水口坝下工程施工期临时航道实船适航试验分析

水口坝下工程施工期临时航道实船适航试验分析

朱景坤

福建水口发电集团有限公司福建福州350004

摘要：通过选定不同的船型和载重，进行9航次的全段、分段上下行适航试验，检验临时航道的尺度和水流条件，验证临时航道对船舶适航性及限制条件，确定通航流量是合理可行的，为临时航道安全运行提供技术支撑。

关健词：临时航道通航流量流速实船实验

一、概述

1.1实船适航试验背景

水口坝下水位治理与通航改善工程位于福建省闽江干流闽清县境内的闽江河段上，上距水口水电站约9.0Km，下距闽清大桥约6.0Km，本工程施工采用围堰导流方式，围堰施工分三个阶段，从第一阶段~第三阶段结束均需从被束窄的左岸河床泄流和通航，通航历时约4年，第四阶段则可从右岸船闸通航。上游围堰已伸出岸线长约163m，下游围堰已伸出岸线长约181m，束窄后航道水面宽约300m，为可航水域。为维持这阶段闽江通航，开展本工程临时航道工程实船适航试验，为临时航道投入运行提供技术支撑。

1.2施工期临时航道简介

本航道为新建水口坝下航运枢纽临时航道及其上下游衔接段。建设规模内河IV级航道，通航内河500吨级货船。航道长约5.04Km，宽度100m，航道水深1.9m，最小弯曲半径330m。允许流速：≤3.00m/s；比降：≤3.00‰；航道底宽≥50.00m。

二、实船适航试验的目的

检验临时航道通航条件，验证临时航道可通航流量及临时航道对船舶适航性及限制条件。

三、实船适航试验范围及代表船型选择

从水口水电站坝下拟新建的临时停泊区至本工程下游拟新建的临时停泊区，实船适航试验的总航程约8km。

本次试验选用二种较具代表性的船型：一是水口坝下航线的船型，载重吨为千吨级；二是南平至福州航线船型，载重吨为500吨级。推进系统为双车双舵，操纵性能良好。

四、实船适航试验的通航流量

确定试验的上限流量考虑二种因素，一是临时航道及与上游衔接的航道表面流速不超过设计允许最大流速3.0m/s附近时，水口下泄的流量值；二是上限流量尽可能与船舶过闸的流量3800m3/s相一致，使通过临时航道的船舶亦可通过船闸，无需在临时停泊区等候过闸。

经过3600m3/s，3800m3/s，4000m3/s三种流量级表面漂流最大流速数据统计分析，可看出当下泄流量3800m3/s时，其最大流速上段达3.13m/s，中段为2.79m/s，下段为2.9m/s。根据实测的各段流量下最大流速特征值，确定3800m3/s流量为实船适航试验的上限流量。

下泄流量小于上限流量的时段，水流条件更有利通航，故不作适航试验，考虑流量减小航道水深随之减小，为满足最小航道水深不小于1.9m要求，本次试验航线实测水深，估算出下泄量为1400m3/s，航道最浅点水深可达1.9m以上，该值可作为下限流量值。

五、实船适航试验数据采集与适航性分析

5.1实船适航试验数据采集

本次实船试验通过在试验船舶艏艉各安装的一套RTKGPS接收机同时配置测深仪和姿态仪，应用HYPACKMAX导航软件，在计算机屏幕上实时显示并保存试验船舶的瞬时位置、时间、船速、航迹线和水深等数据，为试验分析提供数据。

本次试验共完成空载上行1次，下行1次；重载上行3次，下行4次；共得到9组数据。

5.2适航性分析

本次实船试航系在闽江汛期进行，试航时段水口水电站下泄流量控制在3800m3/s，此时航道内流速较大，但可航水域较宽，依据水深、水流状态，选择水流较缓的水域上行，选择与水流夹角较小、转向角较小的流向下行。为此，本次实船试验是在可航水域内选择合理的航线，从各航次航迹线看，有个别段偏离航道，应属正常状态，符合客观实际。

（1）上游段

本段为围堰区下游至北溪大桥桥区附近航段，航行特点为北溪大桥上游航道靠左岸侧航行，大桥通航孔亦紧靠左岸，过大桥向下游急转靠右侧岸边航行。

本航段船舶航迹线与习惯航线较难区分，实船航线系习惯航线航行，从航行中航偏角统计数据看上行平均最大航偏角为-19.7°，下行平均最大航偏角19.5°，航偏角均较大，表明该段航道由于转角较大，较大的水流速对船舶产生的横流显著地加大了船舶的操纵难度，但仍在可控范围。

该段上行平均航速为3.9kn，空载航速最大达到7.5kn，重载最大航速5.8kn，但通过桥区时航速最小仅为1.3kn~2.3kn；下行平均航速为10.1kn，最大航速达到13.2kn~12.7kn。上行与下行平均航速差值为6.2kn，反应该段影响船速的水流流速达3m/s左右。船舶在通过桥梁通航孔时上行困难需要较大的马力推动，较小马力船舶应减载上行。

该段试航期间实测水位为7.4~8.2m之间，水位落差达到0.8m。在该水位下船舶航线上实际最小水深为3.3m，最大水深为14.5m，均能满足通航要求。

（2）下游段

本段为围堰区下游至白江停泊区航段，航行特点为连接围堰下行航线靠左岸航行，航道较为顺直，但左岸为丁坝整治区，航道较靠近坝头。

从船舶航迹线与设计航道线吻合度看该段实际航线与航道线基本吻合。从航行中航偏角统计数据看上行平均最大航偏角为6.7°，下行平均最大航偏角-6.1°，航偏不大，表明该段航道横流较小，船舶操控较好。航道尺度可满足要求。

该段上行平均航速为4.4kn，空载航速最大达到6.1kn，重载最大航速5.7kn；下行平均航速为10.2kn，最大航速达到12.2kn~11.5kn。上行与下行平均航速差值为5.8kn，与上游比较，下游段船速受水流流速影响小，但在3800m3/s的流量下流速值依然较大。

下游段试航期间实测水位为6.7~7.0m之间，该段水位落差为0.3m，较上游略平缓。在该水位下船舶航线上实际最小水深为7.1m，最大水深为12.7m，水深富裕较大，能满足通航要求。

六、试验结论

1本次实船试验的上限流量为水口水电站下泄流量3800m3/s，通过试验实践，证明确定通航的上限流量3800m3/s是合理可行的。

2经实船试验验证，在水口水电站下泄流量3800m3/s的条件下，临时航道走向、航道尺度、流态能满足500吨级船舶通航要求，本试验成果可作为临时航道运行的上限控制流量，临时航道可投入运行。