船闸引航道及其水流条件改善措施概述

船闸引航道及其水流条件改善措施概述

樊皓东

（重庆交通大学 重庆 400074）

摘要：船闸引航道对于船舶（队）安全顺利通过船闸具有重要意义。本文介绍了引航道的概念、主要条件以及布置原则，为研究口门区水流条件提供了前提条件。本文还介绍了国内外学者研究的多种针对引航道口门区的通航水流的改善条件，包括开孔、丁坝、导航堤长短及泄水闸导流方式等。

关键词：船闸引航道、口门区、水流条件、改善措施

中图分类号：U444          文献标志码：A

引言

天然河道兴建水利水电枢纽工程后，设置船闸或升船机等通航建筑物来保证通航[1]。船闸上、下游引航道口门区，该区域水流一般由斜向水流和回流两种流态组成，是过闸船舶（队）进出引航道的咽喉，因此认识引航道及口门区水流条件是有现实意义的。

1 引航道的概念

引航道是指连接船闸闸首、口门与主航道的一段航道。引航道的作用是引导船舶(队)安全顺利地进出船闸，并供等待过闸船舶停靠。引航道内设有导航建筑物，必要时还设有隔流建筑物，使与主流隔开，保证引航道内具有良好的通航水流条件。连接上闸首的称上游引航道，连接下闸首的称下游引航道。

在天然的河道上修建水利枢纽后，需要设置船闸等过船建筑物以满足通航的需求。而引航道作为枢纽建筑物的组成部分，其平面布置直接影响船舶进出闸的时间，从而影响船闸的通过能力。引航道口门区是指引航道建筑物头部外一定范围内的水域，是引航道内相对静水与河流动水交界的水域。由于该区域存在较大的流速梯度，存在斜向水流，有的还会出现泡漩等恶劣流态。当口门区的回流或横流速度大到一定程度时，会引起船体的横漂和扭曲，严重时会引起船体的失控，对航行造成不利的影响。

2 引航道主要条件

引航道主要条件分为3种，分别为引航道尺度：主要决定于设计船型、 船队、水域条件和过闸方式等，引航道长度由直线段、过渡段和制动段三部分长度组成；引航道水深 ：引航道最小弯曲半径：对于拖带船队，应大于等于5倍最大船队长;对于顶推船队，按不同等级航道分别大于等于3倍或4倍设计最大船队长；引航道通航水流条件： 船闸引航道与河流、水库、湖泊中航道连接的口门区，是船舶(队)进出引航道的咽喉，又是河流动水与静水交界的水域，常存在斜向水流、回流，有时还会出现泡漩等恶劣流态，影响船舶安全通畅地进出船闸

3 引航道的布置

3.1 引航道布置原则

引航道布置原则，本文列举以下几点：

第一个原则是避免船体受较大的横风作用，横风作用会使船舶失控，操作困难，容易在引航道内引发事故。二是引航道应尽量顺直，避免多次转向。当受地形条件限制必须多次转向时，宜采取减小转向角、加长两次转向间距、加大回旋半径或适当加宽航道等措施，使其达到设计要求。第三，在防波堤口门外应设不小于掣动距离的直线段，方便船舶行驶和转向，顺利进入引航道，通过船闸。

3.1 引航道布置型式

根据船闸的级别、线数、设计船型船队、通过能力等，结合地形研究确定。引航道的平面布置一般有对称型，不对称型和反对称型3种型式。其中，对称型引航道的中心线与船闸轴线的延长线重合，两侧边线从闸首口门处呈喇叭形对称地拓宽;反对称型和不对称型的引航道中心线与船闸轴线的延长线不重合。反对称型的上、下游引航道分别在相反的一侧扩宽，不对称型的则均在同一侧扩宽。

3.2 引航道布置措施

船闸引航道由导航段、调顺段、停泊段组成，其平面布置要保证通航期内船舶过闸的要求。其中船闸引航道口门区的水流条件与船闸引航道隔流堤长短、口门区宽度密切相关，是船舶能否顺利过闸的关键因素。由于各个枢纽建筑物布置不同，各条河流地形、边界条件和水流的差异，因此，在枢纽船闸设计时，船闸引航道的布置形式除需满足船闸设计规范的要求外，还应通过物理模型水流试验和船模试验，来验证引航道口门区的水流条件是否满足通航要求，以充分发挥枢纽工程的航运效益。

特别的，针对山区狭窄河段船闸扩建工程中下游引航道通航水流条件问题，为了能够改善在口门区的斜流及回流等通航水流问题，将引航道隔流墙的布置型式换成了透空结构，并将隔流墙的曲率半径同时进行优化处理。

3.3 引航道布置要求

一般而言，根据上述要求布置的引航道还要进行物理实验、数值模拟分析对比等方法来检验方案的可行性。上世纪五六十年代，国内开始研究船闸引航道口门区通航特征，并取得了一定的成果。在建设葛洲坝船闸期间，通过试验得出了流速的限值为船闸上游口门区的纵向流速不大于2m/s、横向流速不大于0.3m/s、回流速度不大于0.4m/s[2]。对口门区受斜流的影响进行了改善，从而提高了成果可靠性。船闸通航水流条件从上世纪八十年代开始得到了快速发展，物理模型试验和船模试验应用的范围较为广，三峡船闸的可行性研究涉及大量使用物理水力模型和一系列使用物理和数学模型的船模试验，以研究河流中间渠道的不稳定流量，其结果有力地弥补了我们国家在这一领域的不足。引航道口门区水流条件的影响因素包括枢纽总布置、河势条件、水沙条件、通航流量及泄水闸运行方式等，而下游引航道隔流墙的布置和结构形式则直接影响到水流条件，因此大部分船闸工程下游导航墙的布置方案仍需通过物理模型和船模试验研究确定，包括导航墙长度、布置位置、透水型导航墙结构等都无固定标准可循。

4 引航道水流条件的改善措施

在口门区，为改善船舶通航状况而采取的工程措施，如增设导流或挑流墩，调整隔流堤的位置，对堤头进行型式改进，将导航墙变为透空还可以把隔流堤上进行开挖等。增设隔流墙、调顺岸线、同时采用开挖河床等综合措施改善了航道的通航水流条件。调节枢纽泄洪调度方式是非工程手段，通过控制流量并将泄洪闸门进行不同的开启程度，改善口门区通航水流条件。

4.1 上游引航道水流条件的改善措施

从船舶航行特点而言，船舶进入上游口门区主要受横向水流的作用。目前改善横向水流的措施有：导航堤堤头与堤身开孔；口门外一定距离设置丁坝（或潜坝）；在导航堤前方加设一定数量的潜坝。

透空导流堤孔口顶高程要在满载驳船船底以下。由于孔底部流速增大会减小导航墙内侧船闸引航道的淤积，防止船舶（队）被穿越孔口水流吸住，船体会撞击导航墙影响航行。但在工程实践中，透空导航墙有的不符合这一要求，这说明孔口高度超过船舶吃水线是应引起注意的。事实上，通过通航建筑物上、下游引航道初设方案的通航水流条件研究，影响水流条件的主要因素是：（1）升船机上游引航道无堤，导致浮式导堤前无静水区、上游航道流速过大和流态不稳定；（2）口门区和连接段的水流条件受泥沙淤积影响，河床抬高，过水断面缩小，增大主流流速，口门区的缓流强度加大。因此，必须采取工程措施来改善通航水流条件。

4.2 下游引航道水流条件的改善措施

下游口门区的水流条件主要受导航堤（墙）的平面布置、泄水闸下泄流量以及泄水闸闸门开启方式等因素的影响。延长底孔处导墙，改变下泄水流的方向，减少了斜流强度，水流条件得以改善。布设潜坝使口门区水流经外扩导流堤的倒流，主流稍偏河道中心，水流条件得以改善。加长隔流堤长度也能改善口门区的水流条件。

5 小结

每一个水利枢纽工程的自然条件是不同的，如地质与地形条件、各水文年度的水位与流量、船舶（队）尺度与组合排列条件等。因此，船闸引航道在枢纽中的平面布置和边界条件的确定，应结合具体工程进行自然条件的分析、论证和优化确定合理的布置形式，以获得满意的航行条件，使各类船舶（队）安全进出口门区，顺利通过船闸。

参考文献：

[1]周华兴,郑宝友.船闸引航道口门区通航水流条件改善措施[J].水道港口,2002,(02).

[2] JTJ 305－2001 船闸设计规范[S].