乌江银盘电站船闸 引航道通航条件研究

乌江银盘电站船闸引航道通航条件研究

港航工程系： 赵志舟

汇报内容

1 、山区河流通航建筑物引航道布置研究现状

2 、乌江枢纽概况

3 、乌江银盘引航道布置型式研究

1.1 引航道的功能与要求： 引航道是连接船闸闸首与主航道的一段航道，其作用在于保证船舶安全、顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出闸船舶能交错避让 。

1. 研究现状

连接段 主 航 道

流 向

整治线L4

B0

堤头 隔流堤

L5

口门区引 B1 航 引航道

底边线

电站

闸坝

L

L1L2L3

道船闸

(4.0 5.0)Lc～

L －直线段；L1— 导航段； L1≥Lc L2— 调顺段； L2≥ （ 1.5 ～ 2.0 ） Lc L3— 停泊段； L3≥Lc L4— 制动段； L4=αLcL5— 口门区；B1— 口门宽度；B0— 引航道宽度

采用直线进闸、曲线出闸布置时，《船闸总体设计规范》（ JTJ305-2001 ）要求：

1. 研究现状

引航道的直线段布置要求：

1.2 山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：

(1) 山区河流河谷地形峡谷弯曲、直线段短，使得通航建筑物与电站难以集中布置，即使集中布置，由于河道狭窄，使得通航建筑物与电站之间影响较大，特别是电站尾水对引航道口门区水流条件的影响。

0 8m/s流速比尺：平面比尺： 100m0

1. 研究现状

（ 2 ）山区河流枢纽较大的下泄水流对通航建筑物口门区的也产生较大影响；通航建筑物须适应较大的水位变幅，枯洪水情况下，上下游引航道具有完全不同的水流状态，增加了通航建筑物的布置难度。

0 100m平面比尺：流速比尺： 8m/s0

1. 研究现状

1.2 山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：

（ 2 ）山区河流枢纽较大的下泄水流对通航建筑物口门区的也产生较大影响；通航建筑物须适应较大的水位变幅，枯洪水情况下，上下游引航道具有完全不同的水流状态，增加了通航建筑物的布置难度。

1. 研究现状

1.2 山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：

草街枢纽

嘉陵江最高通航水位多采取相对保证率 99 ％洪水流量对应水位。 乌江银盘建议采取洪水频率 65 ％、相对保证率 99 ％对应洪水流量 9220m3/s 作为银盘最高通航流量。

最高通航流量标准： 《船闸总体设计规范》规定，船闸上游最高通航水位的确定应根据船闸的级别按设计洪水频率确定，对于出现高于设计最高通航水位历时较短的山区性河流作了一些补充规定，Ⅳ级船闸可采用 5 ～ 3 年一遇洪水标准。

规范最高通航流量 P=3%, 12700m3/s 。

1. 研究现状

1.2 山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：

（ 3 ）通航建筑物的设置要求主要是改善航运条件，保证船舶安全顺利进出通航建筑物并进入主航道，口门区的通航水流条件是通航建筑物布置所考虑的关键问题。

1. 研究现状

1.2 山区河流水利枢纽通航建筑物布置的特点：

普遍反映《船闸总体设计规范》（ JTJ305-2001 ）规定的限值要求较高，不易达到，操作起来有一定难度 .

根据国内西江、嘉陵江、涪江、湘江等河流通航建筑物水工模型试验结果，口门区的水流条件限值可适当提高至 VL≤2.4m/s ， VX≤0.35m/s ， V0≤0.45m/s 。由于乌江水急滩险，船舶装配动力普遍较大，每载重吨配备功率在 1kw 以上，此外乌江航道较为狭窄，同吨位货船的吃水比其他河流大 0.2 ～ 0.4m 。彭水、银盘水工模型试验表明，在 VX≤0.45m/s 情况下，船模仍能顺利进出引航道。

表 2.1 　口门区水面最大流速限值

船闸级别 纵向流速（ m/s） 横向流速（ m/s） 回流流速（ m/s）

Ⅰ～Ⅳ ≤2.0 ≤0.30≤0.4

Ⅴ～Ⅶ ≤1.5 ≤0.25

1. 研究现状

1. 研究现状

通航建筑物在枢纽中的相对位置分为：

导流洞出口

700

拱坝

引水渠

429. 0

尾水渠

RCC厂房围堰

垂直升船机

护坦

乌江

构皮滩水电站分散布置

1.3 通航建筑物布置研究现状

分散布置、集中布置 。

1. 研究现状

嘉陵江马回枢纽裁弯取直布置

湘江大源渡枢纽旁侧布置

1. 研究现状

集中布置 : 当坝址处河面开阔，河床内能同时布置挡水、泄水建筑物，通航建筑物及电站等水工建筑物时可采用。

集中布置的渠化枢纽，应避免泄水建筑物、通航建筑物、电站三者水流的互相干扰，三者之间应设置足够长度的分水堤

通航建筑物在枢纽中的相对位置分为：

1.3 通航建筑物布置研究现状

1. 研究现状

直线段布置长度不足时的开敞式引航道布置

1.3 通航建筑物布置研究现状

一般沿内侧岸边按导航段 L1 、调顺段 L2 、停泊段 L3 、制动段 L4 进行布置，外侧设置长（ 1.0 ～ 2.0 ） LC 的导航墙起隔流堤作用，形成半开敞式引航道。

d

L1 L2α

引航道直线段长度

船闸轴线 a

R

b

C

R

α

导航段 调顺段 停泊段L3

2. 乌江枢纽概况

乌江干流梯级现状及规划表

项目 地点 正常蓄

水位(m)

利用水头(m)

过船建

筑物规模

工作

进度

调节

性能

设计装机(万千瓦)

东风 清镇 970 132.4 无 已建 季调节 51

索风营 修文 835 75.7 无 已建 日调节 42

乌江渡 遵义 760 132.9 无 已建 年调节 105

构皮滩 余庆 630 197.1 500T升船机 2003.11~2013.1 多年调节 240

思林 思南 440 74 500T升船机 2006.11~2012.10 季调节 84

沙沱 沿河 360 70.5 500T升船机 2006.5~2011.10 季调节 80

彭水 彭水 293 87.4 500T升船机、船闸 2005.9~2009.4 季调节 175

银盘 武隆 215 26.5 500T单线单级船闸 2007~2011 日调节 60

白马 武隆 185 17.54 500T单线单级船闸 规划 日调节 35

备注：本表不含东风枢纽以上的普定、引子渡（三岔河）与洪家渡（六冲河）。

2砖

建

厕

厨房

312. 274T42

厨

2砖基

屋

T15291. 025

瓦

厕

厨

厕

2砖

圈

厨

圈

瓦

圈

2砖

R=17

400

尾水渠

1:3

1:0.

5

C2

C1

厕

乌 江

尾水

平台

上

游副

厂房

主机

间

消力池

已建沙沱大桥

坝顶公路桥

7 上 尾 水 平 台 公 路

安装间

NW43

°

0-21

0.00

0航

乌 江

工作闸门

0+576. 045航

1:1

1:0.11:0.5

充水阀井筒

O3

O2

O1

1'y

2'y

3'y

y4'

y3

1: 0.2

340.00

0

1: 0.2

R=15

000

0-08

2.20

0引

联系梁

340.0001: 0. 2

2y

操作室

4y #4

#1

#2

#3

纽面

2×4m

连接大梁

2×4m

连接大梁

2 右岸 公路＃

3 公路＃

＃

N 47° E溢 流 坝 中 心 线

操作室

电梯井

进口

下游尾水河道

电梯井 0+63

7.82

2航

0+36

5.00

0航

透水栅墙

沙沱电站枢纽布置

2. 乌江枢纽概况

彭水电站枢纽布置

船 闸

变电站

主厂房电站尾水洞

尾水渠

乌江弧形重力坝

上游引航道

导航墙中间渠道

垂直升船机

下引航道

导航墙

辅导航墙

靠船墩

导航墙

重力式隔流堤电站进水口

2. 乌江枢纽概况

中子堆

蔡家村

下中子堆

红远其

船码头

咀庙

湾沙

165

乌江

银盘电站枢纽布置

2. 乌江枢纽概况

3. 银盘引航道布置研究

银盘水利枢纽位于乌江下游，是重庆境内乌江河段规划建设的三个枢纽中的第二个梯级，距涪陵乌江河口里程约 93km ，电站装机容量 600MW 。设计额定水头26.5m ，最大水头 36.5m ，最小水头 8.8m ，规划修建单级船闸通航。

3. 银盘引航道布置研究

导航隔流墙长度对口门区通航水流条件的影响较大 研究表明 L=355m 、堤头在弯顶附近时，下引航道口门区通航条件相对较好。

3.1 下游引航道优化布置方案

横断面概化为矩形断面，概化模型底高程取出口顺直段，平均高程 177.5m ；尾水渠岸坡也概化为直立边坡型式。

概化模型设计

3. 银盘引航道布置研究

（ 3 ）下游口门区水流特征

0 8m/s流速比尺：平面比尺： 100m0

0 100m平面比尺：流速比尺： 8m/s0

a) 1914m3/s b) Q=7000m3/s

流场分布图（ L=420m 、 β=160° ）

3. 银盘引航道布置研究

3.1 下游引航道优化布置方案

220 270 320 370 420 4700

50

100

150

200

250

300

350

400

β 150＝ o

β 160＝ o

(m)导流堤长度

(m)

回流区域长度

β 140＝ 0

220 270 320 370 420 470

β 150＝ o

0

50

100

150

200

β 160＝ o

(m)导流堤长度

(m)

回流区宽度

β 140＝ o

220 270 320 370 420 470

(m)

回流区域长度

(m)导流堤长度

β 140＝ o

β 150＝ o

50

100

150

200

250

β 160＝ o

a） Q=1914m3/s 回流区长度 b） Q=1914m3/s 回流区宽度 c） Q=7000m3/s回流区

长度图 5 回流范围随导航隔流墙长度的变化 (Q=1914m3/s)

Q=1914m3/s工况下， L≤320m 时整个口门区基本为回流，回流流速较大。随着隔流墙长度的增加，口门区、连接段的回流长度、宽度、强度逐渐减小， L=420m 时，回流区长度约 100m 、宽约 60m ，回流流速减小至 0.62m/s

对回流强度的影响

3. 银盘引航道布置研究

3.1 下游引航道优化布置方案

对斜流强度的影响

320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

β 150＝ o

320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

β 160＝ o

320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

(m)导 流 堤 长 度

(m/s)

平均纵

向流

速

β 140＝ o

320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

β 150＝ o

320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

β 160＝ o

320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

(m/s)导 流 堤 长 度(m/s)

平均横向流

速

β 140＝ o

a ）纵向流速 (Q=1914m3/s) b ）横向流速 (Q=1914m3/s)

扩散区斜流强度随导航隔流墙长度的变化图 Q=1914m3/s工况下，回流区下方的斜流扩散区纵向流速、横向流速平均值随隔流墙长度的变化见图 a 、 b ，随着 L 的增加，纵向流速逐渐增大；横向流速总体上也逐渐增大，但 L=420m 、 β=160° 时情况下横流值有较明显减小，横向速度约 0.33m/s。

3. 银盘引航道布置研究

对斜流强度的影响

220 270 320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

(m/s)

平均纵

向流

速

(m)导 流 堤 长 度

β 140＝ o

220 270 320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

β 150＝ o

220 270 320 370 420 4700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

β 160＝ o

220 270 320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

(m/s)

平均横向流

速(m)导 流 堤 长 度

β 140＝ o

220 270 320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

β 150＝ o

220 270 320 370 420 4700.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

β 160＝ o

c ）纵向流速 (Q=7000m3/s) d ）横向流速 (Q=7000m3/s)扩散区斜流强度随导航隔流墙长度的变化图

Q=7000m3/s工况下，随着隔流墙长度 L 的增加，纵向流速均呈增大趋势。平均横向流速在 0.3m/s ～ 0.5m/s 之间变化，隔流墙长度 L=320 ～ 420m ，横向流速相对较小，约为 0.35m/s

3. 银盘引航道布置研究

隔流墙长度 L 对下游口门区水流条件的影响

β=160° 、不同 L时口门区中心线特征流速表

流量 (m3/s)

特征值(m/s)

隔流墙长度（m）

220 270 320 370 420 470

1914

回流最大值 0.68 0.92 0.87 0.66 0.62 0.17

横向流速最大值 0.30 0.37 0.46 0.58 0.33 0.79

纵向流速最大值 - - 0.43 0.83 1.24 1.40

7000

回流最大值 0.57 0.31 0.34 0.67 0.30 0.52

横向流速最大值 0.38 0.47 0.38 0.37 0.33 0.36

纵向流速最大值 1.28 1.56 1.68 1.75 1.92 2.41

堤头位于弯顶上游时口门区回流强度大，堤头位于弯顶下方时枯期电站尾水出流时口门区横流较强，隔流墙堤头在弯顶稍下游位置时通航水流条件相对较好，这与沙沱、银盘的设计结果一致。

3. 银盘引航道布置研究

尾水渠出口段岸线与坝轴法线夹角 β 对水流条件的影响

L=420m 、不同 β情况下横流值比较表

流量 (m3/s)

横流最大值 (m/s)

β=140° β=150° β=160°

1914 0.57 0.81 0.56

7000 0.59 0.74 0.34

在 Q=1914m3/s仅电站出流情况下工况下， β越大堤头下方的回流区范围相对较大； Q=7000m3/s工况下， β 对回流区强度影响明显减小。

在隔流墙布置相同的情况下，纵向流速随着 β 的增加而略有增大；由于斜流角度不同，横向流速在 β=150° 时最大， 140° 时次之、 160° 时最小

3. 银盘引航道布置研究

切除上游引航道进口凸咀，船舶在停泊区停靠后进闸的试验最大舵角由原设计方案的 28.85° 降低为 22.20º ，下行船舶进入停泊区的操纵难度明显降低。

3.2 上游引航道优化布置方案

3. 银盘引航道布置研究

3. 银盘引航道布置研究

3.2 上游引航道优化布置方案

流量 Q=2552m3/s 时的调度运行措施

工 况 上 行 下 行

工况 3a 工况 3b 工况 3a 工况 3b

最大舵角 (°) 18.23 14.26 17.92 13.70

最大漂角 (°) 12.17 11.13 12.00 9.35

最小航速 (m/s) 1.56 1.55 2.86 2.92

工况 3a：四台机组发电泄流；工况 3b ： 1 ～ 3# 机组发电配合 9 、 10＃闸泄流

下游引航道船模试验结果

3. 银盘引航道布置研究

3.3 调度运行措施方案对口门区通航条件的影响

Q=9220m3/s 的运行方式 4台机发电的情况下， 2# 、 3# 、 5 ～ 10＃泄水闸泄洪和

5 ～ 10＃ 泄水闸泄洪相比，船舶上行和下行最大舵角从 15.92°

和 5.25°减小到 14.97°和 14.41° ，船舶航行难度减小。

3. 银盘引航道布置研究

3.3 调度运行措施方案对口门区通航条件的影响

谢谢！