西津二線(xiàn)船閘實(shí)船試驗(yàn)分析

西津二線(xiàn)船閘的順利通航，能有效解決西津一線(xiàn)船閘通過(guò)能力不足的問(wèn)題，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)西江航運(yùn)的需求。為驗(yàn)證船舶通航的安全性和閥門(mén)運(yùn)行方式的合理性，并為過(guò)閘船舶（船隊(duì)）的駕駛操縱提供科學(xué)依據(jù)，文章通過(guò)實(shí)船試驗(yàn)分析船舶在上下游引航道及閘室的航行、停泊條件。結(jié)果表明：在推薦運(yùn)行方式下，船舶駕引操縱容易，通航水流條件良好。

西津二線(xiàn)船閘；停泊條件；實(shí)船試驗(yàn)；航行特性

U641.9A662163

作者簡(jiǎn)介：

葉" 青（1967—），高級(jí)工程師，主要從事水運(yùn)工程船閘和樞紐電站技術(shù)管理、工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理工作。

0" 引言

實(shí)船試驗(yàn)是船閘試通航前的過(guò)閘演練，既能檢驗(yàn)船舶在上下游引航道及閘室的航行和停泊條件，還能檢驗(yàn)船閘集中控制系統(tǒng)的正確性，是一種對(duì)船閘工程的設(shè)計(jì)布置方案和實(shí)際運(yùn)行流程進(jìn)行檢驗(yàn)的常用有效方式，也能為后續(xù)正式通航過(guò)閘船舶（船隊(duì)）的駕駛操縱提供科學(xué)依據(jù)。本文主要闡述西津水利樞紐二線(xiàn)船閘工程實(shí)船試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)結(jié)論，提供一種有效合理的船閘工程試航方式，可為其他同類(lèi)船閘用作理論參考。

1" 概況

西津水利樞紐工程位于西江航運(yùn)干線(xiàn)廣西段起點(diǎn)南寧市，是西江航運(yùn)干線(xiàn)南寧至梧州段四個(gè)渠化梯級(jí)的第一個(gè)梯級(jí)，其通航能力直接影響西江黃金水道的航運(yùn)暢通，具有十分重要的航運(yùn)地位。1966年通航的一線(xiàn)船閘等級(jí)低、尺度小、設(shè)施簡(jiǎn)陋，不能滿(mǎn)足現(xiàn)有過(guò)閘需求。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)西江航運(yùn)的需求，有效解決西津一線(xiàn)船閘通過(guò)能力不足的問(wèn)題，新建西津二線(xiàn)船閘工程。二線(xiàn)船閘位于西津水利樞紐工程范圍內(nèi)，布置在已建一線(xiàn)船閘的右側(cè)，兩線(xiàn)船閘中心距為120 m，一線(xiàn)二線(xiàn)船閘平面位置見(jiàn)圖1。西津二線(xiàn)船閘建設(shè)規(guī)模為3 000噸級(jí)（Ⅰ級(jí)船閘），設(shè)計(jì)代表船型為3 000噸級(jí)貨船、2×2 000噸級(jí)頂推船隊(duì)、2 000噸級(jí)貨船、2 000噸級(jí)港澳航線(xiàn)多用途集裝箱船、1 000噸級(jí)貨船、1 000噸級(jí)集裝箱船和2×1 000噸級(jí)頂推船隊(duì)。船閘有效尺度為280 m×34 m×5.8 m（有效長(zhǎng)度×有效寬度×檻上水深），通航凈空為18 m［1］。船閘上游設(shè)計(jì)最高通航水位為樞紐正常擋水位62.12 m，上游最低通航水位為57.62 m；下游最高通航水位為57.44 m，下游最低通航水位為41.82 m。

船閘的總體布置應(yīng)保證通航期內(nèi)過(guò)閘船舶的暢通和安全，應(yīng)滿(mǎn)足船舶安全操作所需的條件，船舶過(guò)閘時(shí)應(yīng)具有良好的航行姿態(tài)和合理高效的過(guò)閘速度［2］。西津二線(xiàn)船閘為采用閘底雙長(zhǎng)廊道側(cè)支孔輸水系統(tǒng)布置規(guī)模較大的船閘，相關(guān)水力指標(biāo)較高。同時(shí)，上下游不同的通航水位使得其水力條件變化大，較大的船閘規(guī)模及較大的慣性長(zhǎng)度導(dǎo)致輸水末期慣性超高（降）也較大，可能危及停泊于閘室內(nèi)的船舶安全［3］。船閘充泄水時(shí)，從上下游引航道直接取、泄大量水體，在上下游引航道寬度和水深不變的情況下，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出引航道的能量和水體對(duì)上下游引航道停泊條件的影響較大［4］?；谝陨锨闆r，通過(guò)實(shí)船試航試驗(yàn)來(lái)獲取、驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際各項(xiàng)通航條件十分必要。2023年03月，在已完成西津二線(xiàn)船閘無(wú)水、有水觀測(cè)與調(diào)試的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了相應(yīng)的實(shí)船試航試驗(yàn)。

2" 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

2.1" 試驗(yàn)內(nèi)容

先后開(kāi)展船舶上行、下行過(guò)閘全過(guò)程試驗(yàn)，主要測(cè)試內(nèi)容為：（1）船舶上、下游進(jìn)出閘室的航行特性，包括船舶的航速、航跡線(xiàn)以及漂角，傾角等航行姿態(tài)；（2）船舶在上、下游靠船墩及閘室的停泊條件，包括上、下游靠船墩位置的水位波動(dòng)、水流流速以及船舶?？靠看铡㈤l室內(nèi)時(shí)所受的系纜力。實(shí)船試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

2.2" 設(shè)備及測(cè)點(diǎn)安排

西津二線(xiàn)船閘試通航初期，航段內(nèi)過(guò)閘實(shí)載均≤2 000 t，經(jīng)過(guò)多方溝通，從貴港航段內(nèi)協(xié)調(diào)選擇3 000噸級(jí)設(shè)計(jì)代表性船舶“貴港興泰6358”開(kāi)展實(shí)船試驗(yàn)，船舶主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。船舶重載試驗(yàn)時(shí)，實(shí)載為2 800 t，吃水為3.95 m。

各位置停泊條件的測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。試驗(yàn)時(shí)在船首和船尾纜繩上各布置一個(gè)拉力測(cè)試儀，并將船舶首尾呈“八”字系纜以獲得可靠的系纜力，采用ADV流速儀測(cè)量靠船墩處的流速，采用水位計(jì)觀測(cè)靠船墩處的波動(dòng)。在船舶上、下行過(guò)程中，通過(guò)在船舶中軸線(xiàn)上布置慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，直接測(cè)量獲得船舶航速、橫傾、縱傾、方位角及位置經(jīng)緯度，并通過(guò)后處理獲得船舶航跡線(xiàn)及漂角。

3" 航行特性

西津二線(xiàn)船閘上下游引航道均采用“曲進(jìn)直出”的方式［5］。曲線(xiàn)進(jìn)閘-直線(xiàn)出閘的布置方式，船舶待閘時(shí)可更靠近閘首，出閘時(shí)航路通暢，出閘航速相對(duì)較快，因而船舶的過(guò)閘時(shí)間相對(duì)更短，過(guò)閘效率更高［2］。實(shí)載2 800 t船舶下行、上行全過(guò)程航跡線(xiàn)見(jiàn)圖3和圖4。由圖3～4可知，船舶在進(jìn)出閘時(shí)航跡線(xiàn)平滑，航行過(guò)程中姿態(tài)參數(shù)變化平穩(wěn)，相應(yīng)的特征值見(jiàn)表3。由表3可知，各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值較小，表明船閘在當(dāng)前的布置、運(yùn)行方式下，能夠滿(mǎn)足船舶正常航行的需求，且船舶駕引操作較容易。

4" 停泊條件

4.1" 靠船墩水面波動(dòng)

閘室充水時(shí)上游引航道靠船墩附近水面波動(dòng)過(guò)程線(xiàn)、閘室泄水時(shí)下游引航道靠船墩附近水面波動(dòng)過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)下頁(yè)圖5。由圖5可知，靠船墩處水面存在明顯的周期性波動(dòng)，船閘充水時(shí)，上游靠船墩處初始水位為61.30 m，船艏船艉水面最大降低為0.38 m、壅高為0.30 m，波動(dòng)周期約為8.30 min；船閘泄水時(shí)，下游靠船墩處初始水位為43.10 m，船艏水面壅高為0.40 m、最大降低為0.71 m，波動(dòng)周期約為10.42 min，船艉水面壅高為0.50 m、最大降低為0.73 m，波動(dòng)周期約為10.42 min。船閘充泄水時(shí)，靠船墩處水面波動(dòng)周期較長(zhǎng)，衰減較慢，不影響船舶停泊安全。

4.2" 靠船墩水流流速

本次試驗(yàn)以平行引航道中心線(xiàn)指向下游為縱向流速X正方向、以垂直引航道中心線(xiàn)指向左岸為橫向流速Y正方向。閘室充水過(guò)程，上游靠船墩附近流速見(jiàn)下頁(yè)圖6。由圖6可知，閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程中水流向閘室內(nèi)流動(dòng)，水流較平緩，流速逐漸增大，在閥門(mén)全開(kāi)附近縱向平均水流為0.35 m/s，橫向平均流速≤0.25 m/s。閘室泄水過(guò)程，下游靠船墩附近流速見(jiàn)下頁(yè)圖7。由圖7可知，水流由閘室向下游流動(dòng)，流速逐漸增大，縱向水流正向流速最大值＜0.8 m/s，反向流速最大值＜-0.2 m/s；橫向水流流速最大值＜0.5 m/s，反向流速最大值＜-0.2 m/s；泄水時(shí)流速換向?yàn)橄掠我降勒袷庨L(zhǎng)波引起，與船頭船尾出現(xiàn)水頭差段重合，不影響船舶停泊安全。

4.3" 系纜力

船舶所受的外部荷載均通過(guò)系船纜繩傳遞到系船設(shè)施上，系纜力超過(guò)規(guī)范允許值可能會(huì)引發(fā)斷纜、傾覆等安全事故，因此船舶系纜力是影響船舶停泊安全的重要指標(biāo)［6］。一般將閘室內(nèi)船舶系纜力變化過(guò)程分為三個(gè)階段：（1）船舶進(jìn)閘停泊過(guò)程；（2）船閘充水/泄水過(guò)程；（3）上/下閘首人字門(mén)開(kāi)啟過(guò)程。實(shí)載2 800噸級(jí)船舶在上下游靠船墩、閘室內(nèi)停泊共6個(gè)工況的系纜力均小于《船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［7］限值，并有較大的富余，現(xiàn)階段運(yùn)行條件下，通航船舶滿(mǎn)足停泊安全要求。2 800噸級(jí)船舶系纜力統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4，系纜力變化過(guò)程見(jiàn)圖8、圖9。由表4和圖8～9可知，船舶在上游靠船墩處系纜力最大，最大值為26.94 kN；重載船舶在閘室內(nèi)系纜力約為6～17 kN，最大值為16.74 kN；充水大于泄水，符合規(guī)律；在閘室閘室5#和8#系船柱停靠，充水時(shí)閘室水流稍有向上游流動(dòng)的趨勢(shì)，在閘室閘室5#和8#系船柱?？?，泄水時(shí)閘室水流稍有向下游流動(dòng)的趨勢(shì)?？傮w而言，閘室消能充分，出流均勻。

5" 結(jié)語(yǔ)

西津二線(xiàn)船閘實(shí)載2 800噸級(jí)設(shè)計(jì)船舶實(shí)船試驗(yàn)，全面觀測(cè)了船舶進(jìn)出閘室的航行特性、上下游引航道及閘室內(nèi)的停泊條件，驗(yàn)證了船舶通航的安全性和閥門(mén)運(yùn)行方式的合理性。

試驗(yàn)結(jié)果表明，船舶上下游進(jìn)出閘室過(guò)程中航行參數(shù)變化平穩(wěn)，閘室內(nèi)最大航速基本在1.5 m/s左右，閘室外航速可達(dá)3.12 m/s，正常航行過(guò)程中漂角在0°～15°，船舶駕引操縱容易，通航水流條件良好。

實(shí)載2 800噸級(jí)船舶在上下游靠船墩、閘室內(nèi)停泊共6個(gè)工況的系纜力均小于規(guī)范限值，并有較大的富余，現(xiàn)階段運(yùn)行條件下，通航船舶滿(mǎn)足停泊安全要求。船舶在下行充水上游靠船墩處系纜力最大，最大值為26.94 kN；受充水非恒定流影響，上游引航道內(nèi)形成長(zhǎng)周期波動(dòng)，周期約為8.30 min，靠船墩處水面波動(dòng)約為±0.38 m，應(yīng)關(guān)注波動(dòng)對(duì)人字門(mén)運(yùn)行的影響；充泄水階段最大系纜力充水大于泄水，重載船舶最大系纜力約為8～27 kN，閘室出流較為均勻；水位齊平時(shí)人字門(mén)及時(shí)開(kāi)啟，閘室輸水慣性超高降控制較好，人字門(mén)開(kāi)啟后并未出現(xiàn)系纜力顯著增大的情況。

［1］蔣" 峰，麥建清，陸宏健.西津水利樞紐二線(xiàn)船閘工程總平面布置方案研究［J］.西部交通科技，2014（4）：75-79.

［2］JTS-2021，船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］鄧倩玉，嚴(yán)秀俊.西津二線(xiàn)船閘閥門(mén)段空化特性及抑制效果［J］.水運(yùn)工程，2024（2）：86-93.

［4］于寶海，曹玉芬.船閘引航道水力與停泊條件的分析［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2007（4）：5-7，54.

［5］周家俞，徐" 奎，黃成林，等.西津水利樞紐二線(xiàn)船閘下引航道布置方案對(duì)比［J］.水運(yùn)工程，2018（11）：108-113.

［6］王" 蛟，楊" 斌.閘室船舶系纜力研究綜述［J］.水道港口，2014，35（5）：527-531.

［7］JTJ306-2001，船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

20240408