一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法技术

本发明专利技术一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，属于船闸设计领域，具体而言包括以下步骤：布置一定数量的开敞式省水池；确定省水池的级数；省水池断面型式设计为梯形，其中梯形靠岸侧的斜边斜率与岸侧山体边坡一致；确定省水池高程时，确定梯形断面省水池边墙高程高于池内最高水位；在各级省水池底部设置廊道与闸室相连接，本发明专利技术的有益效果在于：“双侧省水池交替布置+梯形断面省水池”是一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，解决了山区河流高水头省水船闸设计布置关键技术难题。布置关键技术难题。布置关键技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法


[0001]本专利技术涉及省水船闸工程
，具体涉及到一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法。

技术介绍

[0002]内河水运是国家综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，船闸作为一种重要的通航建筑物型式，起到实现河流渠化、沟通不同水系的作用，具有运量大、运行可靠、维护方便等优点，在水运交通中占有十分重要的地位，在世界各国得到普遍使用。在全球水资源短缺的大背景下，水资源严重不足已经开始影响我国的水运发展，曾有船闸因不能保证足够的开闸次数，导致船舶待闸时间过长，航运公司和船主反映十分强烈。与此同时，运河水资源紧张，航运用水收费问题也争论了十多年。在天然流量不足、需要节约航运用水的河段，建造省水船闸、发展绿色航运是今后的发展趋势。
[0003]省水船闸除了可以节省船闸运行耗水量这一明显优势之外，还因把船闸工作水头分为几级，从而降低了每级的水位差，可方便输水系统设计，使高水头船闸阀门水力学问题更容易解决，并有利于解决上下游引航道水流条件问题。缺点是运行方式复杂，船闸充、泄水时间较长；此外，对于上下游水位落差大、水位随季节变化也较大的山区河流通航枢纽，由于水位分级受控因素多，省水池布置条件复杂，省水船闸设计难度相对较大。
[0004]国内外专家学者对省水船闸布置及相关的水力学问题进行了长期研究，提出了一些省水船闸的设计方法，如整体式省水船闸、分散式省水船闸、连续多级船闸省水方案以及并列双线船闸相互输水方案等。上述省水船闸设计方法中，涉及多级省水池的整体式或分散式省水船闸，大多仅适用于水位变化不大的河流或运河上的船闸，存在一定的局限性；连续多级船闸或并列双线船闸相互输水省水方案仅适用于特殊的工程布置条件，不具备代表性。
[0005]我国西部山区河流的普遍特点为河势狭窄、水位落差大、水位随季节变化大，相应的水利枢纽工程布置条件复杂，水库水位变幅较大，船闸设计水头高。为了在保障水资源综合利用的同时，能够在一定程度上降低解决高水头船闸水力学问题的难度，建设省水船闸是一种较好的选择。但目前的整体式省水池布置方法会导致各级省水池之间产生水位重叠，无法在不同水位组合下保证省水池与闸室之间正常输水运行，对水位变幅大的船闸不具备可行性；分散式省水池布置方法因需要并列布置多级省水池，平面上占地面积大，山区河流的两岸地形地势条件难以满足布置要求。
[0006]省水船闸可提高水资源利用效率，减少船闸运行用水量。对于高水头船闸，还可降低船闸工作水头，减少解决阀门工作条件技术难度以及简化船闸输水系统布置等优势，在人工运河及高坝通航领域有较好的应用前景。
[0007]省水船闸在国外已有百年历史，法国人卡莱利19世纪在罗亚尔河上的乌博埃船闸首先开展了省水船闸研究。德国是世界上建设省水船闸数量最多的国家，在莱茵河—多瑙河运河上，从莱茵河的班贝格到多瑙河的凯尔海姆全长171km，水位差高达243m，共建造了
16座船闸，其中14座为省水船闸。
[0008]我国省水船闸工程实例较少，国内等级航道上目前几乎没有建成投运的省水船闸。近年来水资源日益紧缺，我国船闸省水需求十分迫切，山东小清河金家堰、广西桂江巴江口二线船闸、贵州清水江白市等一大批省水船闸建设先后进入设计阶段。
[0009]为了适应山区河流地形地势条件，一些水利枢纽规划设计时往往采用船闸与枢纽分散式布置方案，将船闸布置在单独的通道上，通过上下游引航道口门区与主航道连接。基于此，有必要研究提出一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，满足我国山区通航河流省水船闸建设需求。
[0010]我国西部山区河流的普遍特点为河势狭窄、水位落差大、水位随季节变化大，相应的水利枢纽工程布置条件复杂，通航船闸运行水头高，上、下游水位变幅较大，这给省水船闸的设计布置带来了极大困难。如采用整体式省水池方案，将各级省水池分层叠加在一起，则对于大水位变幅的船闸而言，为使上层省水池的低水位与下层省水池的高水位不发生交叉重叠，避免船闸在不同水位组合条件下运行时出现省水池水体冲顶或脱空现象，需要将省水池的平面宽度增大为船闸闸室宽度的6倍以上，显然不切实际。如采用传统分散式省水池方案，在闸室的某一侧平行布置多个矩形断面形状的省水池，则平面占地面积较大，存在大量开挖和回填，大大增加工程费用，且工程施工难度大，山区地形地势条件难以实现该布置方案。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法。解决山区河流通航船闸面临的运行水头高、上下游水位变幅大以及输水水力学问题。在尽可能节省工程投资、降低施工难度的前提下，节省船闸用水量，提高水资源综合利用率。
[0012]本专利技术一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，包括以下步骤：
[0013](1)在船闸闸室两侧均布置一定数量的开敞式省水池，各级省水池交替设置于闸室两侧；
[0014](2)根据船闸设计最大水头、闸室尺度、设计输水时间等指标要求，结合工程布置条件，通过理论计算和综合分析，确定省水池的级数；
[0015](3)在闸室两侧由低到高依次交替布置各级省水池，省水池断面型式设计为梯形，其中梯形靠岸侧的斜边斜率与岸侧山体边坡一致，结合两岸边坡及空间布置条件，计算确定船闸水位分级、各级省水池的高程及断面尺寸；
[0016](4)确定省水池高程时，兼顾船闸上、下游水位变幅及各种运行水位组合，并保证梯形断面省水池内具有一定的最小水深，且梯形断面省水池边墙高程高于池内最高水位；
[0017](5)在各级省水池底部设置廊道与闸室相连接，廊道上布设闸门，用于控制闸室与省水池之间水体的相互输送。
[0018]本专利技术所提出技术方案的具体控制参数和条件为：
[0019](1)在闸室两侧自下而上、由近及远依次交替设置多个省水池，省水池采用梯形断面型式，梯形近岸侧的斜边斜率k
梯池
与岸侧山体边坡i
山
基本一致，池顶宽度B
池顶
大于闸室宽度B
闸室
，即：k
梯池
≈i
山
，B
池顶
>B
闸室
；
[0020](2)省水池边墙顶高程Z
imax
高于船闸闸室向该省水池输水完毕后的最高水位H
imax
；
省水池底高程Z
imin
比该省水池向闸室输水完毕后的最低水位H
imax
低0.5～1.5m；即：Z
imax
>H
imax
；H
imax
‑
Z
imin
＝0.5～1.5m。
[0021](3)各级省水池的底部沿长度方向1/2处设置一根与闸室连接的输水廊道，或者省水池底部沿长度方向1/4和3/4处均设置一根与闸室连接的输水廊道(具体结合船闸最大水头、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在船闸闸室两侧均布置一定数量的开敞式省水池，各级省水池交替设置于闸室两侧；(2)根据船闸设计最大水头、闸室尺度、设计输水时间等指标要求，结合工程布置条件，通过理论计算和综合分析，确定省水池的级数；(3)在闸室两侧由低到高依次交替布置各级省水池，省水池断面型式设计为梯形，其中梯形靠岸侧的斜边斜率与岸侧山体边坡一致，结合两岸边坡及空间布置条件，计算确定船闸水位分级、各级省水池的高程及断面尺寸；(4)确定省水池高程时，兼顾船闸上、下游水位变幅及各种运行水位组合，并保证梯形断面省水池内具有一定的最小水深，且梯形断面省水池边墙高程高于池内最高水位；(5)在各级省水池底部设置廊道与闸室相连接，廊道上布设闸门，用于控制闸室与省水池之间水体的相互输送。2.根据权利要求1所述的一种适应山区河流枢纽分散式布置的省水船闸设计方法，其特征在于：所述的方法具体控制参数和条件为：(1)在闸室两侧自下而上、由近及远依次交替设置多个省水池，省水池采用梯形断面型式，梯形近岸侧的斜边斜率k
梯池
与岸侧山体边坡i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘本芹，杨锦，胡亚安，汪磊，阚栋栋，祝龙，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：