8m×5.8m×1.6m（长×宽×吃水深）、总重量246.7吨（载有210吨货物）过闸船只。下行舵角θ介于-25°～23.75°，漂角β介于-6°～6.8°，在透水栅附近，由于主河道水流过急经透水栅处需增加舵角。

4 结语

（1）上游引航道及口门区地形满足通航条件。下游引航道及口门区水下地形存在局部突出物，行船避开该区域，必要时进行复测。

（2）观测工况库区和下游透水栅以上引航道区域水面波动较小，无可见不利水力现象。透水栅及隔流堤末端区域，水面存在阵发性移动小漩涡和回流。

（3）规程标准[1-2]规定，Ⅳ级船闸口门区纵向流速≤2.0m/s，横向流速≤0.3m/s，回流流速≤0.4m/s。上游引航道与下游透水栅以上引航道区域纵向、横向流速基本满足规程要求。下游引航道隔流堤透水栅影响区域及口门区部分区域表面纵向、横向或回流流速超标，仍有满足标准要求的通航水域，不影响通航条件。

（4）4组工况上游引航道及口门区基本为静水区。下游引航道最大波高为0.408m。有研究资料提出：引航道内水面波高≤0.4～0.5m[3]，涌波≤30cm或最大波幅（波峰到波谷的垂直高度）≤60cm[4-5]。本项目测量工况最大波高在以上研究资料提出的限值内。

（5）有研究资料[6]统计14座枢纽工程的通航数据：θ≤20°～30°，β≤10°～30°。本项目过闸常规船只舵角和漂角在以上通航工程的统计范围内。

综上所述，通航时应注意避开不良流态、流速超标区域。

参考文献

[1] GB50139-2014,内河通航标准[S].

[2] JTJ305-2001,船闸总体设计规范[S].

[3] 李金合,郑宝友,周华兴.那吉航运枢纽左岸船闸通航水流条件试验研究[J].水道港口,2002,23（4）:262-267.

[4] 胡旭跃,李彪,徐立君.水利枢纽通航水流条件研究综述[J].水运工程,2005（11）:59-64.

[5] 赵德志.船闸充泄水时引航道中的不稳定流[J].水道港口,1991（4）:41-47.

[6] 周华兴,郑宝友.再论《船闸引航道口门区水流条件限值的探讨》[J].水运工程,2005（8）:49-52.

作者简介：王朋（1986-），女，高级工程师，主要研究方向：水力学原型观测、水力学物理模型试验研究和数值模拟研究等。