摘要：简要介绍潼南航电枢纽船闸输水系统的选型、水力计算、对结构的影响，分别对集中式输水系统和分散式输水系统在该工程应用中的适应性进行了研究。
关键词：船闸；输水系统；分析；潼南航电枢纽；应用
1潼南航电枢纽船闸工程概述
潼南航电枢纽工程位于潼南区涪江大桥下游约3km处，开发任务是以航运为主兼顾发电，修复涪江干流潼南城区段水生态系统。
工程船闸和航道等级为Ⅴ级，船闸上游最高通航水位（也是正常蓄水位）236.5m，下游设计最低通航水位227.5m，船闸设计最大水头9.0m，设计船型尺度为：55.0m×8.6m×1.3m（长×宽×吃水），单向年过闸货运量为208万t。闸室有效尺度为120 m×12 m×3.0m（长×宽×门槛最小水深）；船闸上、下游引航道采用不对称型布置，均向右侧拓宽，引航道宽31.0m。
2船闸输水系统的型式
船闸的输水型式有集中输水系统和分散输水系统两大类，可通过判别系数来初步选定。
式中： m—判别系数；T—输水时间；H—为最大水头。
根据潼南船闸的等级及单向年过闸货运量可推出T为8~10min，H为9m,计算出m=2.67~3.33。当m>3.5时，采用集中输水系统；m<2.5时，采用分散输水系统；当2.5≤m≤3.5时，应进行技术经济论证或参照类似工程选定。
3船闸输水系统的布置
3.1集中输水系统布置
集中输水系统按消能措施可分为三类，分别为无消能工、简单消能工、复制消能工，可根据船闸断面的最大流速和水头情况来选取，潼南船闸最大水头为9m，应选用复杂消能工集中输水系统，本工程根据实际情况可利用帷墙构成消力池，采用格栅消力。
3.1.1充水系统
1）输水阀门处廊道断面面积
输水阀门处廊道断面面积可根据输水时间和阀门全开时输水系统流量系数计算：
各参数根据潼南船闸实际情况查表，计算得出ω=7.83 m2～9.79 m2。可暂取单输水阀门尺寸为2.2×2.3（宽×高），则ω=2×2.2×2.3=10.12m2。
2）廊道进水口布置
根据船闸廊道进水口流速要求，不大于4.0m/s，船闸充水最大流量： 
取阀门开启时间tv＝5min，kv=0.68，最大流量为56.0m3/s左右，这样廊道进水口面积应大于14m2（S=56.0/4.0=14.0m2），则取廊道进水口面积为2×3.5×2.3m2（宽×高）＝16.1m2，满足≤4.0m/s要求。
廊道进水口的最小淹没水深h按下式计算：
经计算，廊道进水口的最小淹没水深为0.63m。在上游最低通航水235.5 m时，其淹没水深4.5m，能满足要求。
3）消能室体积
消能室体积按下式计算：
经计算，V=275m3。这样要求消能室的最小高度为3.48m。实际消能室高度取4.5m。格栅消能室的充水总面积与廊道出水口总面积之比应不小于2,。
4）廊道出水口布置
廊道出口断面与阀门控制断面面积比要大于1.2，根据前述消能室的布置，廊道每边出水口13.8m2（中间加设隔墩0.6m），廊道出口面积为27.6m2。
3.1.2镇静系统
在紧接消能室的下游设置镇静段，使闸室水流平稳，满足船舶在闸室里安全停泊条件。镇静段的长度由下式确定：
经计算，镇静段长度L=7.7m。潼南船闸实际取值L=10m。
3.1.3泄水系统
1）廊道进水口布置
泄水系统廊道进水口淹没水深应不小于0.7m，廊道进水口面积与阀门控制断面面积比要大于1.48。下闸首泄水系统廊道进水口与上闸首充水廊道的一致。
2）廊道出水口布置
为使下闸首出口水流能迅速扩散均匀，并更好适应非对称引航道水流扩散，在闸后设置一长度为30m，深为3.0m的消力池，池内布置两道非对称消能槛。
3.2分散输水系统布置
分散输水系统按布置复杂程度和水力性能可分为三类，分别为简单式、较复杂式、全动力平衡式，可根据船闸断面形式、结构尺寸及水流分布状态来选取，潼南航电枢纽船闸结构较小，过闸船舶尺寸不大，货运量不多，对船闸输水性能要求不高，因此建议采用简单式的分散输水系统，即闸墙长廊道侧支孔输水系统。
1）输水阀门处廊道断面尺寸
输水阀门处廊道断面面积ω可按公式进行计算：
经计算，ω=6.5 m2～8.1 m2。可暂取单输水阀门尺寸为2.2×2（宽×高），则
ω=2×2.2×2.0=8.8m2（宽×高）。
2）闸墙输水系统主廊道和闸室出水孔布置
输水阀门廊道断面面积确定后，根据以下三个比值要求选择主廊道断面面积：
原则上，α值越大，输水系统出水孔段的损失越小；β值越小，越有利于前后支孔出水均匀，但将增加出水孔段水头损失，我国工程经验统计结论认为，一般β宜取0.9~1.2。根据部分船闸α、β的统计值，船闸出水段长度为闸室有效长度的0.67～0.78左右，α值大于1.0；β值为0.9~1.2左右。
本计算取α值为1.2，取闸墙主廊道断面（宽×高）11.0m2，闸墙每侧设24个侧支孔，分为3组，上游至下游孔口尺寸（宽×高）分别为0.45m×0.6m（8孔）=4.32m2、0.40m×0.6m（8孔）=3.84m2、0.35m×0.6m（8孔）=3.36m2，总面积为11.520m2，α、β值分别为1.25和1.05，出水段顺水流方向首末出水孔分段面积比为1.29。
闸墙长廊道侧支孔出水孔间距宜为闸室宽度的1/4，因此确定出水支孔间距为12/4=3m。每侧布置24个出水孔，这样出水孔段长为23×3=69m，约占闸室有效长度的57.5%。侧支孔长度L≥2～4D，D为出水支孔直径或断面宽度，取支孔断面最大宽度D=0.55m，则L≥1.1～2.2m，实取L=2.0m，为减少水力损失，支孔进、出口断面采用三面修圆，圆弧半径采用0.30m，水平方向按不大于2.0º角扩散。
3）进、出水口布置
进水口面积根据分散输水系统进口流速≤2.5m/s的要求设计，最大流量按下式估计：
若取阀门开启时间tv＝5min，kv=0.5，则初步估计最大流量为53.4m3/s左右，这样进水口面积应大于21.36m2（S=53.4/2.5=21.36m2），取进水口面积为32.5m2，这时进水口断面平均最大流速V=Q/S=53.4/35.0=1.64m/s，满足≤2.5m/s要求。
4结语
上述可见，潼南船闸采用以上2个方案都可以满足充泄水要求。
参考国内外多座船闸，9.0m水头对集中输水系统属于高水头，对于分散输水系统属于中低水头，并且闸墙长廊道侧支孔输水系统为发展比较早和应用成熟的一种输水系统。实际应用反映，集中输水系统灌泄水时闸室及引航道的水流条件比分散输水系统也稍差。
从结构尺寸布置来看，分散输水系统结构更简单，无需布置镇静段，相对于闸室长度较短，下闸首也无需布置廊道进水口，长度也较短，施工较集中输水系统更加简单，投资更加节约。
船闸输水系统对船闸的结构尺寸、水流状态、过闸时间等都有一定的影响，最终潼南航电枢纽船闸输水系统选择了闸墙长廊道侧支孔输水系统，吸取了国内外船闸的相关经验，综合考虑不同输水系统的影响，较好地应用于工程的实际，对类似工程有一定参考价值。
论文作者:吴宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
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