船闸集中输水系统复合模型研究与应用-水利水运工程学报.pdfVIP

第4期 水 利 水 运 工 程 学 报 No.4 摇 2013年8月 HYDRO鄄SCIENCE AND ENGINEERING Aug. 2013 船船闸集中输水系统复合模型研究与应用 刘本芹, 宣国祥, 李中华 (南京水利科学研究院 水文水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 南京摇 210029) 摘要:在分析船闸输水系统重要性及相关水力学问题研究方法特点的基础上,针对集中输水系统船闸,提出并 建立了局部物理模型与数学模型相结合的复合模型,阐述了其具体实施方案.采用2 座依托工程船闸的物理模 型试验资料验证了复合模型研究成果的准确性,并将复合模型成功应用于工程实例船闸,得到了相应的输水水 力特性、船舶系缆力、闸室及引航道流速特性等水力指标,均符合规范及设计要求;确定了闸室镇静段长度,提 出了消能工优化布置措施,为工程设计提供了技术依据.研究表明,提出的船闸集中输水系统复合模型既能保 证研究成果的准确性,又比物理模型试验大大节省费用并缩短研究周期,是一种适合低水头船闸较好的新型研 究方法,具有推广应用价值. 关摇 键摇 词:船闸;集中输水系统;复合模型;应用 + 中图分类号:U641.3 2摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1009-640X(2013)04-0078-06 船闸是我国内河航运建设中采用最多的通航建筑物型式,集中输水系统又是我国船闸采用最广泛的一 种输水系统型式,主要应用于10.0 m 以下水头的船闸.输水系统的设计至关重要,不仅影响到船闸的通过能 力,还关系到船闸及其附属结构物以及过闸船舶的安全.船闸输水系统水力学问题是船闸工程建设中的关键 技术问题:一方面,输水系统的设计必须满足输水时间的要求,以保证船闸的通过能力和营运效率;另一方 面,在船闸充、泄水过程中,随着闸室内水面的上升或下降,停泊在闸室内的船舶受到因闸室内非恒定水流形 成的水面坡降力、水流运动的流速力以及各种局部流态如回流、漩涡等冲击产生的局部力的影响,输水系统 的设计需保证这些作用在船舶上的力满足相关设计规范的要求,否则作用力过大将导致固定船舶的缆绳断 裂,或船舶摇摆幅度过大致使船舶发生碰撞、倾覆等不安全现象. 近几年通过大量的物理模型试验和原型观测研究,计算集中输水系统船闸输水水力特性及船舶受力的 方法已较为成熟,但尚无法直观地模拟输水系统进出口水流流态等局部水力现象;而对于采用集中输水系统 的低水头船闸而言,也无必要全部进行输水系统整体物理模型试验研究.因此,为了总结已有研究经验,进一 步提高成果的准确性,并尽可能节省时间和费用以满足工程需要,提出了局部物理模型和数学模型相结合的 [1] 船闸集中输水系统复合模型研究方法 . 1摇 复合模型概述 船闸集中输水系统复合模型研究的具体实施过程为:(1)以依托工程为研究对象,建立船闸闸首和集中 输水系统(包含部分闸室)的局部物理模型,通过局部物理模型试验测定恒定流状态下的船闸充、泄水阻力 系数及流量系数,作为数学模型计算的基本参数;(2)建立船闸输水数学模型,采用实测阻力系数及流量系 数计算输水水力特性及充水时闸室内停泊船舶的系缆力,并依据设计及相关规范要求确定合适的充、泄水阀 门开启方式;(3)针对确定的阀门运行方式,依据数学模型计算的水力特性值,在局部物理模型中调试研究 摇 摇 收稿日期:2013-01-05 摇 摇 作者简介:刘本芹(1977-),女,山东蒙阴人,高级工程师,硕士,主要从事通航建筑物水力学研究. E鄄mail:bqliu@nhri.cn 摇 第4期 刘本芹,等:船闸集中输水系统复合模型研究与应用 79 工况,观测局部水流流态,测定闸室不同断面的流速分布,并优化消能工布置;(4)复核相关调整是否影响 充、泄水流量系数,如产生影响则返回第(2)步;(5)根据局部物理模型试验和数学模型最终计算结果,提出 相应的研究成果及结论.