劉君健 陳浩 譚宇靜

摘 要：在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，計(jì)算船閘通過(guò)能力的關(guān)鍵在于確定一次過(guò)閘平均噸位和一次過(guò)閘平均時(shí)間，其準(zhǔn)確性直接影響到設(shè)計(jì)結(jié)果。本文以江西某航電樞紐工程實(shí)踐作為案例，基于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建船舶過(guò)閘排擋模型，設(shè)計(jì)船閘設(shè)計(jì)通過(guò)能力計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)模擬 航電樞紐

1.項(xiàng)目概況

本工程位于江西省，所在河段屬于Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，航道尺度為：航寬60m，水深2.2m，轉(zhuǎn)彎半徑480m。工程中涉及兩個(gè)船閘的設(shè)計(jì)內(nèi)容，其建設(shè)規(guī)模均為Ⅲ級(jí)。根據(jù)根據(jù)工程所在河道的《流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告》，2020 年，規(guī)劃該河段中有 244km長(zhǎng)度為Ⅲ級(jí)航道。要求通過(guò)千噸級(jí)船舶。本樞紐屬于低水頭閘壩工程，過(guò)壩建筑物采用船閘。

2.主要技術(shù)路線

在計(jì)算船閘通過(guò)能力時(shí)，一次過(guò)閘平均噸位和一次過(guò)閘平均時(shí)間是兩個(gè)非常重要的計(jì)算參數(shù)。對(duì)于“一次過(guò)閘平均噸位”的計(jì)算，我國(guó)現(xiàn)行《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ305-2001）規(guī)定：一般需設(shè)計(jì)人員手工排擋，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)是否充足會(huì)影響結(jié)果準(zhǔn)確性。對(duì)于“一次過(guò)閘平均時(shí)間”的計(jì)算，模型在滿足輸入的船型和比例的前提下，充分考慮了過(guò)閘來(lái)船在尺度和載重噸等方面的動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性。根據(jù)《船閘設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定計(jì)算船閘年通過(guò)能力，從而對(duì)船閘建設(shè)規(guī)模進(jìn)行論證，能有效減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，減少錯(cuò)誤。

2.1過(guò)閘船型分析與預(yù)測(cè)

結(jié)合江西省內(nèi)河船型標(biāo)準(zhǔn)化文件，推薦過(guò)閘船型主要有四種（絕大部分為單船運(yùn)輸）：300t、500t、1000t、2000t，其中主要設(shè)計(jì)船型為500t和1000t為主，2000t船型作為兼顧船型。基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，對(duì)該樞紐內(nèi)分船型船舶過(guò)閘在2020年、2030年和2050年的艘次比例進(jìn)行預(yù)測(cè)，過(guò)閘比例最高的船型為500t和1000t，在不同時(shí)期占比之和通常超過(guò)八成，而300t和2000t的船型過(guò)閘比例很低。

2.2船舶過(guò)閘排擋模擬試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)工況

該樞紐有兩線船閘，分別位于東大河和西大河，二者均為單級(jí)雙向運(yùn)行。樞紐船閘有效長(zhǎng)度180m，有效寬度23m，門(mén)檻水深3.5m。同時(shí)，對(duì)于上述船閘的有效長(zhǎng)度，增加兩組對(duì)比方案：船閘有效長(zhǎng)度為230m和260m。對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，2020年、2030年、2050年的閘室有效長(zhǎng)度均分別為180m、230m、260m，閘室有效寬度為23m。

（2）排船尺度

考慮船閘運(yùn)營(yíng)安全以及實(shí)際的運(yùn)營(yíng)操作情況，船閘內(nèi)的船隊(duì)或船舶不可能占滿閘室有效尺度，而是留有一定的富裕或安全間隔。結(jié)合有關(guān)規(guī)范和船型主尺度系列，合理確定閘室排船尺度：①閘室有效寬度為23m，排船寬度取為22m，最大可供2條“長(zhǎng)江水系貨-22”船型的船舶橫向排列；②閘室有效長(zhǎng)度為180m，排船長(zhǎng)度取為167m，最大可供2條“長(zhǎng)江水系貨-34”船型的船舶（船長(zhǎng)85m和82m）縱向排列；③閘室有效長(zhǎng)度為230m，排船長(zhǎng)度取為216m，最大可供2條“長(zhǎng)江水系貨-34”船型的船舶（船長(zhǎng)88m）和1條40m長(zhǎng)船舶縱向排列；④閘室有效長(zhǎng)度為260m，排船長(zhǎng)度取為244m，最大可供2條“長(zhǎng)江水系貨-34”船型的船舶（船長(zhǎng)88m）和1條65m長(zhǎng)船舶縱向排列。

2.3船閘通過(guò)能力

詳見(jiàn)表1。

（1）通過(guò)能力分析

根據(jù)預(yù)測(cè)的過(guò)壩運(yùn)量，并結(jié)合該河段樞紐同類型船閘設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擬對(duì)船閘閘室長(zhǎng)度進(jìn)行通過(guò)能力比較。方案一（閘室有效長(zhǎng)度為180m）：本次設(shè)計(jì)2020年船閘一次過(guò)閘噸位為2886噸，2030年船閘一次過(guò)閘噸位為3262噸，2050年船閘一次過(guò)閘噸位為3278噸。方案二（閘室有效長(zhǎng)度為230m）：2020年為3797噸，2030年為3888噸，2050年為3905噸。方案三（閘室有效長(zhǎng)度為260m）：2020年為4334噸，2030年為4736噸，2050年為4583噸。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。船閘近期、中期、及遠(yuǎn)期的通過(guò)能力均能滿足過(guò)壩運(yùn)量預(yù)測(cè)要求。并有一定的富余量。

（2）方案比較及推薦方案

船閘閘室有效長(zhǎng)度為180m、230m、260m時(shí)，東西大河兩線船閘總的通過(guò)能力在近期、中期、遠(yuǎn)期均能滿足過(guò)壩運(yùn)量預(yù)測(cè)要求，并有一定的富余量。因此從經(jīng)濟(jì)合理的角度分析，船閘閘室有效長(zhǎng)度為180m（方案一）即可。故本階段推薦船閘有效長(zhǎng)度為180m。

3.結(jié)論

在進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，涉及到大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算，相較于以往的人工核算和設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以減輕大部分計(jì)算工作，同時(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程涉及一系列分析工作，可以避免一部分由人工帶來(lái)的主觀不確定因素。

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