船闸引航道内水面波动的二维数学模型研究

船闸引航道长波波动对人字闸门影响研究

降，人字闸门承受正反水头的作用，该水头呈抵消趋势，所以引航道水面升降有助于反向水头的减小。同时，讨论了惯性超
高（）改善措施、引航道水面波动的利弊及对集中输水系统船闸人字闸门的影响。降
关键词：船闸；引航道；长波；人字闸门中图分类号：Ｕ６１＋１．ｌ４２文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ９２２０）２０８ —４０２４７（０８０ — ０２０
ｃａａｔｒｔｓｏｏｋｃａｅｎｐｒａｈｃａｎｌｎｙｐｙｉａｄｌｔｓ，ｂｅｖｄｔｅｐｔｒｎｈｒｃｅｉｉｆｌｃｈｍｂｒａｄａｐｏｃｈｎｅ，ａｄｂｈｓｌｍｏｅｅｔｗｅｏｓｒｅｈａｔｎａｄｓｃｃｅ
郑 பைடு நூலகம்友，周华兴，李焱
ｆ部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津３０５）交通０４６
摘要：从船闸灌泄水非恒定流对闸室与引航道水力特性的影响出发，通过物理模型试验观测了引航道的波动形态、波动
水力特性；探讨了闸首处最大水面升降与最大流量、引航道长度的关系；分析了闸室超高（）与引航道水面升降对人字闸降门的影响。结果表明调平闸室与上下游水位后，人字闸门的内侧（室）承受惯性水头，外侧（闸引航道）承受水面周期升
ｗｔｒｃｆｒｈｆｏｃａｄｕｔｅ；ｔａｒｅｙｐｓｉｎｅａｉａｅｒｓｕｅ，ａｒｕａｅａｅｅｌｔｆｏｋｗｓｊｓｄｔｚｒＭｉｒｔｉｆｅｄｂｏｉｖａｄｎｇｔｅｗｔｐｅｓｒｓｅｓｆｔｔｉｌａｅｏｏｅｇｅｓｏｔｅｖｒ

二维水流数学模型区产流_汇流问题的探讨

% (（ .） )（ .） *% ** %/," ’-"" ’’0,* ’’0(% $"0*%
式中，其 !、 !为分别与坡面水力特性有关的经验参数；他符号意义同前。经过微分、积分，并经整理得到矩形波面上一场时空分布均匀的净雨所形成的出流过程为：
! " !#$!!（流计算，并嵌入到水动力学模型中，参与串流计算。
"##’( 。
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图"
牛尾河片串流模型区示意图
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水文、水力学模型结构
在总体框架结构上，串流区水文、水力学模型是以
!! , !-#!. /% -$， ". & !" !$ !# ,# !# ,’ !! /’-( 1( .1 # % -$， ". 0 ’ & !" !$ !$ ’
式中： $ 为水流方向的距离； ! 为坡面水深； " 为时间； #为坡面流速； % & 为净雨率； (0 为坡面坡度； (’为坡面阻力坡度； ’为重力加速度。基于上述方程，可得任一矩形波的波面运动方程：
’
结
语
"!&!&%
南水北调总干渠左岸防洪水位研究课题中，对总干渠左岸串流区域均采用水文、水力学模型进行了洪水模拟，该模型按上述方法对计算区产流、汇流进行・了处理，经 “ ’( )”洪水的验证，模拟计算成果符合客观实际，不同标准洪水的计算结果更趋于合理。模拟与调查洪水位结果见表* 。由表*可知，模拟结果与调查结果洪水位基本吻合，说明计算精度较高，洪水
与实践 QIRE 郑州 S 黄河水利出版社 , 4TTTE
位相差最大的为 1E349，最小的仅 1E1P9，在允许误差范围之内。本水文、水力学模型已陆续应用于南水北调中线工程、城市防洪、工程规划、河北省平原洼淀洪水调度以及青银高速公路河北省段防洪评价等技术工作中，取得了良好的效果。

航道水力模型试验规程

航道水力模型试验规程1161.1—951总贝I】1.0.1为统一航道水力模型试验研究的方法与技术要求，提高试验研究成果的科学性、准确性和可靠性，特编制本试验规程。

1.0.2本规程适用于内河航道、顼区航道、跨河建筑物航道以及自航船模航道的水力模型试验研究。

1.0.3航道水力模型试验应根据试验任务要求，编写试验研究大纲，包括工程（或课题发展〕概况、试验研究目的和要求、工程设计和基本资料、模型设计和试验研究方法、试验设备和量测仪器、试验研究进度计划，预期成果目标及试验负责人和参加人员等。

1.0.4本规程应遵循《水工（常规〉模型试验规程》8055—95、《河工模型试验规程》8^9—95和有关标准。

2 相彳似准则2.0.1模型应满足几何相似、水流运动相似和动力相似，遵循佛劳德相似准则。

2.0.2船模总操纵衡准参数或船模回转性参数和航向稳定性参数应基本保持相似。

2.0.3模型应满足阻力相似，使水流处于阻力平方区，如达不到，则必须满足水流呈紊流流态。

3 试验设备和量测仪器3-0.1航道模型试验，常利用的设备及量测仪器仪表，同《水工33(常规〕模型试验规程》。

3.0.2自航船模和船模率定水池及无线电测控设备等必须通过检定。

3.0.3试验用的仪表，凡市场购置，应有国家或行业技术监督部门颁发的合格证，且适合试验测试要求。

3-0.4自行研制的仪表，应经相应的技术监督部门鉴定合格，方可使用。

3.0.5船模航行参数量测仪器，一般可采用高空广角摄影、船模激光轨迹仪等。

4 模型设计4-0.1航道模型应按本规程2丨0丨1条相似准则进行设计，并同时满足第2.0.2、2.0.3条规定。

4.0.2航道模型试验，通常可以在水工整体模型和河道整治的河工模型上进行。

但应根据航道、船模水工和河工的试验任务要求, 河道情况、水文泥沙以及试验室条件等因素，综合考虑选择适宜的模型比尺。

应采取正态模型。

试验宜在清水流中进行，如浑水则含沙量应小于40私。

三峡工程船闸灌水上引航道内水力特性数值模拟分析

维普资讯
水道港口
ＪｕｎｌｆａｅｗａｎｒｏｒｏｒａｔｒｙａｄＨａｂｕｏＷ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第２卷第３３期２０年９月０２
三峡程灌上弓道内特性值分析工船闸水Ｉ航水力数模拟
上游端为９３点，后９然３与９２相连，长全
２６８ｍ，消６０ｍ短堤，闸侧向取水改为正７取６船
３～靠船墩ｊ～过菠段
向取水，引航道口门宽２０Ｉ，２ｌ隔流堤堤顶高程ｌ
１０ｍ图１。５（）
不同高程对引航道内水力要素变化的影响，同时对水库运行中期上引航道内通航条件进行了评价。
关键词：闸；船引航道；力特性水中图分类号：４．１６１２文献标识码：Ａ文章编号：０５４３２０）３—０２０１０ —８４（０２０１２— ５
流态，流平顺，水两岸回流强度较弱；包内含短堤方案３全０＋２ａ积地形，纽泄洪和船闸灌水同时作用，淤枢在３级泄洪流量下引航道内各水力要素值变化很小，明泄洪对引航道内的通航水流条件影响很小：因此，说
计算时不考虑泄洪流量，而在静水条件下进行。“ 全包 ” 案非通航区清淤高程有各种不同观点，的认为清方有
淤高程１３０ｍ有利于减少清淤工作量，的认为清淤高程降低到１００ｍ能较大幅度减少引航道内水位波４．有３．动，利于满足通航要求，过数值模拟，该问题初步探讨。有通对

平面二维水流数学模型

平面二维水流数学模型
平面二维水流数学模型，也称为二维水动力学模型，是一种用数学方程描述水流在平面二维中发生的运动和变化的模型。

该模型一般基于流体动力学的基本方程，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程，以描述水的运动和水面高度的变化。

在平面二维水流数学模型中，水流被视为具有流体性质的连续介质，其运动受到外力（如重力、摩擦力等）的作用。

该模型通常采用网格化方法，将水域划分成若干个网格，每个网格中的水体状态可以用数学方程描述。

平面二维水流数学模型的应用包括但不限于：水文预报、水资源管理、水灾防治、水力工程设计等。

该模型可以用于分析水流的变化趋势、预测洪水、评估治理措施的效果等方面，对于水资源管理和水灾防治有着重要的作用。

总之，平面二维水流数学模型是一种重要的数学工具，可以帮助我们更好地理解水流的运动规律和变化趋势，为水资源管理和水灾防治提供科学依据。

船闸设计原理实验报告

船闸设计原理实验报告1. 引言船闸是一种用于水运的水工设施，用于解决水体高差较大的地区的船只航行问题。

船闸的设计原理涉及了流体力学、结构力学等领域的知识，并且需要确保运行安全和高效。

本实验旨在通过模拟船闸的运行过程，探究其设计原理，并验证其可行性和性能。

2. 实验目的1. 了解船闸的基本原理和工作方式；2. 模拟船闸的运行过程，验证其设计的可行性；3. 评估船闸的性能，包括运行时间、水位变化等指标。

3. 实验装置和材料1. 实验平台：使用水槽搭建的船闸模型；2. 输水系统：水泵、水管等；3. 测量仪器：液位计、计时器等；4. 实验介质：水。

4. 实验步骤1. 搭建船闸模型：在水槽中设置两个可以移动的闸门，保证其能够顺畅开启和关闭。

确保船闸模型与实际船闸的比例合理，并且闸门的材料具有一定的强度和密封性。

2. 连接输水系统：将水泵与水槽相连接，保证水源能够通过闸门的开启和关闭来控制船闸的水位变化。

3. 设置测量仪器：在水槽的不同位置安装液位计，并利用计时器记录船闸运行的时间。

4. 进行实验操作：打开水泵，观察水位的变化以及闸门的运行情况。

通过控制闸门的开启和关闭时间来模拟船只的进出过程。

5. 记录实验数据：记录实验过程中的关键数据，包括水位变化、闸门运行时间等。

6. 数据分析：根据实验数据进行分析，评估船闸的性能和可行性。

5. 实验结果与讨论根据实验数据和观察结果，我们得出以下结论：1. 船闸的设计原理和工作方式经过实验证明是可行的。

模拟船只进出的过程中，船闸能够准确控制水位的变化，确保船只的安全通行。

2. 船闸的性能与其结构和设计参数有关。

通过调整闸门的开启和关闭时间，我们可以控制船闸的运行速度和水位变化速度。

优化船闸的设计参数可以进一步提高其运行效率和性能。

3. 船闸的运行时间与其设计水位差、水流速度等因素有关。

在实验中，我们观察到水位差较大时，船闸的运行时间较长；而水流速度较快时，船闸的运行时间较短。

内河航道船舶航行操纵平面二维数值模拟在复杂流态下的应用

２１船舶静水操纵性率定计算．静水率定资料采用上海船舶运输科学研究所获取的静水试验资料。船舶回转模拟计算采用３。５
满舵计算运行轨迹（图４）；船舶ｚ操纵性模拟形
采用舵角 ±１。复操作计算（０往图５）。结果表明，船舶数模计算结果与实船试验结果比较接近。
ｍａｈｍａｉａｄｌｏｈｐｎｖｇｔｎｍａｉｕａｉｎｉｅｔｂｉｈｄｗｈｃｓｕｄｒｔｅｂｄ — ｔｄｃｏｄｎｔｔｅｔｌｍｏｅｆｓｉａｉａｉｎｐｌｔｓｓａｌｓｅ．ｉｈｉｎｅｈｏｙｆｔｏｒｉａｅｃｏｏｉｅｓｓｅｂｓｄｏｔｇｅｅｒｄｈｃｓｐｒｅｔｏｎａｄｒｖｒ．ｈｏｔｅｔａｄｌｕｅｈ一ｙｔｍａｅｎｓａｇｒｄｇｉ，ｗｉｈｉｅｆｃｒｉｌｎｉｅｓＴｅｆｗｍａｈｍａｉｌｍｏｅｓｓｔｅ２Ｄｆｌｃｌｔｅｔｌｍｏｅｉｈｉｎｅｈｏｙｆｔｏｒｉａｅｓｓｅｂｓｄｏｔｇｅｅｒｄａｄｔｅｓｉｆｗｍａｈｍａｉａｄｌｗｈｃｓｕｄｒｔｅｂｄ－ｔｄｃｏｄｎｔｙｔｍａｅｎｓａｇｒｄｇｉ，ｎｈｈｐｏｃｉｅ
滩航道整治工程流空滩开挖平面布置图。水位、流速验证资料采用２０年５０６月—６月实测的水文资料。

一、二维耦合数学模型在水利枢纽通航水流条件研究中的应用

４计算结果分析
为使船舶在正常操作条件下安全通畅过闸，《船闸总体设计规范》【９ｊ中规定：Ⅲ级船闸引航道口门区平行航线的纵向流速应不大于２．０ｍ／ｓ，垂直航线的横向流速应不大于０．３ｍ／ｓ，回流流速应不大于０．４ｍ／ｓ；Ｖ级船闸平行航线的纵向流速应不大于１．５ｍ／ｓ，垂直航线的横向流速应不大于０．２５ｍ／ｓ，回流流速应不大于０．４ｍ／ｓ；引航道内纵向流速一般应
警＝一（ｇＡ百ａｈ．＋ｇ咪）（６）
２．２模型范围二维模型分别建立了大小２套模型，大模型主
水流连续方程：
挚否ｉ＋＋百警＋—＋万警ｉ‘：２ｏｕ
（‘３３，）
水流运动方程：
警＋以等＋％考：丹一ｇ瓦ａｈ一
盂＋帆Ｉ／订ａ２Ｕ５＋势）
（４）
１、．１１．＋２
预测器／，＋Ｑ咖广ｐ一：ＩＲ啪ＭＩＫＥｌｌ
瓷）ＲｂＭ＋
３计算工况及闸门调度方式设置
３．１计算工况为研究节制闸不同运行工况对船舶过闸流态的
影响，按照节制闸的功能和用途共进行了３大类工况的计算，分别为节制闸排涝及预降内河水位工况
垂霎量垂萋
Ｈ
一
时问
（ａ）黄浦公园测点
流速验证
量重量垂薹
一
一
时间
（ｂ）黄浦公园测点
流向验证
图６流速、流向的率定验证结果（文中外河侧指枢纽西端近黄浦江一侧、内河侧指枢纽东端大治河一侧，下同）、节制闸关闭工况、节制闸引水工况。３大类工况与内河侧不同水位的组合，构成７组具体工况，见表ｌ。外河侧计算潮型见图７，最高潮位为３．８ｍ（上海吴淞基面，下同），最低潮位为１．４ｍ，潮差为２．４ｍ。
·实测一计算
ｏ
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水利工程中水位波动的数值模拟

水利工程中水位波动的数值模拟近年来，随着科技的发展，水利工程的建设也越来越注重数字模拟。

其中，水位波动的数值模拟就是水利工程领域重要的一项研究。

本文将针对水位波动的数值模拟展开深入的探讨。

一、水位波动的背景在水利工程中，水位波动是一种十分常见的现象。

水位的波动有时会给水利工程带来严重的后果，如管道破裂、水库泄洪、堤防崩塌等。

因此，对水位波动进行数值模拟，可以更好地了解其特点和规律，以便在预测和规划中进行科学决策。

二、水位波动的数值模拟方法数值模拟方法可以分为物理试验和计算机模拟两大类。

水位波动的数值模拟适合采用计算机模拟方法。

下面将介绍常见的两种水位波动的数值模拟方法：1.有限元数值模拟有限元数值模拟是一种广泛应用于水利工程中的数值模拟方法，它通过离散化处理，把复杂的连续问题转化为离散问题，然后对其进行数值计算。

该方法可根据波动特征等因素进行分类，如小振幅、大振幅、直线波、自由波等，真正实现针对不同波动的专属模拟。

2.多物理场耦合数值模拟多物理场模拟方法是一种较新的数值模拟方法，它将物理场之间的关联进行了耦合，方便更多、更全面、更真实的用数学手段描述各种物理现象。

将该方法用于水位波动的模拟，可以将水位波动与水温、流速等因素同时纳入模拟范畴之内，使得模拟结果更加准确。

三、水位波动的数值模拟实现步骤1.建立计算模型在进行水位波动的数值模拟前，要先建立一个可用的数值模型。

建模的基础是对水文环境、水力学环境、地形地貌及相关规律等进行深入的研究和分析。

模型的建设需要紧密结合实际场景，确保模型的可靠性和准确性。

2.获取边界条件边界条件是指模型的边界上的约束条件。

在进行水位波动的数值模拟时，边界条件是非常重要的，它们通常由实测得来。

只有正确地获取边界条件，才能保证模型可以得到准确的结果。

3.求解数学模型利用所得到的数值模型以及边界条件，将波动方程转换为偏微分方程，最终转化为代数方程组的形式。

我们可以采用有限元模拟等方法求解得到数值解，从而直观地了解波动规律。

专题二——内河航道横流对船舶航行的影响研究-交通科技管理中心备课讲稿

内河航道通航条件关键技术研究（二期）报告简本引言0.1 研究背景近年来，在内河航道建设上，经过大量的工程实践，发现和提出了不少急待研究的技术问题，其中，有关内河航道通航水流条件方面总结归纳了八个方面的问题，拟作专题研究。

受研究经费及研究周期所限，八个专题的研究工作拟分三期进行。

2004年已启动了第一期的研究工作，内容包括“通航建筑物口门区及连接段通航水流条件”、“跨河建筑物通航净宽、净高”和“内河航道设计通航水位计算方法”三个专题。

二期的研究内容主要包括：“通航建筑物引航道通航水流条件研究”和“内河航道横流对船舶航行的影响研究”两个专题。

二期研究内容的拟定主要是基于其研究内容与一期相关专题的连续性，以充分利用一期研究过程中收集的相关资料，为二期研究工作的开展创造一定的条件。

引航道是通航建筑物的重要组成部分，是船闸、升船机等过船设施与上、下游河道的连接通道，其作用在于保证等待过闸的船舶安全停泊，并使进出船舶能交错避让顺利进出通航建筑物。

在通航建筑物灌泄水时，上下游引航道内产生非恒定流，由此引起的水面波动和流速、流态变化不仅对引航道等待过闸的船舶产生各种动水作用力，直接影响船只进出引航道，同时，涌浪还会使引航道中的水面降低，减小有效水深，影响航行安全，在国内外的工程实践中，在引航道内均有发生船只海损事故的实例。

船闸引航道的通航水流条件与口门区的水流条件也息息相关，口门区通常为动静水的交界区，常产生斜流、横流和回流等不利于航行的水流流态。

因此，在实际工程中，常在导航堤头部开孔以改善口门区的水流条件。

但开孔的同时，特别是在引航道端部开孔的一定范围内也产生水流流速，从而影响引航道内的通航水流条件。

本项目专题一系统研究了船闸灌泄水非恒定流长波波流运动的水力特性；长波波幅与瞬时水面比降、与阀门开启时间、最大瞬时流量、灌泄水时间的关系，并提出相应的设计原则。

同时，研究了不同开孔方式对改善口门区水流条件的效果，以及对引航道通航水流条件的影响，提出导航墙开孔的布置原则，这对优化工程设计有一定的现实意义。

多线船闸下游引航道通航水流条件及改善方案研究

件提供一些参考。
１衡量通航水流条件的标准
按照《船闸输水系统设计规范》及《船闸总体设计规范》（下称《规范》），船闸闸室、口门区及引航道
水流限制条件如下：
（１）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０．２５ｍ，人字门允许的反向水头应小于０．２５ｍ。（２）引航道口门区流速。在口门区的有效水域范围内：纵向流速不应大于２．０ｍ／ｓ，横向流速不应大于０．３ｍ／ｓ，回流流速不应大于０．４ｍ／ｓ。另外在引航道口门区宜避免出现如泡漩、乱流等不良流态。
（３）引航道内流速。引航道导航段和调顺段内宜为静水区，制动段和停泊段的水面最大流速纵向不应大于０．５ｍ／ｓ，横向不应大于０．１５ｍ／ｓ。
（４）口门区与主航道之间的连接段水流条件，参照口门区通航水流条件的基本要求，判别连接段水流条
低的船闸闸门造成了很大的威胁，通常采用相应的工程措施加以缓解，但是，如果工程措施不当，反而会恶化下游引航道内水流条件，直接影响进出船闸的船舶通航安全。因此，认识影响引航道内水流条件的机理，计算分析不同＿丁程措施方案下的水力特征值变化规律，是有现实意义的。不少学者对船闸通航水流条件作

船闸引航道布置及口门区通航水流条件现状研究

船闸引航道布置及口门区通航水流条件现状研究摘要：水运工程中，对引航道的布置及口门区的通航水流条件探究一直是热点。

世界各地的专家学者做了很多研究和探索，取得了大量的成果，同时发现了很多问题和难点。

本文将从下引航道布置研究现状、枢纽通航水流条件标准研究现状、现有已建二线船闸下引航道通航水流条件研究现状三个方面进行研究分析。

关键词：船闸，引航道，口门区，通航水流条件，研究现状Study on the layout of approach channel of ship lock and current conditions of navigable flow in entrance areaLIU shicong YANG nianshuo(College of River Sea, Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)Abstract: In water transport engineering, the layout of approach channel and the navigable flow conditions in the entrance area are always hot spots. Experts and scholars around the world have done alot of research and exploration, achieved a lot of results, and founda lot of problems and difficulties. This paper will study and analyze the current situation of the layout of the approach channel, thecurrent situation of the standard of the navigable flow condition ofthe hub, and the current situation of the navigable flow condition of the approach channel under the existing second-line lock.Key Words: Lock, approach channel, entrance area, navigablecurrent conditions, Research status引言船闸引航道是船舶出入船闸的重要通道，关系着船舶是否能安全过闸，因此是枢纽布置的关键问题之一。

多线船闸下游引航道通航水流条件及改善方案研究

多线船闸下游引航道通航水流条件及改善方案研究东培华;马洪亮;尤薇;董佳【摘要】多线船闸下游引航道内反向水头过大引起的船闸安全问题引入关注.以江苏刘老涧三线船闸为例,建立了非结构网格下的平面二维水动力数学模型,计算了下游引航道在二、三线船闸不同泄水条件下的水流流态及一线船闸闸门处的反向水头.采用开挖隔堤的工程措施以缓解反向水头过大的问题,计算分析了不同下闸首至开口段长度、开口段长度和开口段底高程下的最大反向水头及最大横向流速特征值变化规律,为改善多线船闸下游引航道水流流态提供参考.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】5页(P420-424)【关键词】多线船闸;引航道;水流条件;数学模型【作者】东培华;马洪亮;尤薇;董佳【作者单位】江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京 210000;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京 210000;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京210000;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京 210000【正文语种】中文【中图分类】U617;U641.1随着经济水平的不断发展，内河船舶数量持续增长，对船闸的通过能力提出了新的要求，各地在原有单线船闸的基础上纷纷兴建双线或多线船闸。

由于多线船闸下游河道断面在引航道之后迅速缩窄，导致引航道内水流前进波发生反射并在船闸闸门处产生较大的反向水头，过大的反向水头对建成时间长、设计标准低的船闸闸门造成了很大的威胁，通常采用相应的工程措施加以缓解，但是，如果工程措施不当，反而会恶化下游引航道内水流条件，直接影响进出船闸的船舶通航安全。

因此，认识影响引航道内水流条件的机理，计算分析不同工程措施方案下的水力特征值变化规律，是有现实意义的。

不少学者对船闸通航水流条件作了很多工作［1-6］，但研究多线船闸不同泄水条件下游引航道水流流态的还不多见，本文以江苏省刘老涧船闸为例，复演了二、三线船闸泄水时一线船闸较高的反向水头，计算了对隔堤不同开挖方案实施后关心水域的流态，在此基础上分析总结了各开挖方案对水流特征值的影响规律，为改善多线船闸下游引航道通航条件提供一些参考。

阜阳船闸上游航道模型试验研究

ｉｉ科技论坛麓
阜阳船闸上游舫碴模型试验硼究
张波
（安徽省水利水资源重点实验室
【摘
安徽省水利科学研究院蚌埠
２３３０００）
要】阜阳船闸上引航道与泉河的夹角很大，泉河水流在上引航道内形成横向流，威胁行船安全。为合理确定航道与泉
表３为各工况下的进水流道损失，计算结果表明流道损失与流量的二次方成正比，符合管道损失规律（Ｈ＝Ｓ・
泵叶轮提供良好的水力条件，茭陵泵站改造泵装置改造方
案是可行的。相关成果已应用于工程改造方案论证中一
Ｉ【科技论坛ｊｉ
３原方案试验成果
表３各工况下进水流道损失工况流量（ｍ，／ｓ）设计
扬程
２研究目标及内容
表２各工况下断面流速均匀度
工况
设计扬程
Ｂ—ＢＡ—Ａ９１．５８０－２９０．７
８０．６
断面
Ａ—Ａ
区；泉河左岸与船闸上引航道左岸岗地围成的区域为Ｃ区；泉河左岸与船闸上引航道右岸岗地围成的区域为Ｄ区。
航道内水流须满足的水力学指标见表１。沙颍河与泉
河的流量组合见表２。本次研究采用１：１００的正态模型进行，模型模拟范围为闸上２．３ｋｎ，ｉ闸下１．３ｋｍ。模型横向取至两侧大堤，宽约１．５ｋｍ。包括船闸的上下游航道口门区、新老节制闸、新老船闸等。
试验的主要目标为在保证航道内的水力学指标满足规范要求的前提下，尽量减少开挖量，以节省投资。原开挖方案见图１。船闸上引航道两侧岗地被泉河和引航道分割为四个区域：泉河右岸与船闸闸室右岸岗地围成区

三峡双线船闸灌水引航道内波动叠加的数学模型计算

收稿日期：２０１３ — １１－２２；修回日期：２０１３ — １２ — １７
基金项目：西部交通建设科技项目（２００６３２８２２４１１６）作者简介：孟祥玮（１９６５一），男，河北省滦县人，研究员，主要从事港口航道工程水力学研究。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＭＥＮＧＸｉａｎｇ－ｗｅｉ（１９６５一），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．
内有效水域为长１２０ｉｎ、宽１８ｉｎ、水深３．５ｉｎ。三峡升船机采用 “ 全平衡齿轮齿条爬升及短螺杆长螺母柱安全
保障的一级垂直升船机 ” 技术方案。驱动系统允许船厢误载水深± ５ｃｍ，电机功率８ｘ２５０ｋＷ。当船厢与闸首对接过程中误载水深超过± ５ｅｍ时，需启动船厢两端的可逆水泵系统进行调节。
中图分类号：Ｕ６４１．１；０２４２．１文献标识码：Ａ文章编号：１００５ — ８４４３（２０１４）０４ — ０３８２ — １１
三峡船闸与升船机在上游共用引航道，为五级双线船闸。船闸上游引航道底高程１３０Ｉｎ，导航隔流堤顶高程１５０Ｉｎ。每年的６月中旬至９月底水库水位保持在１４４．０ｍ。该时间段内，船闸灌水会使大量水体流入引航道，在引航道内形成周期性的水位升降运动，即往复流。水位波动会在船闸人字门产生反向水头，也会影响升船机的误载水深。为了解双线船闸灌水时上游引航道水流的运动规律，寻求水流条件改善措施，以确保船闸和升船机本身的运转安全，开展了本课题研究。研究表明，Ｄｅｌｆｔ３Ｄ软件可以有效地模拟船闸灌水在船闸上游引航道的非恒定流运动。三峡船闸灌水非恒定流在上游引航道产生长波运动。最大波高发生在升船机、船闸闸首处，最大流速和比降发生在引航道进口过渡段，最大横向流速发生在口门区右侧。对周期相近的水位波动叠加，从理论上分析推导了双闸错时运行以抵消波高的方法。利用数学模型进行了双线船闸灌水非恒定流的相互抵消和叠加试验，得到了三峡船闸灌水组合运转的不利情况和减小波高的方法。

“建设创新型交通行业工作会议”在京召开

来了新机遇，，又是在新的历史起点上实现交通又快又好发展的战略选择。李盛霖在总结公路水路交通发展的历史因此创新经验、深刻分析交通发展面临的形势的基础上，深刻阐述了建设创新型交通行业的内涵，出建设创新型交通行业，指就是以科
［］Ｔ３６２０，７ＪＪ — ０１船闸输水系统设计规范［］０ｓ，
Ｄｓｕｓｎｏｐｌａｉｏｄｔｎｏｅｆｒｌｉｓｉｎａｐｉｔｎｃｎｉｆｈｍｕａｃｏｃｏｉｏｔｏｏｈｐｍｏｒｇｆｒｅｏｃｐｒａｈｆｉｓｏｉｃｆｏｋａｐｏｃｎｏｌ
ｕｅｏｃｃａｅｔｅｓｉｏｒｇｆｒｅｉｏｌｐｌｓｔｅｃｓｆｅｔｎｌａｔｒｎ≥ １ｄｄｅｏｐｌｓｔ＜ｓｄｔａｕｔｈｈｐｍｏｉｃ，ｌｎｙａｐｉｏｔａｅｏｃｉａｃｏｌｌｎｏｅｈｓｏｆ２ａｏｓｎｔｐｉｏｎｎａｅ
理念、新思路、新举措推进交通工作，实现交通发展的新进展和新突破，是做好交通工作的持久动力。当前，经济社会的发展和人民生活水平的提高对交通提出了新需求，构建和谐社会和建设社会主义新农村对交通提出了更高要求，建设资源节约型和环境友好型社会对交通提出了新挑战，建设和完善综合运输体系对公路水路交通提出了新要求，新科技革命为交通发展带
阳，，等船闸引航道内水面波动的二维数学模型研究［］水道港口，９（）２ — ４Ｊ．１８３：２．９２焱，．等三峡工程船闸灌水上游引航道内水力特性数值模拟：］天津：通部天津水运工程科学研究所，０．Ｒ．交２１０

船闸水力学及控制优化研究

船闸水力学及控制优化研究船闸作为水利工程中重要的水力设施，其运用涉及到船舶的安全通航、水利资源的合理利用等多个方面。

因此，在船闸的设计、施工、运行中，如何实现水流的有效控制和优化利用，成为了船闸水力学及控制优化研究的重要议题。

一、船闸水力学基础船闸的基本工作原理是利用闸门对河道水流进行控制，通过提高闸门、挡板等装置来堵住河道，达到调节水位和流量的目的。

而在船闸内部，液体的流动与分布情况则是船闸水力学研究的重点之一。

船闸内部水流主要分为上、中、下三层，其中上层相对平稳，中层速度逐渐加快，下层速度最快。

船闸内部水流的另一种划分方法是按水力学压力划分，即将闸上水位面到闸下水位面的高度差平均分为三段，分别称为高压区、中压区和低压区。

而水流在船闸内的压力分布情况，也会影响到船舶的通航安全和水资源的优化利用。

二、船闸控制技术现状目前，船闸控制技术主要包括机械控制、液压控制、电控制和智能控制四种。

机械控制是船闸控制最早应用的一种技术，其利用齿轮、滑轮等机械装置，实现对闸门的升降和闸室水位的调整。

液压控制则是利用油缸、油门等液压元件，通过测量闸门高度差或两侧液位差，来实现对闸门的控制。

电控制则是将电控元件应用到船闸控制领域，通过测量液位、压力、流量、速度等参数，来实现对船闸的控制。

而对于当前环境要求越来越高的现实，智能控制日益成为航运领域发展的趋势。

智能控制主要依靠计算机、网络、传感器等技术来实现，可以有效提高船闸的控制效率和精度。

三、船闸水力学及控制优化研究的关键技术1、流场数值模拟在船闸设计和施工中，流场数值模拟技术已经成为了一种重要的手段。

流场数值模拟能够分析船闸内流场分布情况，定量评价闸门高度与水位之间的关系，从而在船闸设计和施工中优化闸门高度、布置方法和操作模式，提高水力学性能。

2、智能化挡水机构船闸挡板是船闸内部的主要控制元件，其精度和灵敏度在很大程度上决定了船闸的通航和水利利用效率。

为了实现船闸挡板的精准定位和及时响应，近年来智能化挡水机构的研究受到了广泛关注。

嘉陵江草街船闸上游引航道水力学问题研究

嘉陵江草街船闸上游引航道水力学问题研究胡亚安;全强;严秀俊;张志崇;蒋筱民【摘要】嘉陵江草街船闸闸室尺寸为200.0 m×23.0m×3.5m(长×宽×门槛水深),最大工作水头26.7 m,其综合水力指标居我国已建单级船闸前列.施工期通航上游水位192.0 m,此时其上游引航道水深仅为2.9m,如果阀门按设计指标正常开启,船闸灌水时上游引航道非恒定流特征明显,浮式导航墙存在较强斜流和漩涡,引航道水面比降及纵向流速较大,危及船舶通航安全,此外船闸进水口淹没深度较小,流量达到一定值时将出现较强漩涡,严重时还会出现贯穿吸气漩涡,影响闸室船舶安全.通过原型调试结合数学模型计算,解决了草街船闸施工期通航上游引航道特殊水力学问题,确定了船闸施工期通航运行方式,保证了船闸施工期通航安全运行.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P55-59)【关键词】船闸;水力学;原型观测【作者】胡亚安;全强;严秀俊;张志崇;蒋筱民【作者单位】南京水利科学研究院水文资源与水利工程科学国家重点实验室,通航建筑物建设技术交通行业重点实验室,江苏南京 210029;南京水利科学研究院水文资源与水利工程科学国家重点实验室,通航建筑物建设技术交通行业重点实验室,江苏南京 210029;南京水利科学研究院水文资源与水利工程科学国家重点实验室,通航建筑物建设技术交通行业重点实验室,江苏南京 210029;南京水利科学研究院水文资源与水利工程科学国家重点实验室,通航建筑物建设技术交通行业重点实验室,江苏南京 210029;长江勘测规划设计研究院,湖北武汉 430010【正文语种】中文【中图分类】TV135.4由于船闸灌泄水取自或泄向引航道，可能在引航道内形成较大的水面波动，对引航道内船舶航行及停泊条件产生不利影响，国内外学者对此进行了大量研究［1-5］.嘉陵江草街船闸施工期通航上游水位192.0m，此时其上游引航道水深仅为2.9 m.这一工况在前期模型试验阶段并未涉及［6］，为此本文首先利用数学模型快速有效的计算出引航道内存在的水面波动问题及引航道内水流流速，然后通过调节阀门运行方式以控制流量，有效解决了草街船闸施工期通航引航道水力学问题，确保了船舶通航安全，为草街船闸顺利完成施工期通航奠定了基础.1 数值计算方法船闸灌泄水与引航道内水体的运动或波动是相互影响的，由于灌泄水过程引航道内水位也发生波动，故利用河道及引航道内非恒定流数值计算，结合船闸灌泄水水力数值计算来研究引航道内水位变化情况.1.1 基本方程与边界条件沿水深的平面二维水流数学模型基本方程由连续方程和动量方程组成［7］，其形式为:连续方程:动量方程:式中:H，Z分别为水深和水位(m);u，v分别为x及y向水流速度(m/s);γt为紊动黏性系数(m2/s);C为谢才系数;n为河床糙率，R为水力半径(m).考虑惯性影响和船闸灌泄水过程的水力计算基本方程［8］为:闸室内水位变化过程:式中:H为引航道水位;Z为闸室水位;V为廊道计算断面平均流速;μ为流量系数;Ln为输水廊道惯性换算长度;w为输水廊道计算断面面积;Ω为闸室水域面积.初始条件:假设整个计算域内边界条件=192.0m，出口采用非恒定流量边界条件Q(t).1.2 计算结果分析图1 船闸灌水输水特性曲线Fig.1 Characteristic curves of water filling into ship lock表1 引航道内水体运动特性统计Tab.1 Characteristic statistics of water mo tion in the approach channel86.89 m 进水口前进水口前145.75m 进水口前30.14 m 进水口前# 4－2# 4－3#最大纵向流速(m/s) 1.34 1.45 1.46 2.10 2.10 2.10 3.07 3.13 3.05 4.83.27m 1－1# 1－2# 1－3# 2－1# 2－2# 2－3# 3－1# 3－2# 3－3# 4－10 4.50 4.00最大水位降幅(m) 0.35 0.360.37 0.54 0.54 0.54 0.90 0.90 0.90 1.51 1.37 1.30图2 距进水口3.27m处水位及流速过程线Fig.2 Water-level and velocity hydrograph at 3.27m away from inlet在上游引航道水位192.0m，闸室水位176.3m，水头15.7m情况下灌水流量过程线如图1，灌水过程最大流量222.15m3/s.船闸灌水初期，水流由进水口进入闸室，引航道内水位下降，约140 s左右引航道水位下降到最低，纵向流速同时达到最大.数模分别计算了进水口前3.27，30.14，86.89和145.75m处的纵向最大流速及水面降幅(见表1).进水口前3.27m处水面降幅及纵向流速变化过程线见图2.数学模型计算表明:在水位及纵向流速达到最大值后上游水体没能及时补充到引航道内，导致测点水位在140 s后持续保持在1.67m低水位.上游引航道最大纵向流速达4.8 m/s(最窄断面)，而且在高流速情况下持续一段时间，这样对引航道内停泊的船只存在很大的威胁.对应的最大水位降幅达1.5m，此时测点处水深仅1.4 m，低于进水口的高度1.8 m，所以进水口露空，会出现贯穿性漩涡，进水口大量进气又将恶化闸室流态从而危及船舶停泊安全［9］，同时引航道流态极有可能出现急流流态甚至水跃(红水河大化船闸调试中中间渠道曾经发生该流态［10］)，不仅严重影响引航道口门区船舶安全，而且对上游人字门运行将产生严重影响.为确保草街船闸施工期通航安全，须通过调整阀门开启方式降低输水系统流量的方法，解决施工期通航因上游水深较浅所带来的引航道非恒定流水力学问题.2 原型调试解决引航道内水力学问题在明确了灌水阀门不能采用连续开启至全开的运行方式后，首先进行了阀门开启至0.3开度的局部开启方式.船闸灌水初期，大量水体进入闸室，引航道水位急剧下降，在120 s左右水位下降到最低，引航道内流速达2.6m/s.观测发现由于上游水库不能及时补水到引航道内，导致引航道内水位下降严重，上游浮式导航墙斜流及回流强度较大.由于纵向流速过大，停靠在靠船墩边的船只可能被水流拉断缆绳，从而危及船舶安全及对人字门形成威胁.人字门前水位波动过程如图3所示，最大波幅达0.6m，进水口也出现明显漩涡.因此，此种运行方式下上游引航道水流条件对口门区船舶航行及停泊存在安全隐患，应进一步减小输水流量.原型调试中，分别比较了阀门局部开启至0.15，0.2开度情况下，上游引航道内水流波动情况和流量变化过程.观测表明:引航道浮式导航墙及进水口流态明显改善，水位波动小，可以满足通航要求.因此确定的控制流量为110m3/s，相应的停机开度为0.2.如果一直采用0.2开度局部开启方式，尽管流态较好，但输水时间过长，影响通航效率.图3 人字门前水位波动过程线Fig.3 Water-level fluctuation hydrograph in front of the miter gate为缩短输水时间，进行了间歇开启方式研究，间歇开启方式的原则是，第2次开启阀门后输水系统流量峰值不能超过第1次的峰值，因此对第2次开启的时机(即剩余水头)和停机开度进行了试验.阀门开启方式:第1次开至0.15开度停机，当剩余水头5m时再开至0.6开度，实测的流量过程线如图4所示，由图可知第2次开到0.6开度后，流量达到130m3/s，超过了控制值110m3/s，不能满足要求. 为此重新调整了阀门第2次开启方式，确定4 m剩余水头时开至0.4开度，实测的流量过程线如图5所示.结果表明，第2次开启后的峰值流量与第1次停机时相当，达到预期要求.同时在这种开启方式下，测试了上游引航道和人字门前水流流态，实测的结果如图5所示:输水系统最大流量控制在110m3/s以下，引航道测点1水面最大降幅为0.34 m;引航道测点2(人字门库前)水面最大降幅仅为0.28 m;离船闸最近的隔流堤柱墩断面流速控制在1.0m/s左右;进水口上方仅仅有旋转水流，未形成穿心吸气漩涡.上游引航道的非恒定流问题得到较好解决.图4 间歇开启方式下流量过程线Fig.4 Discharge hydrograph with intermittent open图5 阀门开启方式及对应流量过程线Fig.5 Valve open types and corresponding discharge hydrograph3 结语(1)利用二维非恒定流的数学模型结合船闸灌泄水一维数学模型联合求解，模拟了草街船闸施工期通航下上游引航道水面波动及流速情况，计算结果表明在施工期船闸最大运行水头为15.7m(上游192.0m，下游为最低通航水位176.3m)条件下，若阀门采用连续开启至全开的运行方式，输水系统最大流量可达222.15m3/s(不考虑进水口出现吸气漩涡问题);上游引航道最大纵向流速达4.8 m/s(进口前3m 处)，引航道流态极有可能出现急流流态甚至水跃，不仅严重影响引航道口门区船舶安全，而且对上游人字门运行将产生严重影响，同时进水口可能出现贯穿性漩涡，进水口大量进气又将恶化闸室流态从而危及船舶停泊安全.根据相关工程原型调试经验，需要通过改变阀门开启方式来控制输水系统流量，解决引航道水力学问题. (2)在草街船闸原型调试中，改变阀门开启方式控制输水系统最大流量，通过多组实测试验对比分析，以及观察上游引航道及进水口流态，最终确定草街船闸施工期通航阶段阀门开启方式:阀门先开启至0.2开度，待水位差H=4 m时开启至0.4开度;并且确定该方式可以有效的解决草街船闸施工期通航(上游引航道水深仅2.9 m)上游引航道水力学问题，通过原型调试，确定船闸施工期通航运行参数，从而保证该船闸的正常安全运行，充分发挥船闸的航运效益.参考文献:［1］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.(HU Xu-yue，LI Biao，XU Lijun.A review of research on navigation flow condition of hydro-junction［J］.Port＆ Waterway Engineering，2005(11):59-64.(in Chinese))［2］孟祥玮.船闸灌泄水引航道非恒定流研究［D］.天津:天津大学，2010.(MENG Xiang-wei.Study on unsteady flow in the approach channel of ship lock［D］.Tianjin:Tianjin University，2010.(in Chinese))［3］涂启明.船闸通航条件研究［M］.北京:人民交通出版社，2010.(TU Qi-ming.Study on navigation condition of ship lock［M］.Beijing:China Communications Press，2010.(in Chinese))［4］周华兴.船闸通航水力学研究［M］.哈尔滨:东北林业大学出版社，2007.(ZHOU Hua-xing.Study on navigation hydraulics of ship lock［M］.Harbin:Northeast Forest University Press，2007.(in Chinese))［5］须清华，张瑞凯.通航建筑物应用基础研究［M］.北京:中国水利水电出版社，1999.(XU Qing-hua，ZHANG Rui-kai.Applied basic research for navigation structure［M］.Beijing:China WaterPower Press，1999.(in Chinese))［6］赵世强，胡亚安，赵健，等.嘉陵江草街航电枢纽总体布置及通航水力学关键技术研究［R］.重庆:重庆西南水运工程科学研究所，2007.(ZHAO Shi-qiang，HU Ya-an，ZHAO Jian，et al.Key technologies of general layout and navigation hydraulics for Caojie navigation-hydropower junction on Jialingjiang river［R］.Chongqing:Chongqing Southwest Water Transport Engineering Research Institute，2007.(in Chinese))［7］汪德瓘.计算水力学理论与应用［M］.北京:科学出版社，2011.(WANG putational hydraulics theory and application［M］.Beijing:Science Press，2011.(in Chinese))［8］王作高.船闸设计［M］.北京:水利电力出版社，1992.(WANG Zuo-gao.Ship lock design［M］.Beijing:China WaterPower Press，1992.(in Chinese))［9］胡亚安，李君，宗慕伟.红水河乐滩船闸输水系统水力特性原型调试研究［J］.水利水运工程学报，2008(1):6-12.(HU Ya-an，LI Jun，ZONG Mu-wei.Prototype debug study on hydraulic characteristics of the filling and emptying system of Letan ship lock on Hongshui River［J］.Hydro-Science and Engineering，2008(1):6-12.(in Chinese))［10］胡亚安，李君，李中华.红水河大化船闸输水系统水力特性原型调试研究［J］.水运工程，2008(3):87-92.(HU Ya-an，LI Jun，LI Zhong-hua.Prototypedebug study on the hydraulic characteristics of the filling and emptying system of Dahua ship lock on Hongshui river［J］.Port＆ Waterway Engineering，2008(3):88-92.(in Chinese))。

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律? 船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律徐进超1,2，李云1,2，宣国祥1,2，刘本芹1,2，金英1,2 (1. 南京水利科学研究院，江苏南京210029；2. 交通运输部通航建筑物建设技术交通行业重点实验室，江苏南京210000) 摘要：结合工程实际，研究利用船闸泄水进行下游引航道清淤，对减少清淤成本、提高通航效率有着重要的工程价值。

建立枢纽及船闸下游引航道的二维水沙数学模型，采用已有模型试验对水流场和泥沙场进行验证。

研究引航道及口门区的泥沙淤积规律，在此基础上，分析船闸输水系统的水力特性，研究了不同冲刷流量、冲刷时间和初始淤积厚度下引航道及口门区的冲刷效果，得出船闸泄水量与引航道及口门区最大淤积厚度的关系。

结果表明，在同一初始淤积地形和冲刷流量下，引航道及口门区的最大淤积厚度与冲刷时间呈线性变化，冲刷流量越大，泥沙厚度下降的斜率越大。

淤积厚度低于一定值后，随冲刷时间的增加，冲刷效果开始减弱。

关键词：引航道；淤积；冲刷；水沙模型泥沙淤积问题是船闸运行过程中不可避免的碍航问题。

国内大型船闸如三峡船闸和葛洲坝建设运行过程中进行了大量的科学试验，同时也积累了较多的解决泥沙淤积问题的经验[1]。

早在20世纪六七十年代，张瑞瑾[2]在葛洲坝船闸设计中提出：静水过船、动水冲沙，对于局部冲刷效果较差的部位辅以机疏浚措施，该技术方法原理简单、可行性强，在实际中应用较广。

动水冲沙的优点是冲沙历时短，对通航影响小，并能同时解决上、下游引航道问题，但因引用流量偏大，常需修建冲沙闸，工程规模较大，投资甚巨[2-4]。

由于船闸输水系统泄水流量有限，以往较少考虑利用船闸泄水进行清淤，随着船闸规模的扩大、输水系统及阀门防空化技术的发展[5-6]，使得利用船闸泄水进行引航道清淤变为可能。

利用船闸输水系统泄水进行引航道清淤不仅能节省工程费用，水流还可直接作用于整个引航道，更有利于引航道的清淤，其应用有着广阔的前景。