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某城市船閘輸水系統(tǒng)的設計 

輸水系統(tǒng)的設計要求和分類

1.1 船閘輸水系統(tǒng)應包括進水口、閥門段、輸水廊道、消能工和鎮(zhèn)靜段等。

1.2 輸水系統(tǒng)的設計，應滿足下列基本要求：

(1 )灌水和泄水時間；

(2 )船舶、船隊在閘室內(nèi)的停泊條件和引航道內(nèi)的停泊和航行條件；

(3 )船閘各部位在輸水過程中不至由于水流沖刷、空蝕、振動等造成破壞。

1.3 對有雙向水頭、多線船閘或船閘與升船機共用引航道、多級船閘補溢水、設置中問渠遁、省水、防咸等要求的船閘；

1.2條規(guī)定外，尚應滿足各自特殊的要求。

1.4 船閘輸水系統(tǒng)可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)兩大類。輸水系統(tǒng)的類型可根據(jù)判別系數(shù)按式(1.4)初步選定。當m>3.5時，采用集中輸水系統(tǒng);當m<2.5時，采用分散輸水系統(tǒng);“與m為2.5-3.5時，應進行技術經(jīng)濟論證或參照類似工程選定。<>

　　　                  (1.4)

式中m ----判別系數(shù)；

　　　H----- 設計水頭(m) ；

　　　T----- 閘室灌水時間(min)

1.5 船閘輸水系統(tǒng)的設計，宜將水力計算分析和進行水工模型試驗相結(jié)合。

1.6 多級船閘的上、下游水位變幅較大且不同步時，應考慮閘室輸水過程的補水和溢水措施。

2.輸水系統(tǒng)運轉(zhuǎn)安全技術指標和要求

2.1 對只設有固定系船設備的船閘，閘室灌泄水時的最大水面升降速度應不大于5-6cm/s，設有浮式系船柱時，可不受此限制。

2. 2 船閘灌泄水時，引航道內(nèi)非恒定流的水面波動、比降及流速等水力特性，除應滿足引航道內(nèi)船舶、船隊停泊條件標準外，尚應滿足船舶船隊在引航道內(nèi)的航行條件和?？看a頭的操作要求。引航道內(nèi)水面的降低應保證航行船舶的富裕水深。上游引航道中最大縱向流速應不大于0.5-0.8m /s，下游引航道中應不大于0.8-1.Om/s。但在上游引航道碼頭處應不大于0.5m/s。

2.3 船閘正常運轉(zhuǎn)時，輸水系統(tǒng)各部位不宜出現(xiàn)負壓，在特殊情況下，其局部壓力不宜產(chǎn)生超過3mH20的負壓。

2.4 輸水廊道中的流速不宜大于15 m/s。當流速超過15m/s或含沙量較大的水流，應采取防護措施。

2.5 當船閘閘室灌泄水時，閘室水面的最大慣性超高、超降值，在采取提前關閉輸水閥門及水面齊平時開啟閘門等措施后，不宜大于0.25 m。

2.6 輸水系統(tǒng)進水口水面不應產(chǎn)生有危害性的串狀吸氣漩渦。

2.7 多級船閘采用輸水閥門兼作補水閥門時，應核算補水操作時閥門的工作條件以及閘室輸水時間。采用閘室側(cè)溢流堰作為溢水措施時，溢流孔口頂高程應低于船舶底部高程。同時在確定閘室下閘首閥門井頂部高程時，應考慮閥門前廊道水流動能恢復所導致的閥門井水位增高。

3.案例分析

　　3.1概況

　　  某城市水利樞紐工程船閘布置在左岸，閘室有效尺寸為80 m×12 m×2 m (長×寬×檻上水深)，最大水頭12．50 m，年設計通過能力按100萬t核算。船閘由下游開挖段、上下引航道、上下閘首及閘室組成，總長659．4 m，其中上引航道長103．0 m，船閘123.4 m,下引航道130.0 m、下游疏浚航道段303m。根據(jù)樞紐總布置及地形因素，上下引航道采用不對稱型的平面布置。

3.2設計基本原則及基本資料

3.2.1設計基本要求船閘輸水系統(tǒng)的設計，應滿足下列基本要求：

(1)灌水和泄水的時間；

(2)船舶、船隊在閘室內(nèi)的停泊條件和引航道內(nèi)的停泊和航行條件；

(3)船閘各部位在輸水過程中不至于由于水流沖刷、空蝕、振動等造成破壞。

3.2.2通航標準及水位

　　為減少淹沒損失，本樞紐采取大洪水敞泄降低運行水位的運用方案，且當流量大于3500 m3/s時停止通航，閘門逐步開啟至全開泄洪；小于3500 m3/s流量時，水庫水位在正常水位運行，故正常蓄水位為上游設計最高通航水位。根據(jù)上級批復確定最低通航水位。通航水位見表1

3.3 輸水系統(tǒng)設計

3.3.1輸水型式選擇

(1)輸水系統(tǒng)類型確定。本船閘上游最高通航水位54.00 m，下游最低通航水位41．50 m，輸水系統(tǒng)設計最大水頭差H=12．5 m，根據(jù)設計通過能力等要求，輸水時間T采用8 min。

　　依船閘規(guī)范規(guī)定，m<2．5應優(yōu)先選擇分散輸水系統(tǒng)。<>

船閘所在航道為V級，閘室尺度小，但水頭相對較大，若采用集中輸水系統(tǒng)，閘室需有較長的鎮(zhèn)靜段，閘首內(nèi)消能設施較復雜，且閘室內(nèi)泊穩(wěn)條件較差，故采用分散輸水系統(tǒng)。

（2）分散輸水型式的選擇。本船閘最大水頭12.5 m，屬中等水頭，航道等級低，閘室尺寸小，經(jīng)綜合比較，選用閘墻長廊道多支管，出水口設置消能溝的簡易分散輸水型式。

3.3.2 輸水系統(tǒng)的布置

　　本船閘輸、泄水廊道分別布置于兩側(cè)閘墻內(nèi)，每側(cè)廊道由進口段，閥門段，主廊道出水段，泄水出口段等組成，各段分述如下：

(1)進口段。根據(jù)上閘首的結(jié)構布置和輸水系統(tǒng)進水的水力要求，廊道進水口前面為一個由帷墻空間形成的深水池。水流由上閘首垂直進入在不同高度上設有格柵的池內(nèi)，然后再進入廊道進口。這樣布置能獲得較大的淹沒水深和較好的進水流態(tài)，有利于防止漩渦的生成，避免挾帶空氣進入閘室、惡化停泊條件。

（2）閥門段。4個輸水閥門處廊道斷面尺寸為2.0m×2.2 m (寬×高)，上閘首閥門段底高程38.3 m，下閘首閥門段底高程38.85 m.

(3)主廊道出水段。主廊道斷面積2.0 m×2.2 m (寬×高)，底高程38.3 m，出水孔段總長40 m，設于閘室中部，每側(cè)共有出水管40個，單層布置；出水孔出口斷面直徑為0.55 m，支孔中心距3.0 m，支管出口處設消能坎，以進一步消除部分能量，改善流態(tài)，減少橫向系纜力。

（4）泄水出口段。下閘首采用格柵式消能出水，消能室頂部為中密側(cè)疏的格柵，柵條斷面寬0.5 m，出水孔寬0.4-0.6 m,消能室有消能坎和消能柱，水流向上經(jīng)格柵調(diào)整進入下游引航道，由于泄水流量較大，下游引航道水深較小，為增加淹沒水深，將下閘道閥門段廊道底高程作局部降低到35.85 m，以利消能。

3.3.3 船閘通過能力計算

 根據(jù)某城市水利樞紐水文條件。客貨盤比例現(xiàn)狀及發(fā)展預測、貨運特點，以年平均通航過閘天數(shù)為320d,船閘晝夜工作時間為20h，一次過閘時間36min、非貨運過閘比例為20%、船舶裝載利用系數(shù)0.65，運量不均衡系數(shù)1.5為準，按有關公式算得：

 年過閘船舶總載重噸位為276萬t。年過閘貨運量為70萬t。船閘達到設計通航能力時的日平均耗水量經(jīng)過計算為5.43m3/s。

3.3.4船閘水力計算

(1)輸水閥門處，廊道斷面面積按下計算。

　　　式中符號意義見(JTJ261-266)船閘設計規(guī)范，其中：取0．581，取用0．598，取用0.75。經(jīng)計算得閥門處廊道斷面積需用8.68 m2，設計取用閥門處廊道斷面與主廊道相同為8.8 m2 (4×2.2 m2)。

(2)輸水系統(tǒng)阻力系數(shù)與流量系數(shù)。由各段阻力系數(shù)計算得充水系統(tǒng)、泄水系統(tǒng)總阻力系數(shù)及流量系數(shù)，充、泄水時，閥門各開度的阻力系數(shù)，流量系數(shù)，收縮系數(shù)的計算成果見表2。

(3)輸水廊道換算長度慣性超高。由閥門前、后長度，出水孔段長度及廊道截面積計算得換算長度及慣性超高d，見表2。

(4)核算輸水時間。充水、泄水的時間T，

結(jié)束語：

　　船閘輸水系統(tǒng)設計應從全局出發(fā)，在確保船舶、船隊迅速、安全過閘的條件下，力求布置簡單、經(jīng)濟合理、技術先進，并便于施工、管理和維修。某工程水利樞紐工程船閘輸水系統(tǒng)設計，結(jié)合工程的實際情況，主要就輸水系統(tǒng)設計進行了論述，為今后船閘的設計、經(jīng)驗交流提供借鑒。

船閘 廊道 系統(tǒng)

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