抚河疏山水利枢纽船闸通航水流条件研究

为满足水运需求,解决船闸引航道口门区受河段地形和涉河建筑物影响而导致的通航条件困难等问题,保障船舶安全通行,以抚河疏山水利枢纽船闸工程为例,采用数值模拟方法,对枢纽船闸上游引航道口门区通航条件进行计算分析,针对不良流态问题提出优化方案措施,并对方案前后枢纽通航条件进行对比分析。研究表明,调整船闸平面布置等措施对改善设计阶段的枢纽船闸上引航道口门区通航条件是有效的。研究成果可为抚河疏山水利枢纽船闸工程通航及其他类似河段工程提供技术支持。

多种通航建筑物组合布置的通过时间研究

山区航道高水头通航建筑物多采用船闸、升船机、隧洞和中间渠道组合布置的形式。多种通航建筑物组合布置时,各通航建筑物的通过能力相互制约和影响,计算较为复杂。结合工程实际,在通过能力计算中,分析了通过各建筑物时间的匹配性及其对通航效率的影响,指出在组合布置通航建筑物时,应以船闸或升船机1次运行时间为基础,复核计算通航隧洞、辅助闸门等其他通航建筑物的1次运行时间是否小于基础时间,当大于基础时间时,应合理调整组合形式、布置形式和建设规模,成果可为类似工程提供参考。

沅水桃源枢纽左岸船闸桥区船模通航条件试验研究

沅江大桥通航环境十分复杂,原大桥通航孔布置不合理,严重制约了桃源枢纽二线船闸扩建工程建设。针对桥区通航条件差的问题,对其左岸桥梁通航孔布置方案进行船模试验研究,采用定床河工模型和小尺度船模试验相结合,并从船模试验的舵角、漂角和航速等航行参数进行综合分析,结果表明:在相同通航总净宽的情况下,双孔双向要优于双孔单向;桥梁通航孔右移可降低一线船闸船舶下行过桥难度,但会增加二线船闸船舶上行过桥的难度。建议左岸新建桥梁通航孔净宽应不小于220 m,桥位相比于现状桥梁右移约75 m,采用双孔双向,两线船闸分槽航行的方式。

两坝间河道高含沙水流驱动的下游船闸阀门井水位异常特征分析

葛洲坝船闸充水阀门井与输水廊道进水口水体相连,1993年洪季期间曾发生过阀门井水位异常升高,影响船闸设备设施安全等问题。为分析葛洲坝一号船闸充水阀门井水位异常升高的根本原因,基于Mike三维水沙数值模型,模拟分析了不同流量和含沙量级别下的河道水流和含沙量垂向分布结构特征,进而计算阀门井水位异常升高值与河道水流和含沙量的关系,反演1993年洪季葛洲坝一号船闸两个阀门井出现的水位异常现象。研究结果表明,葛洲坝一号船闸阀门井水位异常超过阈值0.5 m的流量和含沙量条件分别约为(30 000 m^(3)/s, 2.85 kg/m^(3)),(40 000 m^(3)/s, 1.42 kg/m^(3)),(50 000 m^(3)/s, 1.23 kg/m^(3))。受三峡水库及上游梯级水库蓄水拦沙、退耕还林政策等因素的影响,未来葛洲坝船闸出现高含沙水流导致阀门井水位异常升高>0.5 m的可能性极小,但在三峡水库排沙泄洪期间仍应引起重视。研究成果可为葛洲坝一号船闸安全营运和科学管理提供参考依据。

西部陆海新通道(平陆)运河工程规划设计方案综述

平陆运河是建设西部陆海新通道、加快建设交通强国的标志性工程,工程始于南宁市横州市西津库区平塘江口,终点为北部湾钦州港东航道,按内河Ⅰ级航道标准建设,可通航5000吨级船舶。工程从上游至下游建设马道、企石、青年3个梯级枢纽,各枢纽一次性建成双线5000吨级船闸。项目开发任务以发展航运为主,结合供水、灌溉、防洪、改善水生态环境等,主要建设内容包括航运枢纽、航道、跨河建筑物及道路工程以及配套工程等。平陆运河规划设计始终贯彻系统观、生态文明思想,坚持科技赋能、创新引领,将建设世界上规模最大、启闭速度最快的内河省水船闸。

船闸深孔反弧门实时在线监测技术应用研究

针对船闸输水系统工作反弧门长期在深孔动水条件下频繁启闭,给船闸安全运行造成安全隐患,提出一种深孔反弧门实时在线监测技术方案。为掌握深孔反弧门运行情况,将已密封好的应变及倾角等传感器布置在闸门上,再利用钢丝网架胶管将采集信号输送至在线监测系统。监测系统实时进行反弧门在线监测与数据显示,并实时分析结构应力、运行姿态及启闭力,根据分析结果,给出不同等级报警信息及相应的处置建议,提示运行操作人员对反弧门采取对应措施。对广西大藤峡水利枢纽船闸反弧门实施实时在线监测,测试数据表明实施的反弧门实时在线监测系统是可靠稳定的,证明将实时在线监测技术应用于深孔且动水频繁启闭的闸门是可行的。

船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。

船闸止水材料性能劣化规律试验研究

平陆运河河口船闸受咸水入侵及船闸闸室频繁灌泄水作用,形成了受紫外光照强、氯盐侵蚀及高频干湿交替共同影响的特殊腐蚀环境。然而,船闸止水材料在这一特殊服役环境下的性能劣化规律不甚明了。为此,文章开展了针对船闸止水材料在纯紫外老化环境、紫外老化与咸水高频干湿交替环境下的加速劣化试验,研究了四类橡胶止水带(包括:普通、OMEGA、GB、超高性能止水带)材料硬度、拉伸强度、断裂伸长率以及极限弹性模量随时间的劣化规律。结果表明:纯紫外老化环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、极限弹性模量随劣化时间呈增大趋势,拉伸强度呈先增后减的变化趋势,断裂伸长率则单调减小;紫外老化与咸水高频干湿交替环境下,四类橡胶止水带材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率均随劣化时间呈减小趋势,极限弹性模量则单调增加。研究成果可为平陆运河河口船闸结构缝止水材料的优选类型提供重要参考依据。

国内某高水头船闸人字门运行近20年后腐蚀状况评价及原因分析

在国内某高水头船闸停航检修期间,对其人字门的腐蚀状况进行全面检测。按涂层所处闸门位置不同,划分为大气区、水位变动区和水下区,分别进行腐蚀评估、涂层起泡破坏及门体腐蚀的原因分析。结果表明:随着接近涂层设计使用年限,船闸人字门普遍存在大面积涂层起泡问题,起泡层下门体腐蚀问题逐渐凸显,涂层损伤总面积占门体面积的6.5%~12.7%。总体上,人字门防护涂层损伤失效过程分为有机涂层起泡、热喷铝层腐蚀发展、热喷铝层作为牺牲阳极抑制钢基体局部腐蚀3个阶段。此外,指出零星涂层修复难以达到长效防腐的效果,针对人字门防腐蚀提出整体维修涂层和施加阴极保护的延寿建议。

融江麻石船闸改建工程输水系统水力学模型试验研究

针对麻石船闸改建工程闸室规模大、工作水头高、水力指标要求高等问题,通过建立比尺为1:25的整体水工物理模型,对船闸输水过程水力特性、船舶停泊条件、输水廊道压力特性、进出水口及引航道水流条件等展开研究。结果表明:通过在明沟内增设消力槛、增大廊道突扩体升坎转弯半径、增加进水口面积以及降低进水口高程等优化措施,在推荐的阀门运行方式下,各项水力指标均满足规范及设计要求,研究成果可为类似工程提供参考。

完全预约模式下船闸通航调度方法分析

针对现有部分船闸通航效率不高,通航拥堵严重等问题,以完全预约模式下船闸通航调度方法为研究对象,考虑闸室有效面积利用率最大和平均预约延误时间最小,在BL算法的基础上,建立了基于人工蜂群算法的船闸通航调度模型。选取三峡双线五级船闸的过闸船舶数据,通过与原始人工编排、BL算法编排结果进行比较,发现人工蜂群算法性能稳定,能显著提高闸室面积利用率,且平均利用率大于80%。此外,在平均预约延误时间方面有明显的降低效果。

省水船闸闸底水平分流式连通廊道布置形式优化

省水船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统通常采用闸底水平分流式连通廊道布置形式,以减少工程开挖量,分流均匀性是此类船闸输水过程的核心难题。针对该问题,依托我国某省水船闸工程,采用三维水流数值模拟方法对其连通廊道布置形式进行优化研究。结果表明:增大连通廊道与闸墙长廊道的接口面积,可有效改善两侧支廊道流量震荡问题。连通廊道水平分流口两侧宽度与分流墩两侧半径间的比值K表征分流口两侧分流的均匀性,当K=1.064时,两侧支廊道分流均匀性、闸室支孔出流均匀性及水流条件较佳。研究成果可为类似省水船闸连通廊道布置提供技术参考。

河口船闸钢筋混凝土受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数研究

河口船闸在服役过程中会受其下游海水入侵的影响,加之船闸运行时由于频繁灌泄水作用,使得船闸结构受盐水干湿交替的频次较海洋潮汐环境更高,混掺盐水高频率干湿交替的复杂环境下船闸钢筋混凝土(RC)易受腐蚀,结构耐久性问题突出。然而,针对河口船闸RC结构的耐久性设计参数目前未见明确的规范条文规定。为此,通过现场实测数据,推求得到了船闸工程建成后环境水中腐蚀因子对结构物的腐蚀程度,结合我国现行与混凝土耐久性相关的设计规范,经对比分析初定了河口船闸RC结构的耐久性设计参数(强度等级、水胶比、保护层厚度等)。在此基础上,综合考虑大体积混凝土在施工过程中的水化放热所引起的工程质量问题,依托既有工程的相关设计资料,提出了针对河口船闸RC受盐水入侵影响的结构耐久性设计参数建议值,以期为实际工程设计提供数据参考和技术支撑。

长江和西江大型船闸通航运行关键技术研究与展望

保障长江和西江大型船闸通航枢纽的畅通、安全、高效意义重大。针对闸-船-航道三要素影响因素多、耦合性强,航道水流非定常,水位变幅高、变率快等难题,研究大型船闸通过能力多维分析建模与仿真、非恒定流下船闸航道水动力学特性分析、多约束非定常船-闸水动力学精细化建模等方法,攻克了复杂多变条件下船闸中间航道通航、新标准船型与船闸协同下快速过闸、大型船闸扩能建设工程设计等船闸通过能力提升关键技术,以及大型船闸联动安全控制、关键设备运行智能监测、通航安全风险防控等联动运行安全控制关键技术,构建长江和西江大型船闸高效安全通航工程技术体系,并建立通航调度与安全一体化管控平台。从多尺度动力学、数字孪生、智能化与国产化和绿色生态技术等方面,展望大型船闸通航运行科技发展的方向。

船闸开通闸运行与门缝输水研究进展

船闸三角闸门可双向挡水和动水启闭,具有开通闸运行和门缝输水的突出优势,能够显著提高船闸的运行效率。针对内河水运高质量发展要求和多座新建船闸开通闸运行技术需求,系统总结了三角闸门船闸开通闸和门缝输水实际应用及相关研究进展,阐述了影响其应用的主要影响因素。在分析目前存在主要问题的基础上,提出应将运行经验与相关技术指标观测研究相结合,构建开通闸和门缝输水运行的基础理论与规范标准,为其广泛应用提供科学依据。

西津二线船闸阀门段空化特性及抑制效果

针对船闸阀门段空化问题,以新建的西津二线船闸为例开展原型观测研究,观测表明:充泄水阀门采用设计阶段阀门模型推荐的门楣体型,原型中实现了门楣自然通气,充泄水阀门双边开启最大通气量分别为0.11、0.17 m^(3)/s。门楣通气抑制阀门段空化效果显著,整个阀门开启阶段,闸顶未听见不通气存在的明显的空化泡溃灭声及雷鸣声;与不通气相比,门楣通气后充泄水阀门双边开启过程中空化噪声强度平均降低60%、82%;充泄水过程中,闸顶声级计在开阀期间所采集的平均噪声分别为68、79 dB;门楣通气后,阀门吊杆振动得到明显改善。防空化措施能够有效保护阀门及阀门段廊道免受空蚀侵害,保障船闸安全高效运行。

应急过船设施泄流能力试验研究

应急过船设施是常山江梯级枢纽的水工建筑物之一,其功能定位为汛期参与泄洪,船闸检修等特殊时期参与航运。应急过船设施包含溢流堰、船闸上闸首、下闸首、输泄水系统等,体型复杂,国内外尚未专门对其水力特性开展相应研究。基于常山江应急过船设施,建立几何比尺为1∶30的单体物理模型,结合理论分析和模型试验研究,探讨了闸坎高度对应急过船设施泄流能力的影响,研究不同闸坎高度对其流量系数的影响,得到了应急过船设施综合流量系数计算式。结果表明,当上下游水位差较大,淹没度较小时,应急过船设施综合流量系数较大;随着淹没度增加,应急过船设施的泄流能力逐渐减小。给出的应急过船设施泄流能力综合流量系数计算式拟合精度较高,可为类似工程设计提供参考。

疏浚船用高强高韧铸造锁圈的热处理工艺研究

锁圈用于疏浚船管道对接,是管道接口处的关键部件,其承受较大的载荷,对材料的强韧性要求高。对一种疏浚船用高强高韧铸造锁圈用钢进行了热处理工艺研究。结果表明:在淬火温度890℃时,随回火温度的升高,试验钢的强度降低,断后伸长率升高。经890℃水淬、620℃回火后的组织为回火马氏体,硬度和冲击功分别为34 HRC和29 J,材料强韧性配合较好。

SV波斜入射时不同水体模拟方法下超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性人工边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波不同角度入射情况,分别采用声固耦合法和附加质量法模拟闸室内水体,研究超高水头船闸闸室位移、应力和塑性损伤等地震反应,对比两种水体模拟方法计算结果的异同。结果表明:(1)整体上,两种方法计算得出的左、右闸墙地震反应结果随入射角度变化的规律基本一致;左闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角15°时,右闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角35°时;地震波入射角度对超高水头船闸动力响应影响较大,设计时应考虑地震波斜入射的影响。(2)当入射角较大时,采用声固耦合法计算的闸墙相对位移极值、主应力极值和受拉损伤结果偏保守的概率更大,对超高水头船闸结构设计来说更为安全。(3)建议两种计算方法相互参考和校核,推荐采用偏安全的结果进行超高水头船闸结构设计。

河口船闸集咸坑深度对防咸效果的影响

为了分析河口船闸集咸坑不同深度下的盐水运动特性,基于CFD软件的组分输运模型和LES湍流模型建立集咸坑防咸三维数值模型,运用有限体积法进行离散;基于集咸坑防咸水槽试验结果,验证了盐水运动形态、盐水运动速度及垂向盐度分布,并构建河口船闸不同深度集咸坑的三维数值模型。结果表明,集咸坑的防咸效果与深度有关,集咸坑深度越大,盐水上溯距离有所增加,但引航道盐度和盐-淡水交换率随集咸坑深度的增加而降低,总体来看集咸坑深度与防咸效果成正比;当集咸坑深度大于12 m时,盐水上溯距离超过515 m,引航道盐度低于0.23‰,盐-淡水交换率低于50%。