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某枢纽船闸输水系统设计分析

船闸工程建设中，要做到船舶航行过闸安全、通畅，力求布置简单。就要充分做好船闸输水系统的设计计算分析。船闸输水系统应包括进水口、阀门段、输水廊道、出水口、消能工和镇静段等；并且应该满足一下基本要求：灌水和泄水时间；船舶船队在闸室内的停泊条件和引航道内的停泊和航行条件；船闸各部位在输水过程中不至由于水流冲刷、空蚀、振动等造成破坏。

本文以某枢纽新建二线船闸工程为例，对船闸输水系统设计中的输水方式选择、灌泄水、船舶停泊条件、船闸通过能力等方面进行比较分析。

1工程概况

本河是该区中部地区最大的一条引排河道，西端连接xx江，东端勾通大海，担负着本地区的主要引水、航运和排涝任务。该闸水利枢纽位于本河西端，距xx江边约1000m，是本河衔接xx江的控制建筑物，在地理位置上属于xx区，主要为该区服务。

根据规划，该片各支河河口控制工程建成后，片内的内河水位将处在人为调控状态，片内的最高控制水位在3.75m（现状为4.2m），常水位在2.50～2.80m，最低水位（预降水位）为2.00m。本次扩建二线船闸规模为：闸首净宽23m，闸室净宽23m，长280m（有效长度260m），门槛水深3.75m。

2输水方式选择

由《船闸输水系统设计规范》（JTJ306-2001），闸室输水时间可由式2-1估算，输水类型判别系数由式2-2计算：

T=Kp(HBLc)1/32-1

m=T/H1/22-2

式中Kp：假设采用集中输水时，取0.27，分散输水时，取0.19；H：闸室设计水头，取2.75m（黄浦江水位▽4.75m，大治河水位▽2.0m）；B：闸室宽度，取27m,Lc：闸室长度，取380m,计算得T为30.44Kp。

假设采用集中输水，计算得T=8.22，m=4.963.5，根据《船闸输水系统设计规范》（JTJ306-2001）第2.1.4条，本次设计应采用集中输水型式；假设采用分散输水，计算得T=5.78。2.5m=3.493.5，根据规范，应参照类似工程选定。按照规范及交通部门有关经验，对于设计水头低于10m的船闸宜采用集中输水，因为采用集中输水型式时，闸室结构比较简单、施工方便、造价较低。

集中输水系统可分为短廊道输水、直接利用闸门输水和组合式输水三种型式。考虑到本次工程闸首跨度大，一般不使用平面闸门，由工程可行性研究报告知本工程船闸设计门型为三角门。采用三角门门缝输水时，水流从门的两侧及中间三条垂直缝隙进入闸室，其中门两侧边缝水流经门龛边壁互相对冲消除一部分能量，而中缝水流由闸首轴线直冲而下，产生很大的折冲水流并伴随着强烈涡流，水流条件差，且不容易改善。根据规范，三角门门缝输水适应水力指标较低（闸室最大断面平均流速小于0.25m/s和设计水头小于1.4m），而本次二线船闸设计水头差较大（2.75m），闸室水域面积较大（380m×27m），若采用三角门门缝输水，则闸室水流条件差，输泄水时间长，从而影响船舶通过能力及过往船只安全。另外，三角闸门利用门缝输水时，由于闸门两侧边缝输水，将增加闸门的启闭力，且会在闸门的边缝后面产生回流，引起闸门振动，使底止水磨损加快，从而对门体受力不利。根据交通部门经验，利用三角门门缝输水仅运用于口门宽度10m以下，水头不超过3m的船闸。综上所述，本次扩建二线船闸工程拟采用短廊道集中输水型式。

3灌泄水计算

假设每座闸首布置两个输水廊道，廊道布置在闸首两侧，廊道出水孔口相对，消能方式采用对冲消能加消力槛，廊道阀门采用锐缘平面阀门。根据规范，输水阀门处廊道断面面积可根据给定的输水时间和阀门全开时输水系统流量系数求得，见公式3-1。

ω=2C(H)1/2/[μT（2g）1/2(1-(1-α)kv)]3-1

式中ω：输水廊道断面面积（m2）,C：计算闸室水域面积，取10260m2；μ：阀门全开时输水系统的流量系数，由规范附录A求得，取0.68；H：设计水头，取2.75m；T：闸室灌水时间，根据式3-1，暂取8.0分钟，即480s；α：由计算所得μ值查表，取0.56；kv：系数，取0.6；计算得ω=27.62m2，取单廊道断面尺寸为4.0（宽）×3.5（高）m2，则输水阀门开