三峡船闸四级运行方式优化研究

闸首阀门运行方式进一 步控制流 量 ， 过减小 流量 改善一 闸室 通
流态 ， 而达到一闸室待 闸的要求 。显然该 方案一 闸室待 闸条 从
３ 研究成 果
在 １４ｍ蓄水位下 ， ４ 长江科 学 院会 同中 国长江三 峡工 程开
收稿 日期 ：０７ ０ ９ ２０ —１ —０ 作者简介 ： 江耀祖 ， 长江水利委 员会 长江科 学院水力学所 ， 男， 教授级 高级工程师 。
待闸船舶能安全解缆移舶 ， 从更严格的要求出发 ， 次 ３ 组 采用 在
一
闸首剩余水头 ０７ｍ时动水关 闭一 闸首 阀门至 ０ ５开度 时停 ． ．
止。该 运行方式亦为二 闸室水位 与一 闸室水位 首先 齐平 ， 齐平 时间 １． ｉ， 、 闸室水位 在充水 ｌ．５ｍ ｎ 与上游 水位 ０５ｍｎ 一 二 ３４ ｉ 后 齐平 。与现行运行方式相 比 ， 闸室充 水时 间缩短 ４ ０ｍｎ 并 二 ． ｉ， 且惯性超高不大于 ０ ０ ．５ｍ。 从表 ２可知关一闸首人 字 门的运行 方式 ， 闸 室水 面最大 一
３ ４ 一 闸室 内船舶 系缆 力 ．
组次 ２ ３运行方式下 各进行 ４个 和 ５个 闸次 的实船验 证 ， ， 对总载重量 ５００ ０ 的大型 船队进 行 了系缆力 观测 。根 ０ ～８００ｔ 据通航调度安排 ， 试验船 队由满 载的 １ １ 机 驳加海事 船组 成 ， 停
注 ： 次 １２ ３中一 、 闸 首 阀 门双 阀 运 行 ； 次 ４中二 闸 首 阀 门单 阀 组 、、 二 组 运 行 ． 闸首 阀 门双 阀运 行 。 一
３ ６
人 民 长 江
２０ 正 ０７
时关 闭至 ０ ５ ．０开度 停止 ， 阀运行 时关 闭至 ０ ７ 单 ．０开度 停止 ， 可 将惯性 超高由组 次 ２的 ０ １ ．２ｍ减小 为组 次 ３的 ０ ０ 使 一 闸 ．５ｍ，
１８ｍ时， ４ 二闸首输 水阀 门采用 局部开 启 方式 （ 期运 行方 式 ） 初 限制充水流量 ， 船舶也 未在一 闸室 内待 闸而采 用靠船 墩待 闸方 案 ， 而使 进闸时间大大增 加 ， 从 闸次 间隔时 间相应加 长。 三峡船 闸每年需按 四级运行 方式运 行 ５个月 ， 因此研究 改 善四级运行方式下过闸船 舶在一 闸室待 闸的条件 ， 船舶过 闸 对 安全及缩短 闸次 间隔时 间有重要意义 。
一
通过对多个调试 方案 的监测 ， 出推荐方 案并进 行实船 验 提 证， 测定船舶过 闸分解 时 间和一 闸室 内船舶 系缆 力 。以下 简略
介绍研 究成果。
、
二闸室水位与上 游水位 齐平 。与现行 运行 方式 比较 ，二 闸
室充水 时间缩 短 ４ １ ｉ。 ．７ｍｎ
３ １ 调试 条 件 ．
靠于一闸室上游端右侧 ， 船长 ９ ． 宽 ２ ． 吃水 深 ３ ２ｍ， ０ ０ｍ， ７ ０ｍ， ． 排水量 ５００ｔ船首右舷 与 ４号浮式 系船柱 系缆 ， ０ ， 船尾右 舷与 １ 号浮式系船柱 系缆 。组次 ２实测充水过程 中待 闸船队系缆力 变
化 过 程 线 见 图 １ 图 ２ 、 。
学观测 、 实船试验及 分析表明 ， 这一运行 方式从根 本上 改善 了一 闸室的待 闸条件 ， 显著提 高 了船 舶待 闸的安 全
性， 并使 一 、 闸 室充 水 时 间缩 短 到 与后 续 闸 室 一 致 ， 足 了不 大 于 １ ｉ 二 满 ２ｍｎ的设 计要 求 ， 底 改 变 了 四级 运 行 方 彻
择选 ４次 调试 的观测条件与 阀门运行方式列 于表 ｌ 。
表 １ 调试 条 件 与 阀 门 运 行 方 式
由于试验 时闸阀启 闭 由手动操 作控制 ， 按组 次 ２的条件运
行 曾出现 一闸首人字门未及时开启带来惯性超 高偏大 （ ．２ｍ， ０ １
设计 允许 值 ０２ｍ ， ． ） 为满足在一 闸首人字 门开启过程 中一 闸室
第 １ 期 １
江耀 祖等 ： 三峡船 闸四级运 行方式优化研究
３ ５
发总公司 、 峡通 航管理局等多家单位 ， 三 对关一 闸首人字 门方 案
进行 了原型调试和优化 。在保证 船舶 在一 闸室安全停泊 的前 提 下， 通过 调试 一 、 闸首 阀门启 闭参 数 以缩 短二 闸 室的 充水 时 二 间， 并使 其与中间级充泄水时 间相 当， 最大限度地提高 了船闸通
１４ｍ水位区 间船 闸仍按 四级 方式运 行 ， 二 闸室充 水前 关 闭 ４ 在
一
闸首人字 门 ， 来解决 一闸室 待 闸问题。以下称 为关一 闸首人
字门方案或优化方案 。
速度的方式（ ｉ 慢速 间歇开启 ） ６ｍｎ 来改善 一闸室的待 闸条件 ， 但
充水时间 比其它闸室长 ４ｍｎ 导致二 闸室充水过程 成为限制 闸 ｉ，
过能力 。
行运行方式相 比， 闸室充水 时间延长了 ３ ５ ｉ， 二 ．２ｍｎ 主要原 因是
二闸首阀 门动水关 阀参数设 置不 合适 。
为缩短充水时 间， 二闸室充水 阀采用 ２ｍｎ快速 开启 （ ｉ 组次 ２， ） 同时 由于一 、 二闸室水 位在接 近齐平 时呈 同步上 升 ， 不采 故 用动水关 阀， 该运行方式二 闸室水位 与一 闸室 水位 首先齐平 ， 齐 平时 间 ｌ ．３ｍ ｎ 齐平 后开启二 闸首人字门 ， ０ ３ ｉ， 充水 ｌ ．２ｍｎ后 ３ ７ ｉ
三 峡 船 闸 四级 运 行 方 式 优 化 研 究
江 耀 祖 於 三 大２ 吴 英 卓 王智 娟 金 峰
（． １长江水利委 员会 长江科 学院， 湖北 武汉 ４０ １ ； ２ 中国长 江三峡工程开发总公司 ， ３０ ０ ． 湖北 宜 昌 ４３３ ） ４ １３
摘要： 针对 三峡船 闸在 四级运行 方式下 ， 闸室充水过程 中一闸室待 闸条件不佳和充水时间超过设计允许值 的 二 问题 ， 用在二 闸室充水前关闭一闸首人字 门 ＋快速开启 阀门的运行方式 ， 采 并在原型上进行 了调试优化 。水力
上升和下降速率不超过 １４ｍ ｍｎ不 到其 它闸室 的 １３ 并且整 ． ／ ｉ， ／， 个输水过程 中 ， 一闸室 内水面最大 降落未超 过 ４ｍ， 最低 水位不
低于 １０ ８ｍ， ４ ． 闸室最小水深大于 ９ ８ｍ， ． 满足不小于 ５ｍ的设计 要求 。据此分 析 ， 船舶停泊在一 闸室 内待 闸是安 全的。
件 的改善是 以牺牲二 闸室充水 时间 为代价 的 ， 对过 闸闸次产 将
生不利影 响。另外 因一 闸首事故检修 门底槛 高程受放置叠梁 的 影响， 与上游水位不为线性关 系， 导致二闸首阀门的运行方式对
上游水位没 有普适性 ， 阀门运行方式 复杂化 。② 长科院根据 使
以往模型试验及 现阶段 数模 计算 成果 提 出的 方案 ， 即在 １６ ５
３ ２ 闸室流态 ．
各组次 流态 观测表明 ， 无论 二闸首 阀 门是 单 阀开 启还是 双
阀开启 ， 也无论是 以 ６ｍ ｎ 速开 启还 是 以 ２ｍｉ快 速 开启 ， ｉ慢 ｎ 整 个输水 过程中 ， 闸室水 面流态均极为平稳 ， 面上的漂浮物也 一 水
未见明显移动。综合分析优化方案 和现行运行方 案观测资料发
中 图分 类 号 ：Ｕ ４ ． ６ １７
１ 概 述
三峡船 闸南北线 完 建后 ， 分别 于 ２０ ０７年 １ ２ 月 ０日和 ２０ ０７ 年 ５ １日恢 复运行 ， 月 所采用 的运行方式 为 ： 游水位 为 １６ 上 ５ １５ｍ时采用后 四级不补水运行 ， ４ 上游水位低 于 １５—１ ４ ４ ｍ时 ， ４ 则视下游水位 ， 采用 后四级不补水或 补水 运行 。 上游水位为 １６—１８ｍ区间时 ， ５ ４ 采用放慢 二 闸首 阀 门开启
行方式 时一致 ， 避免 了库 水位变 动期船 闸 四级 运行与 五级运行
方式转换时需要反复人工 调整二 闸Biblioteka Baidu阀 门启闭 速度 的麻 烦 ， 有 利于 四级运行与五级运行方式 间的 良好衔 接。
闸以缩短过 闸时间。改善一 闸室待 闸条件 有两种 方案 ： 延 续 ①
船 闸完建前解决待 闸条件 的方案 ， 即不关一 闸首人字 门， 改变 二
次间隔时间的关键 。
优化 方案 的船闸运行流程为 ： 闸次船舶 在一闸室内待闸 ， 本
下 闸次船舶 在靠 船墩待闸 ， 闸室充水前 将一 和三 闸首 人字 门 二 关闭（ 保持一 闸首 阀门全 开） 开启 二闸首 阀门充水 ， 时由上游 ， 此 引航道及一 闸室共同向二闸室充水 ， 在充水初期 ， 闸室水位 出 一 现一定 幅度下降 ， 后由上游引航 道 向一 闸室及 二 闸室 同时充 其 水， 当一 、 闸室水位齐平 时打开二 闸首人字 门 ， 闸次船舶从 二 本
式下二 闸室充水过程成为延长船舶过 闸时间关键 的现 状 ， 可使 日通过 闸次由一 闸室不待 闸的 １ —１ ． ３ ４ ５次提 高
到 １． ２． 次。 ８７ ２ １
关
键
词： 三峡船 闸 ；１４ｍ蓄水位 ；四级运行 ；运行方式 ； 闸条件 ； ４ 待 通过能 力
文 献 标 识 码 ：Ａ
闸室移入二闸室 ， 在二 闸首人字 门开 终前后 ， 闸室水位 与上 一
游 引航 道水 位齐平 ， 打开一 闸首人字 门 ， 下闸次船舶从靠船墩移 入 一闸室待闸（ 允许移舶 时间达 ５ ｉ， ０ｍｎ 调度上 比较灵 活 ）一 闸 ，
室 向二 闸室 移舶结束 后 ， 闭二 闸首人 字门 ， 关 开启三 闸首阀 门，
二闸室向三闸室充水 、 移舶后 开始下一 次循 环。 此种运行方式切断 了上游引航道通过一 闸首直接进入 闸室
的水流通道 ， 而改善 了一闸室内的待闸条件 ， 从 能适应 四级运行
２ 研究方案 （ 关一 闸首人字 门）
船 闸四级运行方式优化研究 的 目的是使一 闸室内能停船待
的各种上游水位 。该方案 中 ， 闸首 阀门 的启 闭速度 与五级 运 二
现， 关一 闸首人 字门使一闸室流态得到根本改善 。
３ ３ 输 水 水力特 征值 ．
各组次 闸室输水水力特 征值列于表 ２ 。
表 ２ 闸 室 输 水 水 力 特 征 值
图 １ 船首 系缆力过程线
图 ２ 船尾 系 缆 力过 程 线
从系缆力观测成果可 知 ， 在整个输水过程 中， 船队的系缆绳 基本呈松弛状态 ， 系缆力 以脉 冲的方式 出现且 未超 出 ｌ ｋ 试 ８ Ｎ， 验还发现在水位 齐平 后一 闸首 人字 门开启 过程 中， 因惯性 超高 的影 响缆绳呈现 持续 受力状态 ， 该时 段系缆 力小于 ３ Ｎ 虽满 ６ｋ ， 观测表 明， 闸首阀门采用 ６ｍ ｎ 速开 启 （ 次 １ ， 闸 二 ｉ慢 组 ）一 室首 先与上游 水位 齐平 ， 齐平 时间为 ｌ ．３ｍ ｎ 齐平后 开启一 ４ ５ ｌ， 闸首人字门 ， 充水 ｌ ．２ｒ ｎ ８０ ｉ 后二 闸室与一 闸室水位 齐平 。与现 ａ 足小于 ５ Ｎ的设计要 求 ， 持续 受力 比输水 过程 中 的脉 冲受 ｏｋ 但 力要 大。因此进 一步 优化运 行方 式 （ 次 ３ ４ ， 一闸室 充水 组 、） 在 齐平前 ， 剩余水头 ０ ７ｍ时动水关 闭一闸首输水阀 门， ． 双阀运行
第３ ８卷 第 １ １期 ２ ００７年 １ １月
人 民 长 江
Ｙａ ｇｚ Ｒｉ ｅ ｎ ｔｅ ｖｒ
Ｖ０ ． ８． ． １ １３ Ｎｏ １
Ｎｏ ， ｖ． ２ ０７ ０
文章编 号 ：０ １ １９ ２０ ） １ ０４— ４ １０ —４７ ｛０７ １ —０３ ０
一
上游水位低于 １８ｍ后 ， 闸室充水 过程 中， 引航道通 过 ４ 二 从
一
闸首直接进入一 闸室 的水流 因检修叠梁和一 闸首底坎之上 过
流面积减小 ， 流速 明显增大 ，一闸室 内 １ ４号系船柱区域水 面
纵向流速明显 ， 闸室 内船舶 待 闸条件 不 良， 一 因此 当水 位低 于