1、探讨枢纽的泄水闸开启方式对通航条件产生的影响摘要：枢纽的主要构成包括电站、船闸以及挡、泄水建筑物，其运行方式直接的影响着通航条件。在一个水文年度中，枢纽工程的泄水闸开启方式主要是依据净流量的大小来决定。而不同的开启方式会造成不同的流场，对船闸口的水流条件以及通航带来巨大影响。文章从泄水闸泄流的影响机理入手，通过某枢纽工程的开启方式探究来研究对于通航的影响。 关键词：枢纽；泄水闸；开启方式；通航；水流 中图分类号：TV 文章标识码：A 文章编号： 泄水闸的开启及运行主要是根据上流的径流量进行调节，例如在枯水期一般采用多种开启方式：均匀、分散、集中、区段或者局部均匀以及分段间隔等，而在常年的洪水流
2、量到最高通航流量之间使用敞泄方法。而以上各种不同的泄水闸开启方式会致使闸下形成不同的压力场与流速场，同时还会发生能量的再分配。而在这一能量的分配过程中会造成船闸的上下游口门区以及连接区段形成不同的水流结构，从而直接的影响到船舶进出引航道口门。为此研究河流上的枢纽工程的通航水力学模型具有十分重要意义，使得工程布置趋于合理。 1.泄水闸泄流的影响机理 （1）泄水闸功能与开启方式。泄水闸可以在洪水期敞开宣泄洪水，在枯水期蓄水来增加电站水头，而在中水期可以根据需要采取下泄或者是拦水。由于泄水闸存在多种不同的开启方式，而不同的开启方式又会对闸下河道的水能量再分配产生巨大影响，从而改变了水流的方向与流速，
3、使得回流的强度与范围产生差异，最终的影响表现为对船闸口门区及连接段的通航与水流条件。 （2）枢纽受到复杂地质条件干扰。由于枢纽受到诸如水文泥沙、地形以及地质、坝区河段边界的影响，为此电站与船闸可以采用同岸或者分岸布置的方式，或者是布置在凹岸、凸岸等。而不同的布置方式会在闸下形成不同的水流结构，从而也将影响通航水流条件。 （3）中洪水流量的泄水。当枢纽处于中洪水流量，此时可以通过恒定流量的方式通过泄水闸向下游泄流。这种恒流泄流方式具有强大的能力，可以引起全部水体的波动并在闸下航道水与形成强烈的泄水波。这种泄水方式具有明显的周期短、频率高以及脉动性强的特点，可以对船闸口门区以及连接区段形成安全威胁
4、。 （4）泄水闸启闭过程影响。泄水闸在启闭过程中，在枢纽的上下游会形成非恒定流的长波运动。例如在泄流量减小时，闸下为顺流负波，闸上游属于逆流负波。在泄流量增加时，闸下游产生顺流正波，而闸上游产生逆流负波。这种长波运动会直接的对河道水位变率、波高、水面比降以及口门区通航条件产生巨大影响。 2.泄水闸开启方式对于通航条件的影响 下面分别以某航运枢纽工程以及湘江大源渡航运枢纽工程为例对一些共性问题进行探究，总结有关泄水闸的开启方式的研究成果。 2.1 某航运枢纽工程 （1）工程简介。这一枢纽工程属于高闸门低堰顶的堰闸形式，堰顶总高为 29m，共有 18 个闸孔，闸孔的净宽度为 14m，闸门顶高程为4
5、4.5m，其中 16 闸孔、712 闸孔、1318 闸孔分比为运行期溢流孔，枯、中、洪运行的调节闸孔，洪水期溢流孔。其开启的控制条件为：当闸上的水位为 43.1m，相应的流量达到 2000m3/sQ5099 m3/s 时采取开启 712 闸孔；当流量处于 5099m3/sQ6500 m3/s 是开启 112 闸孔；如果流量大于 7000 m3/s，此时要将闸孔全部打开实施泄流。 （2）实验成果。针对于 7000 m3/s 的流量，这里设计使用了两种不同的水流条件试验：一种是开启 112 闸孔，另一种是将其中的1、3、5 闸孔全开，而 2、4、6 关闭。结果显示后一种开启方式的纵向及横向流速分别
6、为 3.91m/s 与 1.23m/s，同时又近 50%的测点不达标。这里认为测点不满足要求的原因是由于 2、4、6 闸孔关闭导致了 16 闸孔与712 闸孔的流量分配不均，致使占据流量 92.6%的 16 孔的流量直冲口门区而得不到 712 闸孔的顶托，为此致使口门区的水流条件很差。而第一种由于中坝与左坝的流量分配均匀，使得两股水流可以相互的顶托，保证了口门区的水流条件以及通航要求。 对于流量为 6000m3/s 与 5300m3/s 的条件也设置了两种闸孔开启的方式。试验的结论为：如果保证通过 16 闸孔与 712 闸孔的流量比基本相等，这样就会促使过坝水流相互的顶托，形成较好的口门区水流
7、条件。否则就会造成纵横向流速加大、流态恶化以及达不到通航水流条件要求的结果。 通过以上实验数据，总结出各级水位流量下所满足的口门区水流条件的闸门开启高度，同时以总流量与闸下水位分别为横纵坐标，得到了118 闸孔的开启方式及各闸孔的开启高程 e=f（Q）以及 H 下= f（Q）的关系曲线。按照以下关系曲线实施闸门的运转、调度以及操作就可以获得很好地口门区通航条件。 图 1 闸上水位 43.1 m 时 H 下f（Q）与 ef（Q）关系曲线 （3）结论。从以上不同流量的实验结果可见：在相同的泄洪流量下采用不同的开启方式可得到不同的结果，当 16 闸孔与 712 闸孔的流量分配相差不大时的获得较好的通
8、航条件。此外得到的关系曲线可以为枢纽运行时闸门的开启提供依据。 2.2 湘江大源渡航运枢纽工程 （1）工程概况。这一枢纽的航道属于“S”形，枢纽建筑物沿着坝轴线布置，依次为电站、溢流坝以及船闸。泄水闸孔净宽 20m，其中 8 孔属于低堰式，坝顶高程为 37m，左 16 孔为高堰式，堰顶高程为 39m。 （2）试验成果。这里经过对内外线船闸方案的对比决定使用内线方法，下面仅对枢纽不同的运用方式对内线的影响进行论述。第一种开启方式：在流量为 2000m3/s 时，右侧 8 孔全部开启，高度为 5m；左侧的16 孔仅开启 4 孔，高度为 3m。此时的口门区各项树立指标达到了航运指标；第二种方式与之不
9、同的是仅开右侧的 8 孔，中间两空开启高度 8m，其余 6 孔为 5m。结果在水流的惯性作用下水流动力轴直线取直，较之第一种方式下游引航道出口河段左侧的流速减小而右侧增大。由此可见第二种方案更为有利。 （3）结论。两种不同的方案对于门口区段及连接段的影响均较小，但是使用流量集中在低堰 8 孔的下泄可以减小水流与引航道的夹角，从而改善了水流条件。 结束语： 通过以上的论述不难发现，合理确定泄水闸的开启方式是改善及保证口门区及其连接段通航条件的重要措施。无论枢纽工程的复杂程度以及电闸与船闸的同岸或者异岸布置，泄水闸的开启应该遵循同样的原则：采用均匀开启为主、分区段开启为辅；避免集中开启；注重岸侧的
10、凸嘴等不利的边界条件的影响；对于下游河道较为顺直的情况要开启靠近船闸的闸孔，以减小引航道轴线与水流流向的夹角。 参考文献： 1 刘亚辉, 尹崇清, 谢岷, 等. 嘉陵江沙溪航电枢纽水工模型试验研究报告R. 重庆: 重庆西南水运工程科学研究所, 2003. 2 李焱, 周华兴, 卢文蕾. 山区河流通航建筑物与河流主航道夹角研究报告R. 天津: 天津水运工程科学研究所;成都: 四川省交通厅交通勘察设计院, 2008. 3 赵连白, 刘万利, 张秀琴. 葛洲坝大江船闸下游通航水流条件试验研究J. 水道港口, 2001(4): 169-174. 4 郝品正, 李伯海. 湘江大源渡航运枢纽通航水流条件试验研究R. 天津: 天津水运工程科学研究所, 1993. 5 刘亚辉, 尹崇清, 谢岷, 等. 嘉陵江沙溪航电枢纽水工模型试验研究报告R. 重庆: 重庆西南水运工程科学研究所, 2003. 6 王义安, 李金合, 章日红, 等. 大顶子山航运枢纽通航水流条件试验研究R. 天津: 天津水运工程科学研究所, 2003.
