船闸闸室消能明沟 【技术领域】
本发明涉及一种用于对船闸闸室充水过程进行消能的明沟结构，属于船闸水工建筑物技术领域。
背景技术
船闸是内河航运广泛采用的通航建筑物，船舶通过船闸需要通过输水系统完成对闸室反复地充、泄水，以克服船闸的集中水位差，最终保证船舶停泊和航行安全。在船闸反复输水过程中，为消耗进入闸室水流所带来的大量能量，满足闸室内船舶的停泊条件，常在闸室内布置各种带有出水孔的纵向或横向廊道以调整流量分配，这些出水孔可以设在廊道顶部也可设在廊道侧面，设在顶部的出水孔需采用盖板消能，而设在侧面的出水孔则采用明沟消能。据发明人所知，现有国内外采用明沟消能布置的已建船闸，一般仅在闸室廊道的每侧各布置一个消能明沟，即布置单明沟。
经发明人前期研究表明，闸室消能对明沟有一定的要求，若明沟尺度超过一定范围将不利于水流的扩散和消能，因此单明沟消能的应用范围受到限制。为使水流在闸室分布更为均匀，就需增加廊道数，从而导致闸室内输水系统布置复杂、工程投资增加，同时还减少了消能水体，降低了消能效果，这尤其对闸底横支廊道输水系统的布置影响更大。因此，如何经济有效地解决船闸闸室内水流消能问题，确保过闸船舶安全，一直是设计和科研人员非常关注的问题。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的不足，提出一种能提高船闸闸室内水流消能效率，并能提高闸室内待闸船舶的安全性，而且施工简单、投资小的消能明沟。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种船闸闸室消能明沟，包括设置在船闸闸室内闸室廊道出水支孔外的明沟，所述明沟由彼此间隔的消力槛围成，所述明沟在出水支孔一侧至少有二道。
本发明的船闸闸室消能明沟相比现有船闸闸室内的单明沟结构，可以成倍增加闸室廊道侧向出水支孔出流的消能体积，并减小闸室内的水流紊动和局部水面壅高，从而成倍提高消能效率并提高闸室内待闸船舶的安全性。此外，通过在船闸闸室内设置本发明的船闸闸室消能明沟，还可以减少闸室廊道数量、简化闸室结构、降低工程投资。
上述技术方案的改进是：所述消力槛上开有透水孔。这样，通过改变消力槛上的透水孔面积，可以调整闸室的水流分布，使从闸室廊道出来的水流分布更加均匀，从而进一步提高闸室内停泊的过闸船舶的安全性。
上述技术方案的进一步改进是：所述消力槛从出水支孔向外由低到高布置成阶梯状。这样，通过将消力槛布置成阶梯状，同样可以调整闸室的水流分布，使从闸室廊道出来的水流分布更加均匀，从而进一步提高闸室内停泊的过闸船舶的安全性。
上述技术方案的更进一步改进是：所述明沟从出水支孔向外由低到高布置成阶梯状，其容积逐渐递减。这样，可以大大减少在船闸闸室内开挖明沟的土方量，从而降低施工难度并进一步降低工程投资。
上述技术方案的再进一步改进是：所述明沟的长度大于闸室廊道的长度，所述明沟的宽度是出水支孔宽度的4-6倍；所述明沟的高度大于出水支孔高度与明沟宽度的0.24倍之和，并小于闸室廊道的高度。
上述技术方案的又进一步改进是：所述消力槛顶部设置朝向出水支孔伸出的水平挡板，所述出水支孔出口处上方及侧面分别设有遮板和导流墩。这样，可以进一步增强消能效果并防止明沟内水流向上翻滚。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的船闸闸室消能明沟作进一步说明。
图1是本发明实施例一船闸闸室消能明沟的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖面图。
图3是本发明实施例二船闸闸室消能明沟的结构示意图。
图4是本发明实施例三船闸闸室消能明沟的结构示意图。
图5是图4的B-B向剖面图。
图6是本发明实施例四船闸闸室消能明沟的结构示意图。
图7是图6的C-C向剖面图。
图8是本发明实施例四中地船闸闸室采用现有单明沟时测试的船舶横向系缆力过程曲线图。
图9是本发明实施例四中的船闸闸室采用本发明实施例四的船闸闸室消能明沟时测试的船舶横向系缆力过程曲线图。
图10是本发明实施例五船闸闸室消能明沟的结构示意图。
图11是图10的D-D向剖面图。
【具体实施方式】
实施例一
本实施例的船闸闸室消能明沟，如图1和图2所示，包括采用闸底纵向廊道侧支孔分散输水系统的闸室(图中只反映了闸室的一段)，沿闸室纵向通长布置有闸室廊道1，闸室廊道1两侧底部设有间隔布置的侧向出水支孔2，在出水支孔2外设有由彼此间隔的消力槛4围成的明沟3，其中在出水支孔2一侧的明沟3有二道。两道明沟3沿闸室纵向通长布置，在消力槛4顶部设置有朝向出水支孔2伸出的水平挡板5。
经过发明人缜密计算，对于明沟3的主要施工参数作出如下要求：1)明沟3的长度大于闸室廊道1的长度，明沟3的宽度B是出水支孔2宽度b的4-6倍；2)明沟3的高度H大于出水支孔2高度h与明沟3宽度b的0.24倍之和，并且小于闸室廊道1的高度Hs。
实施例二
本实施例的船闸闸室消能明沟如图3所示，其与实施例一的船闸闸室消能明沟结构基本相同，所不同的是：在消力槛4中部设有间隔布置的透水孔6。
实施例三
本实施例的船闸闸室消能明沟是在实施例一基础上的改进，如图4和图5所示，其除与实施例一相同以外所不同的是：1)闸室采用闸墙纵向主廊道闸底横向支廊道的分散输水系统，横向支廊道即是闸室廊道1，主廊道101位于两侧闸墙100内，主廊道101和闸室廊道1(横向支廊道)相连通，闸室廊道1(横向支廊道)位于闸室底部并沿闸室横向交错锥形布置；2)出水支孔2出口处上方及侧面分别设有遮板7和导流墩8。
本实施例中的船闸闸室有效尺度为200m×34m×4.5m(长×宽×槛上水深)，设计最大水头为15.55m，设计输水时间10～12min，通航2×2000t双排单列一顶二驳船队。采用本实施例的消能明沟后，与现有采用单明沟的闸室相比消能效率大大增加，闸室充水时水流十分平稳，未见明显的局部水面壅高及其它不良水力现象，在推荐的阀门开启方式下(tv＝6min)设计2×2000t船队的最大纵向系缆力仅为16.7kN，远小于规范规定的40.0kN，最大横向系缆力18.9kN，满足规范规定的20.0kN要求，消能效果十分理想，解决了本实施例船闸的关键技术难题。
实施例四
本实施例的船闸闸室消能明沟是在实施例一基础上的改进，如图6和图7所示，其除与实施例一相同以外所不同的是：消力槛4从侧向出水支孔2向外由低到高布置成阶梯状，外侧消力槛4直接由闸墙100构成，外侧消力槛4的水平挡板5从闸墙100上朝向出水支孔2伸出。
本实施例中的船闸闸室有效尺度为180m×23m×3.5m(长×宽×槛上水深)，设计最大水头为15.7m，设计输水时间8～10min，通航2×1000t双排单列一顶二驳船队。该船闸最初设计时采用单明沟消能布置，但模型试验成果表明闸室内水流横向分配出现一定的不均匀性，设计船队的横向系缆力远远超过规范要求。经改造采用本实施例的消能明沟布置后，闸室内水流的横向分布得到了有效的调整，水流较为平稳，各种船舶最大系缆力值均满足规范要求。改造前采用单明沟消能布置的船闸测试的船舶横向系缆力过程曲线图如图8所示，采用本实施例的消能明沟的船闸测试的船舶横向系缆力过程曲线图如图9所示，对比图8和图9可看出，采用本实施例消能明沟的船闸设计最大船队最大横向系缆力仅为单明沟时的1/5左右。
实施例五
本实施例的船闸闸室消能明沟是在实施例四基础上的改进，如图10和图11所示，其除与实施例四相同以外所不同的是：1)明沟3有三道；2)对消力槛4进行了优化，缩小了第二和第三道明沟的宽度并逐渐提高了其底高程，从而使明沟3从出水支孔2向外由低到高布置成阶梯状，明沟3的容积逐渐递减。
本实施例中的船闸闸室有效尺度为280m×34m×5.6m(长×宽×槛上水深)，设计最大水头为10.5m，设计输水时间8～10min，通航2×2000t双排单列一顶二驳船队。经试验后表明：闸室内纵向与横向水流分布均较均匀，无明显水面壅高，船舶停泊条件得到明显改善，充水阀门开启时间tv＝4min时，对设计起控制作用的3000t单船各输水工况下系缆力均满足规范要求，且有较大富裕；同时也减小了闸室的开挖量，并降低工程投资。
本发明的船闸闸室消能明沟不局限于上述实施例所述的具体技术方案：1)以上实施例的技术方案可以进行组合，比如实施例五中的优化消力槛4也可以用于其他实施例；2)以上实施例只例举了闸底纵向廊道侧支孔分散输水系统的闸室和闸墙纵向主廊道闸底横向支廊道分散输水系统的闸室这两种闸室结构，但本发明的船闸闸室消能明沟还可以适用于其他结构的闸室；等等。凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。