通航建筑物概况

发表时间:2019/12/13   来源:《防护工程》2019年16期   作者:苗健康
[导读] 我国疆域辽阔,水能资源丰富,具有巨大的开发潜能。内河航运作为一种价格低廉、货运量大、运输距离长的运输方式,在我国货运运输业中占有重要地位。

苗健康
        重庆交通大学  重庆  400074
        摘要:我国疆域辽阔,水能资源丰富,具有巨大的开发潜能。内河航运作为一种价格低廉、货运量大、运输距离长的运输方式,在我国货运运输业中占有重要地位。通航建筑物是内河航运中的关键节点,其通过能力决定了内河梯级发展趋势。本文通过阐述通航建筑物发展概况,总结出限制通过能力的原因,并结合效率与环保双赢的思想,提出相关建议,以期对后来的通航建筑物发展提供参考。
       
       
        我国河流总长约42万km,河川年径流量2.8亿立方米,水能资源可开发量3.78亿千瓦[1]。这些数据足以说明我国水系发达,水能资源丰富,有巨大的开发潜能。作为水能资源开发中的一个组成部分,内河航运因其价格低廉、货运量大、运输距离长等优点,成为了促进经济和社会发展的重要运输方式,在我国货运物流行业有着无法替代的作用[2]。为克服内河航道上的水位落差或急流卡口、横梁、跌坎等形成的水位集中落差,兴建了许多的通航建筑物。目前,通航建筑物主要有船闸和升船机两种形式。船闸是利用水位连通的原理,通过在闸室内充泄水来解决上下游集中水位落差的问题,其优点是通过能力大、工作稳定、运行维护便利等,缺点是过闸时间长、耗水量大、适应水头较低等。升船机主要利用机械提升,来克服上下游集中水位落差,其优点是过闸时间短、耗水量小、适应水头较高等,缺点是机械设备要求高、运行维护费用较高等[3]。
        本文通过概述我国通航建筑物的发展,分别从船闸和升船机两个方面分析目前存在的问题,并结合未来发展趋势提出合理建议。
        1.船闸发展历程
        中国是世界上修建人工运河及通航建筑物最早的国家,过船建筑物型式经历了灵渠、堰埭、陡门、单级船闸、复闸以及多级船闸等几个阶段[4]。目前我国已建通航建筑物约有1000余座,除约60座升船机外其余均为船闸,其中97%左右是新中国成立以后建造的。
        早在秦始皇时代(公元前214年)就开凿了灵渠,连通长江与珠江两大水系(现广西壮族自治区兴安县境内),成为中原和岭南之间唯一的水上交通捷径。
        1911年,在河北金钟河上开始修建耳闸,约在1918建成,闸室有效尺寸为100m×10m×2.5m(长×宽×门槛水深),水头3m。随后在1935年,京杭大运河上修建了邵伯、刘老涧、淮阴3座船闸。1938~1945抗战期间,为支持后方经济建设和军事物质运输,在重庆綦江约50km河流上修建了9座船闸,成为我国第一条渠化河流。至1949年前后,全国仅有两条渠化河流:一条是位于重庆的长江支流-綦江,在约50km长的河段上建成9个渠化梯级,航道水深1.5m,可通行20吨至30吨的船舶,是我国第一条渠化河流;另一条是四川省的威远河,回水里程130km,总落差65m,共建8个梯级,航道水深1.0m,一般通行15吨的船舶。
        因中国近代战乱不断,新中国成立以前,我国水运事业的发展一直停滞不前,长期处于落后状态。直到20世纪80年代,国家迎来改革开放,随着各地大批的水电工程上马,水运建设曾经出现一个小高潮,除葛洲坝大型船闸建设和水运繁忙的京杭运河外,四川的嘉陵江流域、广东珠江水系的西江、东江和北江;广西的左江、右江等河流,陆续建成了数十座船闸。
        近年来,内河航运需求急剧增加,船闸建设规模及水头也在不断增大。据统计,已建总水头30m以上的高水头船闸有长江三峡(闸室有效尺寸为280m×34m,最大水头H=113m)、乌江银盘(闸室有效尺寸为120m×12m,H=36.46m)、闽江水口[11](闸室有效尺寸为130m×12m,中间级H=41.7m)、沅水五强溪(闸室有效尺寸为130m×12m,中间级H=42.5m)、赣江万安(闸室有效尺寸为175m×14m,H=32.5m)、潇水双牌](闸室有效尺寸为56m×8m,H=43m)等船闸。目前,在建的有邕宁水利枢纽工程、井冈山船闸、八字嘴船闸、大藤峡船闸等。其中单级总水头30m以上的高水头船闸为大藤峡船闸,闸室有效尺寸为340m×34m×5.8m,水头H=40.25m,船闸水力学的研究方向已经直指单级60m水头。
        2.升船机发展历程
        限于过去的经济和技术条件,我国升船机的建设起步较晚。直到上世纪50年代,即新中国成立以后,升船机的设计和研究工作才正式展开。
        1966年,在安徽寿县建成了我国第一座湿运纵向斜面升船机,仅能运载30吨的小型船舶。1982年安徽龙湾建了我国第一座小型水坡升船机,为我国水坡升船机的雏型;1989年10月江苏沭阳水坡升船机投入运行,设计最大运载舶舶60t。


湖北丹江口水利枢纽的垂直与斜面升船机,最大干运船舶150吨铁驳船或湿运50t船舶。我国第一座垂直升船机是浙江新安江升船机,第二座垂直升船机是湖北陆水垂直升船机,第三座垂直升船机是丹江口升船机。这些升船机的设计简单,安全性差,运转正常率低。
        近三十年,随着我国国力逐渐强大,升船机建设技术得到迅猛发展,升船机的主要发展趋势是:由垂直式升船机替代斜面式升船机,提升吨位从几十吨提高至上千吨。上世纪90年代中后期,我国先后建成红水河岩滩、闽江水口、清江隔河岩、清江高坝洲[25-26]等大型升船机。
        最具代表性的有长江三峡升船机[27-28]和澜沧江景洪升船机。长江三峡升船机,其机型为全平衡重式齿轮齿条爬升、螺母螺杆保安式垂直升船机,船厢有效水域尺寸为120m×18m×3.5m(长×宽×水深),提升高度达113m,提升重量达15000t以上,可通过3000t级大型船舶,是目前国内外提升重量最大的升船机;澜沧江景洪升船机,按V级航道、300吨级船型的标准设计,兼顾远期500t船只通航过坝,船厢有效水域58m×12m×2.5m,最大提升质量3140t,最大提升高度66.86m。它是是世界上第一座水力式升船机,它的诞生首次改变了升船机只能靠机械力提升的传统认知。该设计首次采用了与船闸输水系统相似的灌、泄水系统,利用浮筒作为平衡重,升船机运行时只需要启闭输水阀门灌水或泄水改变浮筒井水位,便可提升承船厢上下运行。景洪升船机还成功解决了下水式升船机机械制造及电力功率方面的限制,是我国具有全部自主知识产权的宏伟工程。
        3.存在问题
        3.1船闸
        船闸拥有通过大量船舶的能力,但是由于其不可连续过坝的劣势,排队停留时间较长,滞航现象严重,影响了船闸通航效率。
        1)根据发展趋势,现有闸室尺度不能满足未来内河航运需求;
        2)输水系统作为船闸的“大心脏”,其消能效果的优劣直接影响了船舶过闸时间和船舶通航安全。目前船闸设计水头直指60m,但就适用于60m级船闸的输水系统研究颇少;
        3)实际通航货船与原设计船队形式有较大变化。目前通航货船以单船为主。闸室有效利用率较低;
        4)经济发展迅速,货运量需求呈井喷式增加,远远超过当初设计时的预算;
        5)部分船舶未按规定时间过闸,造成其他船舶在坝前等待。
        3.2升船机
        升船机虽然通航速度较快,但同一运次通航船只较少,造成停船排队过坝现象严重,影响了升船机通航效率。
        1)对于靠机械提升的升船机,提升设备复杂,运行维护困难;
        2)检修时需锁定船厢和平衡重,需投入大量人力,锁定耗时长;
        4.建议
        针对部分滞航严重的通航建筑物,可利用改扩建工程提高其通过能力;
        加大力度开展船闸输水系统的研究,以期适用具备大通过能力的高水头船闸;
        进一步推动船舶标准化,以求更好地兼顾船舶技术经济性能和闸室面积利用率最大化;
        提高管理人员的技术水平、熟练程度、工作效率、通讯联络、控制系统的灵敏性、事故处理和检修能力及技术水平,服务质量由以量为主”改进为“量质结合;
        开展新型提升型式研究,如我国自主化的景洪升船机,采用水力驱动代替原有的机械提升,做到了效率与环保的双赢。
        参考文献:
        [1]雷澄.浅析我国水资源发展前景[C].科技经济与资源环境,2018,26(9):84.
        [2]王涛.浅析我国水资源综合开发利用存在的问题[J].农家科技(下月刊),2013(5):109.
        [3]李凯.闸墙长廊道侧支孔输水系统布置形式及消能效果研究[D].重庆交通大学,2008.
        [4]李永和.试论陡门、斗门、水闸、碶的异同[J].四川水利,2019,40(04):138-141+144.

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