超高水头船闸（40m级）输水关键技术研究与应用

  • 获奖名称: 超高水头船闸（40m级）输水关键技术研究与应用
  • 获奖等级: 二等奖
  • 获奖类别: 大禹水利科学技术奖
  • 授奖单位: 中国水利学会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院、长江勘测规划设计研究有限责任公司、中水东北勘测设计研究有限责任公司、广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司、长江三峡通航管理局
  • 获奖年度: 2021
  • 获奖人员: 江耀祖、马军、童迪、吴英卓、严来光、黄国兵、王智娟、刘火箭、陈坤、杨伟、常万军、陈小虎
  • 成果简介:项目属水利工程建设与运行领域，涉及通航水力学学科、水利工程通航等专业。 1、主要内容 随着我国水资源高效利用向西部转移，适应西部大纵坡河道特点的高坝增多，航道条件的改善极大促进了以节能和运量大为特征的内河航运的迅猛发展，船闸作为客货过坝最主要的建筑物，日益向大型化和高水头化发展。与此同时，高水头特别是超高水头船闸在安全高效输水方面的技术难度也超出了国内外已建船闸水平，船闸运行中一些复杂和特殊的水力学问题突显，其关键技术存在瓶颈，亟待创新和发展。基于此，近二十年来，本项目依托国家计划、基金资助以及三峡、大藤峡、银盘、白马等高水头和超高水头船闸工程，针对过闸船舶安全、输水系统和设备安全以及通航效率提升三大方面的关键技术开展了深入系统的研究，取得了多项创新成果和关键技术突破。 2、主要创新点与特点 （1）针对大型超高水头单级船闸输水效率与过闸船舶安全之间的尖锐矛盾，研发了适应40m级系列超高水头大型船闸的输水系统，研究凝练获得适应超高水头船闸的基于出水区域比能控制及阻力均衡的输水系统布置原则。在该原则指导下，首创适应40m级超高水头船闸的空腔自分流全闸室出水等惯性输水系统以及适应更大闸室规模、更高水头级别的闸底纵向贯通双层输水系统，并向下指导了整体式闸室结构高水头船闸采用左右独立布置分散输水系统的布置创新。 （2）超高水头带来的高流速，导致输水廊道空蚀风险急增，成为船闸按单级布置的又一瓶颈问题。为此研发了阀门底缘移动边界的掺气减蚀技术，为大水位变幅船闸采用被动防护设计，简化阀门段布置、减少阀门段埋深提供了技术保障；提出的多项输水系统关键部位创新体型与运行方式，提高了船闸阀门段、分流口抗蚀性能。 （3）针对大型超高水头船闸运行实践反馈的特殊水力学难题，研发了超高水头船闸采用旁侧泄水方式下闸室最终水位控制技术等多项船闸运行成套技术。首次提出对输水惯性加以利用，通过精准控制超泄量自适应不恒定的泄水出口与下游引航道水位差的泄水阀门运行新工艺，解决了大泄量下末级闸室最终水位高于下游引航道水位、人字门不能按程序正常开启的问题，提高了通航效率，完善了旁侧泄水时泄水最终水位控制体系与设计理念。 3、应用推广情况 （1）上述研究成果成功应用于三峡、大藤峡、银盘、孤山等水利水电工程实践，解决了超高水头、高水头船闸输水关键技术难题，保障了船闸的安全和高效运行，产生了巨大的经济效益和社会环境效益。 （2）本项目编制行业规程6部，获国家发明专利6项，获软件著作权1项，出版专著2部，公开发表论文40余篇。