（水利工程专业论文）乌江银盘枢纽工程施工导流明渠方案优化与绞滩助拖通航方案研究.pdf

摘要 摘要 乌江是长江上游的主要支流之一，通航资源丰富。由于种种原因，目前河流 通航船只较少，运力没有得到充分发挥。银盘枢纽船闸如果只限于现有通行船舶 规模和尺度修建，将严重制约船舶尺度和运输量的发展，并对未来乌江航运的发 展产生重大不利影响。基于此，本文结合西部交通建设科技项目“乌江航运建设 关键技术研究 ，在现场调研、室内模型试验和数值计算的基础上，对乌江航运明 渠通航条件和绞滩技术进行综合对比分析。通过分析得到以下主要结论： ( 1 ) 由于导流明渠为临时工程，通航期约2 2 月。为了避免过多增加明渠工程 造价和设计难度，造成不必要的投资浪费，拟定导流明渠禁航流量为7 0 0 0 m 3 s ， 此时相应坝址水位为1 9 3 5 2 m 。此流量标准年通航期为3 4 5 天。 ( 2 ) 经对乌江通航船舶的调查，拟定出明渠通航代表性为：4 6 8 8 8 2 2 m 尺度的机动驳。该船舶数量较多，上下行通常装载3 0 0 , - - 一5 0 0 吨，具有较好的代表 性。经采用内河通航标准公式验算，导流明渠单线航道宽度为2 0 m 。 ( 3 ) 通过对乌江代表船舶和上滩阻力研究，提出以下明渠通航船舶自航上滩允 许的流速和比降组合标准较为适宜：比降( d ) 为0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 的流速( m s ) 分别是4 4 、4 2 、3 - 8 、3 4 、2 8 、2 2 、1 1 。 ( 4 ) 本研究采用平面二维有限元水流数学模型来分析次导流明渠是可行的。通 过采用洪、枯水位实测的水位和流速资料进行的验证试验结果表明，模型与原型 数据结果基本吻合，说明该模型可用于明渠方案的优化研究。 ( 5 ) 原设计( 平底) 明渠方案试验结果表明，明渠断面尺度和流速分布均匀，导 致枯水期( q 4 0 0 m 3 s ) ，水深不足2 6 m 。至3 0 0 0 m 3 s 流量时，明渠非自航区已经左 右岸贯通，上半渠段整个水域均不能自航，因此通航期仅在4 0 0 3 0 0 0 m 3 s 流量范 围。5 0 0 0 m 3 s 流量以上，因航线范围流速过大，船舶不能自航到绞滩起点。结果 说明，该方案对通航不利。 ( 6 ) 导流明渠优化四个修改方案结果表明，修改方案和方案通航条件较优， 即3 5 0 0 m 3 s 流量以下，航道尺度和水流条件均能满足通航要求。洪水期3 5 0 0 , - - , 7 0 0 0 r n 3 态流量时，船舶能自航进入绞滩( 起点) 接缆位置，可较好的满足通航要求。 从通航角度看，修改方案较修改i 方案稍优( 修改方案除6 0 0 0 m 3 s 流量以上碍 航区范围稍大，其他通航条件与方案相差不大) ；而从工程量比较来看，修改方 摘要 案i 挖方量较方案少1 8 0 7 9m 3 ，回填砼量也较方案少4 5 0 7m 3 。考虑到在q = 3 5 0 0 m 3 s 以下水流条件均可满足船舶自航要求，q = 3 5 0 0 一 7 0 0 0 r n 3 n 时，船舶 均能绞滩过坝。因此，经过对导流明两方案的通航条件和工程量等综合比较认为， 修改m 复式断面方案优于原设计平底方案。 ( 7 ) 根据绞滩原观和绞滩牵引力计算，建议本次明渠绞滩机拉力配备不小于 1 5 t 。绞滩机安装位置在导流明渠右岸堤头，视乌江洪水位变化，绞滩范围1 4 0 - - 3 8 0 m 。推荐采用浮筒回缆系统。 ( 8 ) 本文分析表明上行航线枯水期：乌江3 m 水位以下枯水期，船舶上行航线 位于明渠中心偏右岸一侧。3 m 水位以上，航线位于明渠左岸靠纵向围堰一侧。下 行航线下行航线规划在渠道中心偏左岸一侧，与上水航线位置较接近。 关键词：通航标准船闸导流明渠绞滩航迹线方案优化 摘要 a bs t r a c t t h ew 订i a nr i v e ri so n eo ft 1 1 em a i ns u b s i d i a r yc u r r e n t so fu p p e rs t r e a mi n y a n g t z er i v e r , t h en a v i g a t i o nr e s o u r c e si sa b u n d a n t b e c a u s eo fv a r i o u sr e a s o n ， t r a n s p o r tc a p a b i l i t yd i d n e m p o l d e rw e l l 。i fy i n 妒a ns h i pl o c ki sl i m i t e db ye x i s t i n gg o t h r o u g hs h i p ss c a l ea n dd i m e n s i o n st ob u i l d ，t h ed e v e l o p m e n to fs e r i o u sd i m e n s i o n sa n d c o n v e y a n c eq u a n t i t y o ft h ec h e c ka n d s u p e r v i s i o ns h i p s ，a n dp r o d u c et o t h e d e v e l o p m e n to ff u t u r e 洲i a l lf i v e r ss h i p p i n gg r a v e n e s sd i s a d v a n t a g e o u si n f l u e n c e b a s eo nt h o s e ap o s t r e s e a r c hc o n s i s t so ft w os p e c i a ls u b j e c t si sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h ei s s u eo f 啪a np r o j e c ti nw ur i v e r t h r o u g hal o to fc o m p u t a t i o n a n a l y s i s ，c o m eu pw i t ht h ef o l l o w i n gp r e l i m i n a r yc o n c l u s i o n s 1 a sf o rt h et e m p o r a r yd i v e r s i o nc h a n n e lp r o j e c ta n dt h en a v i g a t i o np e r i o do f a b o u t2 2m o n t h s i no r d e rt oa v o i de x c e s s i v ei n c r e a s ei np r o j e c tc o s ta n dd e s i g no ft h e n u l l a hd i f f i c u l t 。r e s u l t i n gi nu n n e c e s s a r yw a s t eo fi n v e s t m e n tt od e v e l o pt h ef l o wo ft h e d i v e r s i o nc h a n n e lp r o h i b i t e d7 0 0 0m 3 s t h ew a t e rl e v e la tm i st i m ec o r r e s p o n d i n gt o t l l ed a ms i t e1 9 3 5 2m i nt h i sf l o ws t a n d a r df o r 也e3 4 5 一d a ys h i p p i n gp e r i o d 2 w u j i a n gr i v e rn a v i g a b l eb ys h i po nt h es u r v e y , p r e p a r e df o ran u l l a h n a v i g a b l er e p r e s e n t a t i o n ：4 6 8 8 8 2 2 ms c a l em o t o r i z e ds p l i t t h es h i pi saf a i r l y l a r g en u m b e r , f r o mt o pt ob o t t o mw i l lu s u a l l yc a r r y3 0 0t o5 0 0t o n s 。w i t hb e t t e r r e p r e s e n t a t i o n b yu s i n g”r i v e rn a v i g a t i o ns t a n d a r d s ” f o r m u l ar e c a l c u l a t i o n s s i n g l e c h a n n e ld i v e r s i o nc h a r m e lw i d t ho f 2 0m 3 t h ew u j i a n gr i v e rb e a c ho nb e h a l fo ft h es h i pa n dr e s i s t a n c es t u d y , t h e f o l l o w i n gs h i p sf r o mt h en u l l a hs h i p p i n gr o u t e sa r ea l l o w e dt od r o pt l l ef l o wr a t ea n d c o m p o s i t i o nt h a nt h em o r ea p p r o p r i a t es t a n d a r d ：s l o p e ( 。) o ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6t h ev e l o c i t y ( m s ) r e s p e c t i v e l y4 4 ，4 2 ，3 8 ，3 4 ，2 8 ，2 2 ，1 1 4 。t h i ss t u d yu s e d2 一df i n i t ee l e m e n tm o d e lt oa n a l y z ew a t e rf l o wa tt h e d i v e r s i o nc h a n n e li sf e a s i b l e 曰o u g l lt l l eu s eo fh u n g ，d r ya n dt h ew a t e rl e v e li nt h e m e a s u r e dv e l o c i t yd a t av a l i d a t i o nt e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ed a t am o d e la n dp r o t o t y p e r e s u l t sa n a s t o m o s i ss h o w st h a tt h em o d e lc a nb eu s e df o rt h eo p t i m i z a t i o no ft h en u l l a h p r o g r 锄 5 1 1 1 eo r i g i n a ld e s i g n ( f l a tb o t t o m ) t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h en u l l a hp r o g r a m ， a n do p e nc h a n n e lf l o wc r o s s s e c t i o ns c a l ed i s t r i b u t e de v e n l y r e s u l t i n gi nd r ys e a s o n ( q 4 0 0 m 3 s ) ，l e s st h a n2 6mw a t e rd e p t h b e t w e e n3 0 0 0m 3 sf l o w , o p e nc h a n n e lh a s b e e no nn o n f l i g h tz o n et h r o u g hb a n d s ，t h ef i r s th a l fo ft h ee n t k ed r a i n a g ew a t e r sa r e u n a b l et or o u t e t h e r e f o r en a v i g a b l eo n l yi nt l l ep e r i o do f4 0 0 3 0 0 0m 3 sf l o wr a n g e 5 0 0 0m 3 sf l o wo v e rd u et oe x c e s s i v ef l o wo ft l l er o u t e ，t h es h i pu n a b l et ot w i s tb e a c h f l i g h t ss t a r t i n gp o i n t r e s u l t ss h o wt h a tt h et r a n s p o r td i s a d v a n t a g eo ft h ep r o g r a m 6 d i v e r s i o nc h a n n e lo p t i m i z a t i o np r o g r a mr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef o u rr e v i s e d a n da m e n d e di i ia n di vp r o g r a mn a v i g a t i o np r o g r a mo p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h a ti s ，3 5 0 0 m 3 | sf l o wb e l o wf a i r w a y ss c a l e sa n df l o wc o n d i t i o n sc a nm e e ts h i p p i n gd e m a n d s r o o dp e r i o d3 5 0 0t o7 0 0 0m 3 st h r o u g h p u t s i n c et h es h i pc a ne n t e rt h ea i r c r a f tc u t t e r b e a c h ( s t a r t i n gp o i n t ) t oc a b l el o c a t i o nc a nb e r e rm e e ts h i p p i n gd e m a n d s f r o mt h e s h i p p i n gp o i n to fv i e w , t h a nt h er e v i s e dp r o g r a mi vs l i 曲t l ym o d i f i e di i ig i f t e d p r o g r a m ( l a w si i ip r o g r a me x c e p t6 0 0 0m 3 | st h r o u g h p u to v e rn a v i g a t i o na r e as l i g h t l y 摘要 l a r g e rt h a n ，o t h e rn a v i g a b l ec o n d i t i o n sa n dn o tm u c hb e l o wt h ei vp r o g r a m ) ；f r o mt h e w o r k so fc o m p a r i s o n 。t h ea m e n d m e mp r o p o s a li i ie x c a v a t i o no fl e s st h a n18 0 7 9m 3 p r o g r a m1 v ，b a c k f i l lc o n c r e t ep r o g r a mi v o fl e s st h a n4 5 0 7m 3 c o n s i d e r i n gt h a tq = 3 5 0 0 m 3 sf l o wc o n d i t i o n sf o l l o w i n gt h er o u t et h es h i pc o u l dm e e tt h ed e m a n d 。q = 3 5 0 0 7 0 0 0 m 3 | s 。c a nb eh a n g e da tp a s s i n gs h i p s t h e r e f o r e 。a f t e rt h ed i v e r s i o n p r o g r a mt h a t t h e t w op r o j e c t so fn a v i g a b l ec o n d i t i o n sa n di n t e g r a t e dc o m p a r i s o n m a i n t a h - , e dt h a tt h ea m e n d m e n to fs e c t i o ni i ip e n t h o u s ef l a t b o t t o md e s i g no ft h e p r o g r a m i sb e t t e rt h a nt h eo r i g i n a lp r o g r a m 7 a c c o r d i n gt ot h eo r i g i n a lc o n c e p ta n dt h ec u t t e rb e a c hc u t t e rb e a c ht r a c t i o n ， t h er e c o m m e n d a t i o n so ft h i sn u l l a hc u t t e rb e a c hr a l l ym a c h i n ee q u i p p e dw i t l ln o tl e s s t h a n15t c u t t e rbe a c hm a c h i n ei n s t a l l a t i o nl o c a t i o ni nt h ed i v e r s i o nc h a n n e lr i g h tb a n k e m b a n k m e n t ，d e p e n d i n go nw u j i a n gr i v e rf l o o dl e v e lc h a n g e s ，c u t t e rb e a c h1 4 0 3 8 0 m r e c o m m e n d e df l o a t sb a c kt oc a b l es y s t e m s 8 t h i sa n a l y s i ss h o w st h a tu p l i n kr o u t ed r ys e a s o n ：w u j i a n g3mb e l o wt h e w a r n i n gd r ys e a s o n ，s h i p su p l i n kc e n t e rp a r t i a lr o u t e sa tt h er i g h tb a n ks i d eo ft h en u l l a h 3ma b o v et h ew a t e r1 e v e l o nt h el e f tb a n ko ft h en u l l a hr o u t ev e r t i c a la tt h es i d eo ft h e c o f f e r d a m r o u t ep l a n n i n gd o w n l i n kr o u t ed o w n l i n kc h a n n e l sc e n t e ri nt h es i d eo ft h e l e f tb a n ko fb i a s e d a n dt l l es h e t m gs h u ir o u t el o c a t i o nn e a r e l k e yw o r d ：n a v i g a b l ec r i t e r i a ；n a v i g a t i o nl o c k ；w a r p i n g ；r a n g el i n e ；s c h e m eo p t i m i z a t i o n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲甜1 蛔 日期：沙对年午月2 e t 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者虢引妇西 指删撇： 日期：矿了年妒月汐日 日期：，9 年中月沙日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 鸟江是长江上游右岸最大支流，源于贵必| 省乌蒙出东麓，横贯贵州全境和瀹 东南，流经重庆市的酉阳、彭水、武隆、涪陵，河流全长1 0 7 0 k m ( 干流全长7 1 0 k m ) ， 总落差2 1 2 4 m ，流域面积8 7 9 2 0 k m 2 ，多年平均流量1 6 9 0 m 3 s ，多年平均径流量5 3 4 亿m 3 。乌江重庆境内河段长约1 8 8 k m ，总落差1 0 5 4 9 m ，平均比降0 5 6 ，属于典 型的山区河流。 乌江是资源性开发河流，也是长江上游重要豹通航河流，是重庆市和贵翔省 通往长江中下游的重要水运交通要道，是全国内河水运主通道之一，长期以来承 担着流域内大宗货物的对外运输。乌江素有乌江流域经济发展和人甓生活的“生 命线”之称n 1 。 根据1 9 9 8 年l o 月交通部、水利部和国家经贸委，关于内河航道技术等级的批 复，中将“乌江漩塘至河瞄5 4 7 l ( i i l 河段定级为级航道标准，并要求“在进行枢 纽建设时，通航建筑物的型式、规模、尺寸等应本着经济可行的原则，结合国家 有关技术规定通过论证藤确定 。 乌江干流共规划建设十一个梯级开发方案，其中，乌江贵州境内已建成普定、 乌江渡、东风三座水电枢纽，引子渡、洪家渡、索风营、构皮潍已开工建设。重 庆市境内彭水枢纽已于2 0 0 3 年正式动工建设，预计2 0 0 8 年第一台机组将开始发 电。彭水枢纽下游还有已于2 0 0 5 年动工建设建的锻盘和2 0 1 0 年拟动工建设的自 马两个梯级。 根据目前乌江干流规划建设十一个梯级开发建设进度，鸟江航道2 0 1 0 前质将 与先后建成的彭水、银盘和白马三个梯级枢纽相衔接，并在2 0 1 5 年与贵州乌江渡 电站以下的七个梯级相衔接。届时，乌江乌江渡电站以下5 9 6 k m 的渠化河道将全 面达到级航道标准，霹常年通行5 0 0 吨级船舶，乌江将成为连接渝、黔、湘、 鄂四省市边区十六县( 市) 的水上交通干线和国家航运主通道，它将在西部大开发 中发挥极其重要的作用。 因前乌江拟建和在建水利水电工程多以发电为主，主要考虑水电效益，而对 水运重视不够。乌江规划的十一个梯级，一些已建程在建水利枢纽王程本应周步 建设通航建筑物，因为投资和技术难度等原因，没有按照国家相关标准建设，仅 是预窝了通航建筑物的位置。加之乌江属典型的山区峡谷型、弯曲型河道，平面 形态弯曲，直线段短，通航条件复杂，使得通航建筑物与电站难以集中布置，霹 使集中布置，幽于河道狭窄，使得通航建筑物与电站之间影响较大，特别是电站 第一章绪论 2 尾水对引航道口门区水流条件的影响。而且乌江河流洪峰量大、变幅大，枢纽设 计水头高，下泄流量大。较大的下泄水流对通航建筑物口门区的通航条件也将产 生较大影响。另外，因洪水变幅大，通航建筑物须适应较大的水位变幅，枯洪水 情况下，上百游引航道具有完全不同的水流状态，这都给通航建筑物的布置增加 了难度。而且与平原地区河流不同的是，在乌江上建电站，一旦平面布置方案确 定，很难再有建设船闸复线的位置。 到目前为止，乌江上在建的水利枢纽工程中，仅有彭水枢纽同步建设了通航 建筑物，但受前期研究工作的制约( 交通部门几乎未涉及) ，彭水枢纽通航建筑物 采用的升船机中间渠道船闸的通航建筑物方案，通航船闸有效尺寸为6 2 x1 2 x2 5 m ( 长宽x 门槛水深) ，采用的技术标准较低，势必影响乌江航运的发展。 而即将正式开工建设的银盘水利枢纽位于乌江彭水枢纽下游，距涪陵乌江河 口里程约9 3 k m 。设计额定水头2 6 5 m ，最大水头3 6 5 m ，最小水头8 8 m ，规划的 通航船闸属高水头通航建筑物，预可研报告中确定的船闸基本尺度为7 5 1 2 2 5 m ( 长宽门槛水深) 。而且拟选的坝址处为弯曲型河道，通航建筑物的布置 较困难，加之乌江流域一年中雨量分配不均匀，在洪、枯水位期，若水库调度运 行不当，势必将对枢纽上、下游船舶航行产生不利的影响。若交通部门不尽早介 入开展相关研究，使银盘枢纽建设仍然出现彭水枢纽类似情况，必将严重影响和 制约乌江航运的发展。 为此有必要针对乌江航运建设和发展的现状展开研究，提出符号乌江的实际 的明渠通航技术方案。 1 2 国内外研究的现状 乌江既是作为国家航运主通道，又作为国家重点开发的水资源河流，长期以 来，水利部门对乌江水资源的梯级开发规划十分重视，明确提出“乌江干流开发 以发电为主，其次航运，兼顾其他 的规划和建设原则。受行业的限制目前乌江 干流上建成和在建以及规划建设的乌江梯级枢纽中，对乌江航运至关重要的一些 因素并没有得到高度的重视。这些水电站枢纽建成后，对相应河流的通航条件都 会产生不尽相同的影响。例如乌江彭水枢纽拟，目前由水利部门研究选用的“升 船机+ 中间渠道+ 船闸 的通航建筑物方案，被多位航运专家认为：难保证正常运 行使用c 3 用。 国内，贵州省利用乌江上修建的几座电站，将乌江航道( 重庆龚滩镇贵州 余庆县大乌江镇2 6 4 k m ) 由七级航道提高至五级航道( 2 0 0 1 年6 月竣工验收) ，同时 第一章绪论 正在研究利用水电枢纽的水流调节和相应的航道整治，将该段航道提升为四级航 道，并将航道向上游延伸1 0 0 多公里。乌江龚滩站以前设计通航流量为3 0 0 m 3 s ， 通过电站调节现为4 4 6m 3 i s ，即设计流量提高5 0 ，为提高航道等级创造了有利条 件。汉江丹江口电站建成后，汉江枯水流量有较大增加，明显改善了汉江( 丹江口 以下) 枯水航运。河流上修建水电站后，对航运带来有利因素，如：开发新的航道， 延伸航道里程。但也存在一些不利影响，迫切需要专题研究消除或尽量减小不利 影响的措施【8 以7 1 。 在水库变动回水区内，由于水位壅高、流速比建库前减小，导致大量泥沙落 淤，在水位下降规，不能将全部淤沙冲走，形成累积性泥沙淤积碍航，特别是水 库末端，淤积的多是卵石，将严重碍航；从上游进入坝区的航道，由于过船建筑 物布置的位置不同，改变了原有航线位置，而新航线上由于流态紊乱，不能满足 航行，还应提前治理，若在水库蓄水后才整治，其整治费用将增加数倍。如葛洲 坝水电站建成后，改变了上游船舶过坝的航线，新航线上卷浪，鼓泡等不良流态， 妨碍航行，必须整治。 此外，水电站多担任调峰任务，下泄流量时大时小，坝下水位暴涨暴落，船 舶难于航行。赣江万安电站下游1 9 9 4 1 9 9 6 年期间，水位最大下降率达1 2 2 1 m h ， 闽江水口电站下游嵩滩浦处涨率达1 0 3 1 8 m h ，富春江电站下游水位变幅可达 5 m ，大渡河龚咀电站投产初期，下泄流量时大时小，航行在岷江的船舶，遇低水 位，触礁、搁线等情况时有发生。湖南柘溪枢纽，1 9 7 6 年8 月，一艘客轮下水航 行时，电站下泄流量4 0 0 0 m 3 s ，返航时电站下泄流量突然减为1 0 0 0 m 3 s ，造成客 班轮翻船，人员伤亡事故。 河流建坝，受多种因素的制约，通航建筑物布置后，往往改变坝区原有的航 线，新航线上由于流态不良或礁石碍航，如葛洲坝下游航道，广西西津枢纽坝下 的鸡儿滩，西江贵港枢纽坝下有横流碍航，都进行了整治或改变调度措施，才消 除了碍航滩斛1 7 - 2 3 。 目前国内外对该问题的研究大多采用现场观测、物理模型和数值模型方法。 研究中的主要问题是：全沙物理模型模拟技术不完善，数学模型大多采用一维或 二维方法，现场观测资料不够系统，研究成果无普遍适用性，尚未建立枢纽下游 航道水流条件预报预测系统。 乌江水力条件、地质条件、地形条件有它的独特性，在建或将要建设的电站 有索风营、构皮滩和彭水索风营、构皮滩和彭水等水利枢纽。这些枢纽上游都形 成很长的库区航道，这些航道能否与上一级枢纽相连衔接，还应采取什么措施， 就能使航道向上延伸上百公里，造福于边疆地区的人民。这些电站的上游，形成 变动回水区，将发生累积性泥沙淤积碍航；电站不稳定出流对下游航行有影响， 第一章绪论 4 在坝区上下游连接段也可能出现新的碍航情况，还有由于乌江梯级开发规划水头 一般均很大( 如构皮滩达到1 9 0 m 、乌江渡达到1 3 0 m 、彭水达到近百米) ，加之乌江 属峡谷型河流，河床断面叫为狭窄，连接枢纽上下航道的通航建筑物如何设置、 ，设置几级、采用何种型式等这些问题均需要进行专题研究2 4 。2 8 1 。 1 3 导流明渠现状及设计概况 银盘水电站位于乌江下游河段，地处重庆市武隆县，是乌江干流水电开发规 划的第十一梯级，该电站是以发电为主，其次是航运，兼顾其它综合利用的大型 水利水电工程。在“预可研”阶段初选电站正常蓄水位2 1 5 m ，死水位2 1 1 5 m ，设计 洪水位2 1 9 o m ，校核洪水位2 2 5 5 7 m ，最大坝高8 0 m ，水库总库容3 2 亿m 3 ，电 站装机容量6 0 0 m w ( 4 x 1 5 0 m v ) 。根据乌江航运发展的运量预测，至2 0 2 0 年，乌江 银盘枢纽的货运量将达2 8 0 9 7 万t 。经相关论证后，银盘枢纽工程通航建筑物拟采 用5 0 0 t 级的船闸方案，船闸尺度为1 2 0 r e x l 2 m x 4 o m ( 长宽槛上水深) ，船闸最大 工作水头为3 6 4 6 m ( 见图1 1 ) 。 一j ，谚；麓跫 t 、 _ c 、 愁 鬻之 二 匦卿髌旧囊耀娟聪 霪、 第一章绪论 6 1 3 1 设计标准 ( 1 ) 洪水标准 本工程地处山区，按规范的山区、丘陵区水电枢纽工程永久性壅水、泄水建 筑物的洪水标准，主要建筑物洪水标准如下： 混凝土重力坝和通航建筑物上闸首( 挡水坝段) 按1 0 0 年一遇洪水设计，1 0 0 0 年一遇洪水校核； 河床式电站作为挡水建筑物按1 0 0 年一遇洪水设计，1 0 0 0 年一遇洪水校核， 尾水平台高程按5 0 0 年一遇洪水校核； 下游消能防冲建筑物按5 0 年一遇洪水设计。 ( 2 ) 抗震标准 本工程地震基本烈度为度，工程等别为二等，根据水电枢纽工程等级划 分及设计安全标准的规定，建筑物的抗震设计烈度仍取度。为此，本工程不 进行建筑物抗震验算。 ( 3 ) 导流建筑物等级 乌江银盘水电站属二等工程，按部颁水利水电工程施工组织设计规范 ( s l 3 0 3 2 0 0 4 ) 规定，保护永久建筑物施工的导流建筑物为级临时建筑物，保护 导流建筑物施工的围堰为v 级临时建筑物。 一期预留岩埂围堰为v 级临时建筑物，导流明渠为级临时建筑物；二期上、 下游土石围堰，三期上、下游土石围堰、碾压砼纵向围堰、下引航道导墙围堰均 为级临时建筑物。 1 3 2 原设计通航技术标准 “工可研”报告对导流明渠通航采用了以下通航技术标准： 航道等级：级 通航净高：8 m 通航净宽：5 0 m 设计船型：5 0 0 t 级货船，最大船舶尺寸选用5 5 o m l o 8 m x 2 4 m ，设计载重量 7 5 0 t - - - 9 0 0 t 。 船闸有效尺寸：1 2 0 m x l 2 m x 4 o r e ( 长宽x 槛上水深) 最大通航流量：6 0 0 0 m 3 s 最小通航流量：3 4 5 m 3 s 上游最高通航水位：2 1 5 m 上游最低通航水位：2 1 1 5 m 下游最高通航水位：1 9 3 4 2 m 第一章绪论 下游最低通航水位：1 7 8 5 4 m 1 3 3 工程初步建设方案 枢纽布置：电站厂房布置在河床左侧，泄洪建筑物布置在河床中部靠右侧， 船闸布置在右岸。施工采取明渠通航，三期导流方式，导流明渠布置在右岸。 工程从左至右岸布置：左岸非溢流坝段( 7 0 m ) 、安装场段( 5 8 m ) 、河床式电站厂 房段( 1 4 3 3 m ) 、左溢流坝段( 左区9 0 0 m 、中区8 5 0 m ) 、纵向围堰坝段( 2 5 5 m ) 、右 溢流坝段( 右区6 5 m ) 、船闸坝段( 5 6 m ) 、右岸非溢流坝段( 5 4 m ) 。 施工导流：工程分三期施工，一期在预留岩埂围堰保护下施工右岸导流明渠、 混凝土纵向围堰( 高程1 8 9 m 以下) ，进行右岸非溢流坝段、3 孔溢流坝坝身段开挖 和通航建筑物一期开挖工程施工，同时进行左岸坝肩开挖，施工期原河床过流、 通航：二期在全年挡水土石围堰保护下进行基坑开挖，河床8 孔溢流坝段、电站 厂房和左岸非溢流坝段的施工，同时继续加高混凝土纵向围堰至设计高程，施工 期导流明渠通航；三期在全年挡水土石围堰保护下进行右岸3 孔溢流坝段和船闸 施工，同时在闸门保护下进行河床4 孔溢流坝预留缺口的混凝土浇筑和弧形闸门 安装，三期围堰同时具有挡水发电的任务，三期截流后坝址处断航，直至船闸建 成通航。枯水期水流从已建成的4 孔溢流表孔泄流，汛期洪水则从8 孔溢流表孔 下泄。 1 3 4 导流明渠设计 导流明渠原设计方案进口轴线与主河床夹角约3 0 0 ，采用喇叭型进口布置，出 口与主河床方向一致。明渠进口底高程1 7 7 0 m ，出口底高程1 7 6 0 m ，轴线总长 7 8 0 1 0 m ，明渠宽度为9 0 m ( 见图1 2 ) 。 明渠河底基岩为砂页岩、页岩和灰岩等，岩石开挖边坡1 ：o 5 ，覆盖层开挖 边坡1 ：1 5 ，且每2 0 m 高左右设2 m 宽的马道。右侧高程2 1 5 m 以下的页岩边坡采 用1 0 c m 厚喷砼和3 0 c m 厚砼板支护，并设2 x 2 m 的锚杆，砼板内设直径1 6 r a m 的 防裂钢筋网，且根据需要设置1 0 0 0 k n 级的预应力锚索，锚索间距4 x 4 m 。右侧其 它边坡采用锚杆和挂网喷砼支护，锚杆直径2 5 m m 、长5 m ，间排距2 x 2 m ，钢筋网 的钢筋直径6 m m ，喷砼厚1 0 c m 。左侧为纵向围堰，边坡全部均为1 ：1 0 ，采用喷 砼和随机锚杆支护，喷砼厚1 0 e r a 。 第一章绪论8 匦皤餐趟艨露爆赡麓_甄 第一章绪论9 1 4 乌江设绞滩险治理技术简介 绞滩是船舶通过急流滩的一种助航作业。一般由动力机、绞滩机( 卷扬机或绞 盘) 、缆绳和递缆船等四部分组成。绞滩时，先将缆绳一端绕于绞滩机的滚筒上并 拉紧，另一端系于被绞船舶，然后开动绞滩机带动滚筒旋转，收卷牵引缆绳，牵 引船舶过滩。其中，绞滩站的缆绳通过采用递缆船或浮筒递送给船舶，由水手系 到船舶系缆桩上。按绞滩机设置地点可分为岸绞和船绞。岸绞是将绞滩机安设在 岸上适当位置，利用机械动力，使绞滩机转动而绞进钢缆，将船舶施绞上滩。岸 绞具有投资小、管理方便、维护费用低，上马快、不占用航道宽度和有利于采用 多种绞滩方法，在中小河广泛采用。船绞则是将机械动力装在船上，布置较为灵 活。 1 4 1 绞滩设备 目前，乌江凉水井绞滩站使用的绞滩机由原1 2 t 绞机和1 8 t 变速器组合而成， 实际出力大于1 2 t 。在该滩4 9m s 流速和比降1 4 2 组合情况时，船舶载重2 2 0 - - - 2 5 0 t ，缆索长5 8 m ，绞时1 5 m i n 。观测最大拉力1 7 7 k n ，约和1 8 1 t 。 根据选定绞滩机的类型、动力、牵引力以及所选设备的特性，通常通行5 0 0 t 船舶的山区河流，一般选用8 9 k w 绞滩机，最大牵引力1 7 6 k n ( 约合1 8 0 ，相应牵 引速度为2 4 - - - 3 0 m m i n ，可牵引载重1 0 0 0 t - - 一1 5 0 0 t 船队过滩。 在流速、比降较大的险滩，常采用两台绞滩机同步牵引。山区大河流的绞滩 设备采用液压装置，即动力机通过动液变矩器将动力传递至减速齿轮箱，其特点 是当绞滩钢缆负荷瞬间大于绞滩机的最大出力时，虽然由于超负荷绞滩机滚筒停 止转动，而动力机仍能正常运转，不会因为超负荷而停机。 绞滩时，先将缆绳一端绕于绞滩机的滚筒上并拉紧，另一端由递缆船递送给 被绞船舶，放入其缆桩活动钩内锁闭，然后开动绞滩机带动滚筒旋转，收卷牵引 缆绳，牵引船舶过滩。 1 4 2 目前乌江绞滩及整治概况 乌江是典型的山区河流，滩险密布，坡陡水急，流态紊乱。重庆境内龚滩至 涪陵1 8 8 k m 江段，原有滩险1 4 8 处，江段落差1 0 0 7 1 m ，平均比降0 5 3 o 。建国后， 经过六次大规模整治，于1 9 6 4 年在1 8 处船舶自航上滩困难的重点急流滩险先后安 设了8 t 牵引力悬臂或立轴绞滩机，全江段实现绞滩机械化。随着船舶尺度和载量增 加，经过历年整治，至w j 2 0 0 2 年为止，除武隆县羊角镇境内凉水井、钱糖铺两处急 流滩险外，其余1 6 处滩险已取消绞滩。现有凉水井、钱糖铺两处滩险安设了卧式 鼓筒式绞滩机，设计牵引力1 2 t 。后期对绞滩机变速系统进行改进后，实际牵引能 力可达到1 8 注右。 第一章绪论 1 0 1 4 3 设绞滩险的治理技术要点 ( 1 ) 首先应充分认识不同急流滩险的成因、特点、船舶上行过滩的航法和碍航 情况。一般来说，当船舶上行有效推力( t o ) 大于水流阻力( r v ) 和坡降阻力限i ) 之和， 船舶便可自航上滩，反之，则需绞滩助航。影响船舶自航上滩的主要因素是滩段 的水流形态( 流速、水面比降和流态) 及河床形态( 江面宽度、河岸线型及河床地形 条件等) 。 以乌江而言，急流滩险多为石质滩，边界条件稳定，通过整治改变边界条件 可产生调整水流状态，改变比降和流速分布的效果。导流明渠也属于边界基本固 定的情况。 ( 2 ) 绞滩整治技术的关键是根据航道条件和船舶过滩特点，规划出船舶航线和 航法，重点针对影响船舶上滩的碍航因素，采取以下主要措施：改变两岸边界平 面形态、横断面型式或河床底坡，达到调整滩段比降和流速分布的目的。具体方 法是开辟上行航线的缓流区，改善不利流态，尽量避开( 主) 急流，以利船舶沿缓流 区上驶，搭跳上滩。实际应用中，对不同的滩险应具体分析，以便采取不同的整 治措施和绞滩方案。 本次施工导流明渠通航研究中，根据明渠布置型式和水流特性，采用的综合 治理措施是：降低右岸渠底高程，目的是将主流导向右岸即不是航线的一岸。洪 水期规划航线：明渠下段位于左岸( 纵向围堰) 边的缓流区，上游位于右岸弯曲段。 乌江洪水流量超过3 5 0 0 m 3 s 以后，船舶自航至坝轴线附近后，建议采用绞滩助航方 法帮助船舶通过明渠。 1 4 4 船舶自航上滩的允许最大流速和最大比降 根据乌江重点急流滩险整治经验，即滩段实测资料、水工模型试验理论计算 分析和实船试航成果，初步总结得出，船舶自航上滩允许最大比降为7 o ，允许最 大流速4 5 m s ，而上滩能力取决于两者的组合( 见附表2 6 ) 。一般来看，滩险上段 坡降阻力和中下段水流阻力是影响船舶上滩的主要因素，针对性的调整该段比降 及流速分布是布置的关键。 1 5 本文研究的主要目的及内容 本文结合西部交通建设科技项目“乌江航运建设关键技术研究”，对乌江航运 明渠通航条件和绞滩技术进行综合对比分析分析。分析基于乌江航运的实际情况 展开，详细地探讨适应乌江航运发展特点的明渠通航方案和合理、科学的绞滩方 案，为乌江航运建设发展发展提供技术支撑，具体包括： ( 1 ) 通过分析当前乌江航运实际，提出乌江航运明渠的通航条件及绞滩方案； 第一章绪论 ( 2 ) 依据二维水流数值分析，提出当前明渠通航存在的问题； ( 3 ) 依据数值分析，提出当前乌江明渠通航改进方案； ( 4 ) 根据明渠实际提出绞滩助拖通航方案； ( 5 ) 结合实际，探讨绞滩助拖的经济性。 第二章工程河段通航条件分析 1 2 第二章工程河段通航条件分析 2 1 概述 目前乌江重庆河段航道等级低，港口设施十分落后，码头基本上是根据自然 岸坡简单建成，装卸工艺也处于原始状态，基本上全是采用人工装卸，加之乌江 梯级规划中存在的许多技术参数调整( 如各梯级的坝高、梯级间距离即水位衔接、 坝下通航条件等) 和严重影响过坝通航的因素( 过坝通航建筑物的型式、布置方式、 水力特性、力学特性、上下引航道的布设等) ，梯级开发后蓄水对