双线船闸共用下引航道错峰运行方案优化研究

发布时间：2017-08-01 02:11

  本文关键词：双线船闸共用下引航道错峰运行方案优化研究

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【摘要】：近年随着水运蓬勃发展,原建单线船闸过闸能力已达饱和,多采用扩建的方式兴建共用引航道的多线船闸。双线船闸共用下引航道同时同步泄水时,由于水体波动的叠加,会造成水位变幅是单线船闸泄水时的两倍,产生的动水作用力更不利于引航道内船舶的通行与停靠,问题更为突出。学者们对单线船闸的具体工程进行了一系列研究,基本掌握了船闸泄水时,引航道内水流运动机理及规律,但针对双线船闸共用引航道水流条件的优化措施研究并不多。本文依托白石窑水利枢纽,通过二维数值模拟,研究双线船闸共用下引航道时下引航道内水流条件错峰运行的优化措施。首先对引航道内水流运动原理进行了分析,在充分了解水力特性的影响因素基础上,制定了三个优化措施:(1)、双线船闸错时泄水;(2)、改变阀门开启时间;(3)、双线船闸错距布置。研究并分析三者与下引航道内水位变幅、最大流速之间的关系。研究成果如下:1、利用实测数据与计算结果进行验证比较,证明本文所建立的二维数学模型是可行的,可以准确模拟船闸泄水时下引航道内的水流运动。2、双线船闸错时泄水。利用水流波动原理,双线船闸错时泄水可避免波峰叠加,从而减小瞬时最大流量,对最大水位变幅及最大流速都有优化作用。本文计算分析了相对错时因子T_r为0.1~1.4时,各工况引航道内的水流条件。得出T_r0.6时,水位变幅及最大流速都随着双线船闸错开泄水时间的增大而减小。T_r0.6后,水位变幅及最大流速都随着双线船闸错开泄水时间的增大有变大的趋势。由此可知,最优错开泄水时间为0.6左右。3、改变阀门开启时间。随着阀门开启时间增加,泄水瞬时最大流量减小。本文对比分析了阀门开启时间为2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min的水流条件,得到水位变幅与最大流速与阀门开启时间成线性反向关系。但阀门开启时间过长,会影响船闸通行能力,阀门开启时间不宜超过8min。4、双线船闸错距布置。错距优化与错时运行原理相同,对下闸首错开不同距离的工程措施进行了研究后发现双线船闸下闸首错距对闸首附近区域水流条件影响较大,对距离下闸首较远的区域影响不大。当Dr160m时,下闸首附近区域水位变幅及最大流速都随着双线船闸下闸首错开距离增大而减小,Dr160m后,水位和流速都有随着错距增大而增大的趋势。三种措施对双线船闸共用引航道的水流条件都具有优化作用,可用于白石窑枢纽双线船闸的优化管理,也为其他工程的改造和优化提供了参考依据。
【关键词】：双线船闸 共用引航道 数值模拟 错峰运行 水流条件
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U641.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 前言9-10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 船闸引航道研究现状11-16
• 1.3.1 引航道水流条件研究现状12-14
• 1.3.1.1 国外研究文献论述12-13
• 1.3.1.2 国内研究现状13-14
• 1.3.2 引航道内水流条件改善措施14-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 白石窑枢纽整体布置及数学模型建立18-33
• 2.1 枢纽设计通航标准18-19
• 2.1.1 流域概况18
• 2.1.2 水文特征18
• 2.1.3 航道等级18
• 2.1.4 设计船型吨位及尺寸18
• 2.1.5 建筑物级设计规模18
• 2.1.6 特征水位及水位组合18-19
• 2.2 白石窑一、二线船闸输水系统布置19-22
• 2.3 白石窑枢纽下引航道布置究22-23
• 2.4 引航道水流条件限值23-24
• 2.5 引航道内水流数学模型的建立24-29
• 2.5.1 二维水流数学模型24
• 2.5.2 控制方程24-25
• 2.5.3 控制方程离散25-26
• 2.5.4 时间积分26-27
• 2.5.5 边界条件的确定27
• 2.5.6 干湿边界处理27
• 2.5.7 白石窑枢纽计算几何模型27-29
• 2.6 数模验证29-32
• 2.7 小结32-33
• 第三章 双线船闸共用下引航道运行方式优化分析33-65
• 3.1 引航道内非恒定流波动理论33-35
• 3.2 引航道内影响水流条件的因素分析35
• 3.3 双线船闸错时泄水分析35-58
• 3.3.1 波动的叠加原理35-38
• 3.3.2 一、二线船闸同时泄水计算结果和分析38-44
• 3.3.3 一、二线船闸错开不同时间泄水计算结果和分析44-56
• 3.3.4 综合分析56-58
• 3.4 不同阀门开启时间双线船闸引航道内水流条件对比分析58-63
• 3.4.1 下引航道内水位波动58-61
• 3.4.2 下引航道内流速分析61-63
• 3.4.3 综合分析63
• 3.5 小结63-65
• 第四章 双线船闸错距布置对引航道通航水流条件的影响65-78
• 4.1 双线船闸错距布置水流条件分析65-75
• 4.1.1 水位波动分析66-71
• 4.1.2 流速分析71-74
• 4.1.3 船舶航行阻力分析74-75
• 4.2 小结75-76
• 4.3 初探工程尺寸布置76-78
• 4.3.1 引航道宽度76-77
• 4.3.2 引航道长度77
• 4.3.3 闸室尺度77-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 5.1 结论78
• 5.2 展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85
• 在校期间发表的论文著作及取得的科研成果85

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本文编号：602080