船闸通航安全相关问题研究及对策

船闸通航安全相关问题研究及对策

张智国

黑龙江省松花江航运枢纽建设运行中心 , 黑龙江 哈尔滨 150026

摘要：水利枢纽的建设不仅能为经济发展提供清洁的能源，而且在某些地区还具有防洪、灌溉的作用，但水利枢纽的建设需要拦河而建，特别是在通航水域进 行建设时，其对船舶的通航影响将是巨大的。为保证水利枢纽所在河段的通航 条件，不致因水利枢纽的建设而造成河段的通航条件恶化或断航，水利枢纽建 设时将需要进行通航建筑物的配套建设，一般选择船闸作为其附属通航建筑物。在整个水利枢纽所在的通航水域上，每一个水利枢纽就像一个限制节点，由于船闸本身尺度及相关条件的限制，船舶不可能航行到船闸时即可通航，即船舶航行至船闸处时需要等待过闸，这将必然形成一个交通瓶颈，且当船舶过闸发生通航安全事故时不仅会对水利枢纽的安全造成影响，也会对船员生命、船舶造成严重威胁，因此通过对影响船闸通航安全的相关问题进行研究，并提出一定的改善措施，将具有一定的实际意义。

关键词：船闸；安全；水利枢纽

1水利枢纽选址对通航安全的影响

水利枢纽的选址，是工程设计阶段的重要一环，关系到竣工后的发电量、防洪以及航运效益等。如果将水利枢纽设置在水流少、急，弯道多等通航条件较差的河段，通过连续的多个梯级水利枢可以实现航道的渠化，改善航道的通航条件，如京杭运河苏北段和三峡大坝建成后川江段，航道条件得到了改善。反之不仅起不到改善航道条件的作用，还会限制通航，而这些所需考虑的根本因素就是枢纽的选址。在通航作用方面，对于水利枢纽的选址主要是考虑船闸，一般是根据《内河通航标准》和《船闸总体设计规范》的相关要求进行综合考虑。主要有以下几点：

1、船闸应布置在顺直和稳定的河段；

2、船闸宜临岸布置。船闸不应布置在紧邻的枢纽溢流坝、泄水闸和电站等两个过水建筑物之间；

3 、船闸引航道与其相邻的过水建筑物之间， 必须设置足够长度的隔流堤或隔流墙；

4、船闸引航道、口门区及连接段应布置在泥沙不易淤积的部位，并宜与主航道平顺连接。当下游口门区与主航道为异岸连接时，连接段应在受枢纽泄水影响较小的河段跨河。引航道内及口门区不应布置影响船舶和船队过闸的建筑物；

5、根据航运发展的需要，船闸工程应为增建船闸预留足够的位置。

“船闸布置在顺直和稳定的河段是从船闸本身安全来考虑的，顺直、稳定 的河段有利千船闸结构的稳定，防止因河床演变导致船闸功能的损坏；“船闸宜临岸布置，不应布置在枢纽溢流坝、两个过水建筑物之间”是从水利枢纽的整个建筑布詈来进行考虑的，这样布置船闸可以防止因枢纽发电泄洪时对船闸水流 的影响，从而影响船闸内的通航安全；船闸引航道内布置隔流堤或隔流墙可以 防止因船闸泄水或外部水流对引航道内水流的不利影响；船闸引航道、口门区 及连接段属千船舶过船闸的薄弱航段，此段水流、泥沙条件不好船舶可能进闸 困难，泥沙的淤积会使船闸的口门水深达不到船舶的吃水要求；航运的发展需 要考虑远长期的规划，在建设船闸时要保留足够的位置以利于船闸的拓展，据 调研北江上游孟家坝船闸、蒙里船闸已经进行了二线船闸拓展的初步报告设计。

2水流对船闸通航安全的影响

水流会改变船舶航行的速度和习惯航迹线，从而影响船舶的航行安全。船 舶过闸的流程一般是原有航道、口门区、引航道、船闸闸室、引航道、口门区、原有航道。口门区处千河流动水与引航道静水的交界处，口门区会受到枢纽泄 水建筑物和导流墙等分水建筑物的边界影响，对于上游口门来说是河道断面变 窄，对下游口门来说是河道断面变宽，在这么一个收缩和扩大的通航水流条件 下，使得口门区水流发生弯曲变形，产生流速梯度，形成回流和分离型小璇涡，横流和回流影响船舶的航速和航迹线，使得船舶发生偏转和横移，严重时出现船舶操纵失控，威胁通航安全。

引航道内的水流主要是由千船闸的充泄水引起的，当船闸充泄水时将形成不稳定流，即流晕山零增至最大，然后又逐渐减小至零，使得引航道内水流成波浪式前行，使引航道内水位降低，减少了船底的富裕水深，出现擦底事故， 如葛洲坝工程初期下游引航道就发生过此类事故，且由于对流速的影响使得船舶的操纵性能降低，对船舶的航行和停泊都会造成影响。

闸室内的水流一般较平稳，只是在启闭闸室时会对水流造成一定程度的影响，不会威胁船舶的通航安全。

3泥沙对船闸通航安全的影响

船闸泥沙淤积主要在船闸的引航道和口门区，对千船闸泥沙淤积的研究涉及水工建筑学科了港口海岸工程学科等，考虑的因素较为复杂。船闸引航道及 口门区的泥沙淤积会改变水流流速、形态以及水深等，恶化船闸的通航条件， 有时对千泥沙淤积的处理不当，造成口门淤积，这将直接导致引航道淤塞使得船闸直接报废，我国初期小河上的船闸这种例子发生较多。

船闸引航道泥沙淤积来源一般有以下儿个方面：

1水位涨落引起引航道内的淤积和冲刷 ；2船闸运行过程中，闸室灌水时河道含沙水流补水形成的上引航道的淤积和闸室排水时引起的下引航道的冲刷；3.由千河道水体存在密度差而产生的异重流淤积；4.在引航道口门动静水交界处回淤产生的淤积。

船闸口门区的泥沙淤积中以次淤积为主要方面，为改善引航道内的通航水 流条件，会设置隔流堤或隔流墙，引航道静水和河流动水的交界面处在隔流堤 或隔流墙的末端一般就在口门区，静水与动水存在较大的流速梯度，静水在动水的拖曳作用下产生就地旋转的竖轴环流，即在口门区产生较大的回流，上游水流夹带的泥沙通过水流的紊动扩散作用，由主流进入回流区，在强度不大的回流区不断地沉落淤积而造成次淤积。交通部天津学运工程科学研究所郝品正等通过 数学模型及水工试验等认为导流墩的布置能较好的解决这一问题。

2分汊河段内船闸特殊布置下的通航条件改善措施

改善船闸下游段的通航条件，一般针对不利流态产生的原 因，从降低流速、调整流向、改善流态等方面入手［1］。常采取的措 施有: 1) 增加隔流堤、导流浮堤、顺坝、导流墩、挑流墩等整治建筑物［2］; 在原有导流建筑物基础上进行堤身外形优化，确定合理堤长、堤身偏转角度，对堤身适当开孔［3］。2 ) 针对具体的地形条件，优化枢纽布置形式，确定船闸轴线的合理角度，在 原有基础上进行一定角度偏转。3) 切滩拓宽河道，合理优化设计航线。4) 优化枢纽中船闸和电站机组的运行调度方式。在实际运用中，为改善引航道口门区及连接 段的水流条件，常综合采用上述两种或多种措施。

3结 论

针对江心洲型船闸的通航问题，采用正态河工模型和船舶模型试验方法，分别对比了不同措施时船模的航行状况，结论如下。1) 江心洲型船闸下游通航的主要问题为: 船闸下游受两股水流在洲尾的交汇作用，流态复杂、横流大，行船不利; 船闸位于泄水建筑物之间，船舶出闸后受两侧建筑物的动水扰动作用明显，流速较大，船舶操纵困难。2) 设置隔流堤、导流墩等辅助建筑物的局限性较大，仅对引航道出口附近航段的通航条件有所改善，下游衔接段的通航问题仍较明显; 不同工况效果也不相同。3) 在调整边界条件的基础上综合采用优化航线、拓宽调顺航槽等措施，可有效降低流速，改善流态，使船舶航行操纵难度降低。4 ) 对于不同工况可选择不同航线，远离不利水流条件的航线，可保证安全通过。5 ) 合理进行枢纽调度、优化船闸布置对改善此类船闸通航条件也有一 定效果。

参考文献：

[1]刘明俊，航道 与引航[M]北 京： 人民交通 出版社 1999 年 1 0 月

[2]郭国平，《 船舶操纵》[M]北 京：人 民 交通出版社， 1999 年 9 月

[3]黄立文，张 蔚等．船舶操纵模拟器在桥梁／船闸通航方案论证中的应用．船海工程， 2007年 8 月