诌议某城市船闸输水系统的设计

摘要：本文结合(JTJ 306-2001) 船闸输水系统设计规范，介绍了某城市水利枢纽工程船闸的设计标准和要求，论述了船闸输水系统的型式选择、系统布置及水力计算和设计过程。该船闸选择分散输水系统，经过实际运用，证明其设计经济合理的施工和维护。

关键词：设计要求 ，安全技术指标 ， 案例分析

Abstract: this paper (JTJ 306-2001) of water system design code, this paper introduces a city of hydraulic project design standards and requirements, discusses the water system of the type selection, the system arrangement and hydraulic calculation and design process. The choice of scattered water system, through actual application, to prove its economic and reasonable construction design and maintenance.

Key words: the design requirements, safety technology index, case analysis

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 输水系统的设计要求和分类

1.1 船闸输水系统应包括进水口、阀门段、输水廊道、消能工和镇静段等。

1.2 输水系统的设计，应满足下列基本要求：

(1 )灌水和泄水时间；

(2 )船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件；

(3 )船闸各部位在输水过程中不至由于水流冲刷、空蚀、振动等造成破坏。

1.3 对有双向水头、多线船闸或船闸与升船机共用引航道、多级船闸补溢水、设置中问渠遁、省水、防咸等要求的船闸；

1.2条规定外，尚应满足各自特殊的要求。

1.4 船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。输水系统的类型可根据判别系数按式(1.4)初步选定。当m>3.5时，采用集中输水系统;当m

(1.4)

式中m ----判别系数；

H----- 设计水头(m) ；

T----- 闸室灌水时间(min)

1.5 船闸输水系统的设计，宜将水力计算分析和进行水工模型试验相结合。

1.6 多级船闸的上、下游水位变幅较大且不同步时，应考虑闸室输水过程的补水和溢水措施。

2 输水系统运转安全技术指标和要求

2.1 对只设有固定系船设备的船闸，闸室灌泄水时的最大水面升降速度应不大于5-6cm/s，设有浮式系船柱时，可不受此限制。

2. 2 船闸灌泄水时，引航道内非恒定流的水面波动、比降及流速等水力特性，除应满足引航道内船舶、船队停泊条件标准外，尚应满足船舶船队在引航道内的航行条件和停靠码头的操作要求。引航道内水面的降低应保证航行船舶的富裕水深。上游引航道中最大纵向流速应不大于0.5-0.8m /s，下游引航道中应不大于0.8-1.Om/s。但在上游引航道码头处应不大于0.5m/s。

2.3 船闸正常运转时，输水系统各部位不宜出现负压，在特殊情况下，其局部压力不宜产生超过3mH20的负压。

2.4 输水廊道中的流速不宜大于15 m/s。当流速超过15m/s或含沙量较大的水流，应采取防护措施。

2.5 当船闸闸室灌泄水时，闸室水面的最大惯性超高、超降值，在采取提前关闭输水阀门及水面齐平时开启闸门等措施后，不宜大于0.25 m。

2.6 输水系统进水口水面不应产生有危害性的串状吸气漩涡。

2.7 多级船闸采用输水阀门兼作补水阀门时，应核算补水操作时阀门的工作条件以及闸室输水时间。采用闸室侧溢流堰作为溢水措施时，溢流孔口顶高程应低于船舶底部高程。同时在确定闸室下闸首阀门井顶部高程时，应考虑阀门前廊道水流动能恢复所导致的阀门井水位增高。

3 案例分析

3.1概况

某城市水利枢纽工程船闸布置在左岸，闸室有效尺寸为80 m×12 m×2 m (长×宽×槛上水深)，最大水头12．50 m，年设计通过能力按100万t核算。船闸由下游开挖段、上下引航道、上下闸首及闸室组成，总长659．4 m，其中上引航道长103．0 m，船闸123.4 m,下引航道130.0 m、下游疏浚航道段303m。根据枢纽总布置及地形因素，上下引航道采用不对称型的平面布置。

3.2设计基本原则及基本资料

3.2.1设计基本要求船闸输水系统的设计，应满足下列基本要求：

(1)灌水和泄水的时间；

(2)船舶、船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件；

(3)船闸各部位在输水过程中不至于由于水流冲刷、空蚀、振动等造成破坏。

3.2.2通航标准及水位

为减少淹没损失，本枢纽采取大洪水敞泄降低运行水位的运用方案，且当流量大于3500 m3/s时停止通航，闸门逐步开启至全开泄洪；小于3500 m3/s流量时，水库水位在正常水位运行，故正常蓄水位为上游设计最高通航水位。根据上级批复确定最低通航水位。通航水位见表1

3.3 输水系统设计

3.3.1输水型式选择

(1)输水系统类型确定。本船闸上游最高通航水位54.00 m，下游最低通航水位41．50 m，输水系统设计最大水头差H=12．5 m，根据设计通过能力等要求，输水时间T采用8 min。

依船闸规范规定，m

船闸所在航道为V级，闸室尺度小，但水头相对较大，若采用集中输水系统，闸室需有较长的镇静段，闸首内消能设施较复杂，且闸室内泊稳条件较差，故采用分散输水系统。

（2）分散输水型式的选择。本船闸最大水头12.5 m，属中等水头，航道等级低，闸室尺寸小，经综合比较，选用闸墙长廊道多支管，出水口设置消能沟的简易分散输水型式。

3.3.2 输水系统的布置

本船闸输、泄水廊道分别布置于两侧闸墙内，每侧廊道由进口段，阀门段，主廊道出水段，泄水出口段等组成，各段分述如下：

(1)进口段。根据上闸首的结构布置和输水系统进水的水力要求，廊道进水口前面为一个由帷墙空间形成的深水池。水流由上闸首垂直进入在不同高度上设有格栅的池内，然后再进入廊道进口。这样布置能获得较大的淹没水深和较好的进水流态，有利于防止漩涡的生成，避免挟带空气进入闸室、恶化停泊条件。

（2）阀门段。4个输水阀门处廊道断面尺寸为2.0m×2.2 m (宽×高)，上闸首阀门段底高程38.3 m，下闸首阀门段底高程38.85 m.

(3)主廊道出水段。主廊道断面积2.0 m×2.2 m (宽×高)，底高程38.3 m，出水孔段总长40 m，设于闸室中部，每侧共有出水管40个，单层布置；出水孔出口断面直径为0.55 m，支孔中心距3.0 m，支管出口处设消能坎，以进一步消除部分能量，改善流态，减少横向系缆力。

（4）泄水出口段。下闸首采用格栅式消能出水，消能室顶部为中密侧疏的格栅，栅条断面宽0.5 m，出水孔宽0.4-0.6 m,消能室有消能坎和消能柱，水流向上经格栅调整进入下游引航道，由于泄水流量较大，下游引航道水深较小，为增加淹没水深，将下闸道阀门段廊道底高程作局部降低到35.85 m，以利消能。

3.3.3 船闸通过能力计算

根据某城市水利枢纽水文条件。客货盘比例现状及发展预测、货运特点，以年平均通航过闸天数为320d,船闸昼夜工作时间为20h，一次过闸时间36min、非货运过闸比例为20%、船舶装载利用系数0.65，运量不均衡系数1.5为准，按有关公式算得：

年过闸船舶总载重吨位为276万t。年过闸货运量为70万t。船闸达到设计通航能力时的日平均耗水量经过计算为5.43m3/s。

3.3.4船闸水力计算

(1)输水阀门处，廊道断面面积按下式计算。

式中符号意义见(JTJ261-266)船闸设计规范，其中：取0．581，取用0．598，取用0.75。经计算得阀门处廊道断面积需用8.68 m2，设计取用阀门处廊道断面与主廊道相同为8.8 m2 (4×2.2 m2)。

(2)输水系统阻力系数与流量系数。由各段阻力系数计算得充水系统、泄水系统总阻力系数及流量系数，充、泄水时，阀门各开度的阻力系数，流量系数，收缩系数的计算成果见表2。

(3)输水廊道换算长度惯性超高。由阀门前、后长度，出水孔段长度及廊道截面积计算得换算长度及惯性超高d，见表2。

(4)核算输水时间。充水、泄水的时间T，由下式计算。

结束语：

船闸输水系统设计应从全局出发，在确保船舶、船队迅速、安全过闸的条件下，力求布置简单、经济合理、技术先进，并便于施工、管理和维修。某工程水利枢纽工程船闸输水系统设计，结合工程的实际情况，主要就输水系统设计进行了论述，为今后船闸的设计、经验交流提供借鉴。