【工程实例1】龙船厂航电枢纽船闸

龙船厂航电枢纽工程（图4.88）位于广东省连州市连州镇境内，地处北江最大支流连江干流上游，为连江渠化航运梯级的第一级。工程以航运为主，兼顾改善水环境、发电和旅游。

图4.88　龙船厂航电枢纽工程

龙船厂航电枢纽船闸为100t级船闸。根据《内河通航标准》，船闸采用单线100t级船闸，船闸闸室有效尺寸为100m×16m×1.6m（长×宽×门槛水深）。船闸单向年通过能力为近期船舶总吨位362万t，货物173万t；远期船舶总吨位402万t，货物223万t。

设计船型为100t级机动船，船队尺寸为45m×5.5m×1.0m，最大干舷高为1.0m。

上游校核洪水位为96.40m，枢纽正常蓄水位为86.00m，上游最高通航水位为86.50m，上游最低通航水位为86.00m，下游最高通航水位为85.51m，下游最低通航水位为81.00m，航道宽度与引航道宽度均为30m。

船闸闸室尺寸为100m×16m×1.6m（长×宽×门槛水深），上下闸首长20m，槛上最小水深Sc=1.6m。拟定门闸灌水时间T=6min，输水廊道采用平面阀门。

船闸、电站、泄水闸和副坝沿坝轴线布置总长度144m，船闸布置在左岸阶地，船闸轴线与坝轴线正交，引航道及船闸主体建筑物均在干地开挖施工，上、下游引航道均由开挖后形成的分水堤与河道分隔。引航道采用直线进闸，曲线出闸的不对称型布置方式。

【例题】龙船厂航电枢纽已知条件如上所述，请确定：

（1）船闸引航道直线段长度、口门区尺度。

（2）输水系统类型。

（3）输水系统消能工类型。

解：

（1）确定船闸引航道直线段长度、口门区尺度。

分析：引航道（图4.89）和口门区航行条件及泊稳条件，应考虑风浪的影响以及枢纽泄水在引航道和口门区产生的非恒定往复流的水面波动、比降等，须不影响过闸船舶、船队安全航行和停泊，不影响闸门运用。当上、下游引航道及口门区有较严重淤积时，隔流堤的布置要避免形成引航道内的回流边界条件，减少冲沙时的次生淤积。引航道的直线段长度由导航段、调顺段、停泊段、过渡段等组成。

图4.89　引航道平面尺度示意图

1）导航段长度l1为

式中：Lc为设计最大过闸船队（船舶）的长度，m。

l1≥Lc=45m，故取l1=45m。

2）调顺段长度l2为

l2≥（1.5～2.0）Lc=（1.5～2.0）×45=67.5～90（m）

取l2=70m。

3）停泊段长度l3：引航道内停泊的船舶、船队数为1时，l3≥Lc=45m，取l3=45m。

4）过渡段长度l4为

式中：ΔB为引航道宽度与航道宽度之差，ΔB=|B0-B|=30-30=0，取l4=0。

5）口门宽度及长度：引航道的口门宽度不宜小于1.5倍的引航道宽度，取口门宽度为45m；口门宽度向引航道内延伸（0.5～1.0）Lc的长度，即引航道口门长度L=（0.5～1.0）Lc=（0.5～1.0）×45=（22.5～45）m，取引航道口门长度L=30m。

（2）确定输水系统类型。按灌泄水方式不同，船闸输水系统可分为集中输水系统和分散输水系统两大类。集中输水系统是将输水系统的全部设备集中在闸首段。其中分散输水系统是输水设备布置在闸首及闸室内，灌泄水通过布置在闸墙及闸底板内的输水廊道上的出水孔进行。

根据国内外已建船闸的运转资料，可根据m值初步选定输水系统类型。m值计算如下：(www.daowen.com)

式中：T为门闸灌水时间，min，T=6min；H为闸室设计水头。

m的量纲见式（4.22）。当m＞3.5时，采用集中输水系统；当m＜2.5时，采用分散输水系统；当2.5＜m＜3.5时，进行技术经济比较。

作用在船闸上水头的大小，是影响船闸输水系统型式的一个重要因素。本船闸设计水头取枢纽正常蓄水位与下游最低通航水位之差作为设计水头。

根据资料中给出的特征水位，可得H=86.0-81.0=5（m）。

计算得m=2.68，综合考虑其他因素，初步选定短廊道的集中输水系统。

（3）确定输水系统消能工类型。集中输水系统的消能工主要包括消能室、消力齿、消力槛、消力梁、消力隔栅、垂直挡板、水平遮板、消力池和消力墩等。

集中输水系统的消能措施可分为无消能工、简单消能工和复杂消能工3种。

集中输水系统上、下闸首断面最大平均流速可分别按下列近似公式计算：

上闸首：

下闸首：

式中：为断面平均流速，对上闸首灌水时为闸室最大的断面平均流速，对下闸首泄水时为下闸首门后段最大的断面平均流速，m/s；Lc为闸室水域长度，m，取Lc=100m；H为设计水头，m，取H=5m；T为闸室灌泄水时间，s，取T=6min=360s；Sc为槛上最小水深，m，取Sc=1.6m。

故上闸首：

下闸首：

集中输水系统消能工的类型可根据上、下闸首处断面最大平均流速和水头按表4.5选用。

表4.5　各类消能工的水力指标

根据表4.5，设计水头为5m时，上闸首采用复杂消能工，下闸首采用简单消能工。

【工程实例2】湘江湘钢段浅滩整治

湖南华菱湘潭钢铁有限公司（简称湘钢）位于湖南省湘潭市岳塘区，是国内线、棒材和宽厚板专业生产优钢企业之一。厂址地理位置航运基本条件优越，但航道上存在一段碍航的沙质浅滩，其特点是：满足航深要求的上、下深槽宽浅且基本稳定，水深相差不大，曲率小；上、下边滩低坦，过渡段河面宽阔，水流分散。

根据航道实际情况，拟采用的整治措施为：沿溪线布置挖槽，增加航深；边岸用丁坝束窄过渡段河面宽度，抬高边滩，稳固中水及枯水河槽及其流向，加大流速，提高输沙能力，确保挖槽稳定。

【例题】如图4.90所示，已知湘江湘钢段浅滩整治水位对应流量Q=581.41m3/s，B1=682.3m，H1=1.91m，要求整治后通航水深t=2.5m，假设整治前后Q、J、n不变，请采用水力学方法，确定整治水位对应宽度B2。

解：

整治线宽度常采用水力学计算方法，假设整治前后流量不变的前提下，其依据是恒定流连续方程及谢才公式：

图4.90　湘江湘钢段整治线平面布置图

式（4.24）中H2=ηt，其中t为航道要求水深，平原河流η=0.8～0.9，长沙湘钢段地势平缓，选择η=0.9，则整治线宽度B2=，代值计算可得整治线宽度B2==682.37×=519.32（m）。