２０１１年２月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂ．２０１１ Ｎｏ．２ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４５０ 第２期总第４５０期 长江三峡两坝间泄洪期船舶上水过滩能力研究 林李庆宁 ， 彬 （１．武汉船舶职业技术学院，湖北武汉４３００５０； ２．武汉长江船舶设备公司，湖北武汉４３００１４） 摘要：三峡一葛洲坝两坝间河段是川江船舶航行最困难的航段之一。研究在该航段航行的３种船型在泄洪期安全上水过 滩的通航能力，分析计算相关船型在各种流量流速条件下安全上水过滩应具备的对水航速和对岸航速，总结出两坝间河段最 危险的航段，为船舶安全上水过滩和有关部门制定船舶安全通行的和提供依据。 关键词：两坝间泄洪期；３种船型；安全上水过滩；研究计算 中图分类号：Ｕ ６７４．７＋０２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９７２（２０１ １）０２—００９７—０５ Ｏｎ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｇｅｏｒｇｅｓ ａｎｄ Ｇｅｚｈｏｕｂａ ｄａｍ ＬＩ Ｑｉｎｇ－ｎｉｎｇ ，ＬＩＮ Ｂｉｎ （１．Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｗｕｈａｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｃｈ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｄａｍ ａｎｄ Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｄａｍ ｉｓ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｍｏｓｔ ｄｉｉｃｕｌｆｔ ｆｏｒ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｕａｎｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒ ｓｈｉｐｓ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｋ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ ａｎｄ ｌｆｏｗ ｓｐｅｅｄｓ，ｗｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｉｃｕｌｆｔ ｌｅｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ ａｎｄ Ｇｅｚｈｏｕｂａ， ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓａｆｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｇｅｏｒｇｅｓ ａｎｄ Ｇｅｚｈｏｕｂａ ｄａｍ；ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐｓ；ｓａｆｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｓｓｉｎｇ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 三峡大坝建成后，库区的通航条件得到了明 显改善。但在三峡的两坝间，河段上起三斗坪下 至葛洲坝水利枢纽全长３８ ｋｍ的河段，仍为长江航 运的咽喉地段（图１）Ｉ１１。除三斗坪至乐天溪的９．５ ｋｍ 峡谷区，断面呈“Ｖ”或“Ｕ”型。当汛期大坝泄 洪时，由于河道狭窄、坡陡流急、流态紊乱，航 行条件恶化。尤其是水田角、喜滩、狮子脑等峡 谷型急险滩和石牌急弯河段航行条件最为困难Ⅲ， 也是约束川江航运事业发展的瓶颈。 河段较宽阔外，乐天溪以下的２５．８５ ｋｍ河段均为 图１两坝间河段模型平面布置 收稿日期：２０１０—０９—２８ 作者简介：李庆宁（１９６１－），女，壮族，高级工程师，主要从事船舶工程技术的科研、生产设计及教学工作。 ・９８・ 水运工程 为追求经济效益，川江船舶的发展呈现出重 载化、低速化和肥大化。某些船舶的总长已超过 ｌｌ０ ＩＴＩ，最大载货量达８ ０００ ｔ，方型系数甚至超过 ０．９。配备的主机功率较小，船舶的设计航速只有 ３．５万，４．０万，４．５万，５．６７万ｍ３／ｓ共５级流量，葛洲 坝坝前水位为６３ ｍ，６６ ｍ，观测汛期两坝间水＿田 角、喜滩、狮子脑、石牌弯道和偏脑５个急险滩的 水流流量、流速、比降等水力要素，如表ｌ【 所示。 １６～１７ ｋｒｒｄｈ。这些船舶的航速能否达到泄洪期自 行上滩的通航要求尚存疑问，成为两坝问安全通 行的隐患。 ２船舶上水过滩能力的研究 ２．１研究对象 确定船舶安全通航比较可靠又可行的方法是 １长江三峡两坝间泄洪期的通航条件 将各种水位条件下的理论模拟计算和实船试验相 结合，以航段中航行较多的３种代表船型进行研究 研究船舶泄洪期自行上滩、安全通行两坝间的 可能性，本研究项目参考西南水运工程科学研究所 ２００２年进行模型试验的结果：根据汛期通航流量和 通航条件的要求，研究三峡大坝汛期下泄２．５万， 计算：某集装箱船、某滚装船和３００２型散货船。３ 种船型的主要尺度系数及主机、螺旋桨和舵设备 的要素见表２。 表１两坝间各急流险滩各级流量、流速、比降特征 ２．２船舶上水过滩能力的计算 观测泄洪期两坝问５个急险滩的水流流量、流 推力计算［２１，计算预报出试验船舶相应的对水航速 和对岸航速，判断船舶能否在泄洪期安全上水过 滩。 速、比降等水力要素，结合阻力计算和螺旋桨 总 第２期 李庆宁，等：长江三峡两坝间泄洪期船舶上水过滩能力研究 ．９９． 表２研究船型的船体、主机及桨、舵的要素 ２．２．１ ３种船型在５种流量条件下通行５处险滩的总 阻力计算 船舶在有比降条件下的总阻力由船舶的静水 总阻力和比降阻力组成。根据表ｌ，在５种流量条 件下相应的５个险滩的流速和比降数据，按下式计 算： Ｒ＝ＲＩ－＋Ｒ］ （Ｊ） Ｒｉ＝ＡｄＪ （２） 式中： 为有比降条件下的总阻力（ｋＮ）；Ｒ。为静水 总阻力（１（Ｎ）； 为比降阻力（ｋＮ）；ａ为排水量（ｔ）； ｄ为水的密度（１ ０００ ｋｇ／ｍ ）；伪比降。 船舶的静水总阻力 按经低速阻力修正的爱 尔氏法进行计算；比降阻力上水取正“＋”，下水 取负“一”０ 两坝间河段通过不同大小的流量时，各滩段 的比降和流速也是变化的，船舶能否正常航行， 取决于船舶的有效推力是否大于船舶的总阻力。 这是判断其上行能力的必要条件。 按长江航道局三峡办的要求，针对葛洲坝前 ６３ ｍ和６６ ｍ ２种水位条件，进行了船舶上水通行 的总阻力计算，见表３—５（仅列出葛洲坝前６３ ｎｌ水 田角的数据）。 １）集装箱船。 ２）滚装船。 表３上水通行水田角的总阻力 ５１．０９ ５１．６９ ５４．２７ ５４．９７ ５６．２２ ５８．０８ ６４．２４ ６４．８４ ６７－４２ ６８．１２ ６９．３８ ７１．２３ ７９＿３５ ７９．９５ ８２．５３ ８３．２３ ８４．４８ ８６．３４ ９９．６６ ｌｏｏ．２６ １０２．８４ １０３．５４ １０４．８０ １０６．６５ １２２．６３ １２３－２３ １２５．８Ｏ １２６．５１ １２７．７６ １２９．６１ １５８．８Ｏ １５９．４０ １６１．９８ １６２．６８ １６３．９４ １６５．７９ ２０４．２８ ２０４．８８ ２０７．４５ ２０８．１６ ２０９．４１ ２１１．２６ １００・ ・水运工程 ２０１１年 ２．２．２葛洲坝前水位６３ ｍ ３种船型的螺旋桨总推力 １）按照３种船型的推进因子、主机功率、主 ３）３００２散货船。 螺旋桨发出的总推力 ，其与总阻力尺曲线 李喜 见图２，即为相应比降条件下船舶上水的对水航 速。３种船型螺旋桨的总推力见表６。 机转速、齿轮箱减速比以及螺旋桨要素，计算出 ２）螺旋桨总推力、总阻力曲线（图２）。 —表５ 上水通行水田角的 阻力一 水田角 狮子脑 石牌 偏脑 ｂ１滚装船 水田角 喜滩 狮子脑 石牌 偏脑 ｃ１ ３００２散货船 注：①纵坐标为总推力 ，总阻力Ｒ值；②横坐标为航速 ；③推力曲线；④阻力曲线。 ￥ｔ２葛洲坝坝前水位６３ ｍ螺旋桨总推力、总阻力曲线 ２．２．３船舶相对岸边航速的计算 对水 “＋”，ＩＩｌ／ｓ； 对水为相应比降条件下船舶上水的ｊ（寸水 航速 ，ｍ／ｓ； 式中：… 对岸为对岸航速，上水取 对 …“一”，下水取 根据川 船舶…航 引人员即多年经掘’加习日刚州斤 第２期 李庆宁，等：长江三峡两坝间泄洪期船舶上水过滩能力研究 ．１０１． 速超过４ ｋｍ／ｈ，是该船具备上水过滩能力的充分 的船舶总阻力曲线的交点（图２），即可计算预报 出相应的对水航速，按照公式（３）进行对岸航速 条件。在该对岸航速航行，河道也不会造成拥堵。 计算，汇总于表７～９。表中对岸航速低于４ ｋｍ／ｈ ３ ３种船型的上滩能力预报 者，表示上滩能力存在问题或根本不能自行上滩 （表中带括号的）。 表７集装箱船的上滩能力预报 绘制出３种船型的螺旋桨总推力曲线，与前述 ４结论 难度在于航线上高流速、大比降，航行难度随着 流量的增加而增大。另外，石牌段弯曲半径小、 弯道太急、水流流态较差，操舵角很大，船队上、 １）葛洲坝前水位６３ ｍ的滩情较６６ ｉｎ的滩情为 严峻。当葛洲坝前水位为６３ ｍ时，船舶能否正常 航行，取决于船舶的有效推力是否大于船舶的总 下行均很困难。两坝问航行最困难的航段为水田 角航段和石牌航段 。 阻力，这是判断其上行能力的必要条件。船舶的 对岸航速超过４ ｋｍ／ｈ是该船具备上水过滩能力的 充分条件。 ２）当葛洲坝前水位为６６ ｎｌ时，研究的３种船 型在４５ ０００ ｍ３／ｓ流量时，均能自行上水过滩通航； 而在葛洲坝前水位６３ ｍ时，集装箱船和３００２散货 船在４５ ０００ ｍＳ／ｓ流量时，船舶的对岸航速没有达 参考文献： …１ 舒荣龙，周小平，杜宗伟．三峡一葛洲坝两坝问河段通 航技术条件研究［Ｊ］．水运工程，２００５（３）：６２—６５． ［２］盛振帮，刘应中．船舶原理【Ｍ］．上海：上海交通大学出 版社，２００５． 到４ ｋｍ／ｈ，均不能自行上水过滩通航。滚装船由于 航速较高，在葛洲坝前６３ ｍ水位，在最大流量高达 ４５ ０００ ｍ 流量时，能安全地自行上水过滩通航。 ３）在５个急流险滩中，水田角的水流条件最 差，是影响船舶上滩的危险河段。水田角航行的 ［３］王召兵，舒荣龙，蔡汝哲．长江三峡两坝间河段汛期通 航试验研究【Ｊ１＿水道港口，２００７（４）：１１７． ［４］舒荣龙，陈桂馥，杜宗伟．三峡一葛洲坝两坝间通航能 力试验研究［Ｊ１．人民长江，２００５（７）：３１—３３． （本文编辑郭雪珍）
