12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.doc

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，内河航道通航水流条件方面归纳八专题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、净高内河航道设计通航水位计算方法 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息息相关对引航道通航水流条件影响布置原则GB50139-2004）中，对通航水流条件只作了原则规定，对非限制性顺直航道横向流速未提出具体的规定。在《航道整治工程技术规范》（JTJ 312-98）中，按引航道的通航水流条件要求，规定“船闸上下引航道进出口、取水工程的进口及排水工程的出口处，航道横向流速不宜超过0.3m/s，回流流速不宜超过0.4m/s。”，对非限制性顺直航道的横向流速的要求还有待进一步研究。 本项目专题二重点了研究内河航道横向流速的大小、范围对航行船舶的影响，以及分析顺直航道横向流速的限值指标等问题，这是目前内河航道整治工程规划、设计、施工、维护和管理必须研究解决的关键技术问题之一，也是现行标准今后修订时应增加的内容之一。 0.2 研究工作的技术路线和指导思想 本项目是紧密围绕内河航道建设工程所涉及有关通航水流条件的关键技术问题进行的两个专题研究，因此，整个研究工作是在系统总结我国内河航道建设在设计和运用情况的基础上，紧紧围绕项目研究的总体目标，采用调研咨询、资料收集、依托工程物理模型、概化物理模型、数学模型和综合分析相结合的手段进行的一系列研究工作。研究工作的指导思想是研究内容要有针对性，即紧密结合内河航道建设工程的实际；研究成果要有实际应用价值、要有所提高、有所创新，既要服务于内河航道建设工程的设计和实践，为今后的类似工程提供参考和借鉴，又要为制定或修订相关规范标准中的有关内容提供依据和丰富的素材，并力争使研究成果达到国内外的领先水平。 1 研究的内容及主要成果 本项目研究的总体目标是提出具有科学性和实用性的通航建筑物引航道水力要素的限值建议值以及通航建筑物导航堤（墙）开孔的布置原则；同时，在分析讨论内河（运河、水网）航道临河建筑物附近横向流速对船舶航行影响的基础上，提出顺直航道横向流速限值的建议值。 1.1 专题一 ——通航建筑物引航道通航水流条件研究 引航道的尺寸和平面布置以及在枢纽总体中的布置都直接关系到船舶过闸的安全和效率，因此，引航道具有足够的水深和适宜的平面布置是保证通航期内过闸船舶（队）畅通无阻、安全行驶的关键。 通过对、等资料收集以及，船闸灌泄水非恒定流产生的长波运动形成的水力要素对船舶停泊与航行的影响，提出引航道水力要素的限值建议值工程实例研究导航堤（墙）开孔对对引航道通航水流条件的影响其布置原则 闸首处将出现最大波高： ②当引航道长度满足： 引航道内将形成一个波面形状及流速分布与流量过程线相似的完整的推进波。 （2）船闸灌泄水引航道非恒定流概化模型试验成果 对Ⅲ级航道进行了概化模型试验，试验所采用的船闸尺度按《内河通航标准》的规定选定；设定船闸水头为10、15、20、25和30m；阀门开启时间选取2min和6min；试验和计算船型选择160×10.8×2.0 m；引航道断面采用规则梯形断面，边坡1:2；引航道长度为600、1000和1600 m，宽度为75和40 m：扩大段长度取一倍船长，底宽为1.5倍直线段底宽；引航道最小水深3 m。 试验研究了非恒定流的影响因素，包括引航道尺度、船闸水头、阀门开启时间、输水时间、流量增率和最大瞬时流量对非恒定流水力参数（水位变幅、流速、比降、系缆力）的影响，建立了相互之间的关系，并提出了改善引航道通航水流条件的工程措施，以及经验公式等。同时，对目前规范中引航道内水流条件的限制值及有关问题进行了分析和讨论。 （3）平面二维数值模拟计算成果 对Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级航道进行了数学模型计算，计算条件和组次与概化模型基本类同。数值模拟计算的基本方程是利用含源汇作用的水流基本方程，采用ADI法求解，网格为矩形网格。基本方程离散时，流速、水位、水深在网格中采用交错排列。 在数