摘要:为解决平原地区的黑茨河在上下游水位差较小时船只过闸的问题，将黑茨河闸两侧闸孔采用大闸孔通航设计方案。文章从通航水位计算、代表船型考虑、闸孔尺度分析、船舶防撞计算等方面进行论证和计算，在满足水闸的挡水、泄洪等基本功能的前提下，解决了水闸的通航要求，取得了良好的运用效果，供参考和借鉴。
关键词:水闸;通航;船型;水位;尺度
为了有效实现黑茨河与沙颍河的连通，规划在黑茨河入茨淮新河口处新建黑茨河闸。利用黑茨河闸拦蓄降雨，涵养沿岸地下水，为沿岸农业灌溉、水生态改善提供条件;同时利用黑茨河右岸的许沟引黑茨河水入杨沟，通过杨沟向沙颍河活水，补充沙颍河阜阳闸来水，改善干旱年份航运条件;达到黑茨河水系连通的目的。但由于黑茨河原为通航河道，航道等级为Ⅵ级，为解决黑茨河闸通航问题，将该闸两侧闸孔按通航孔设计。
1工程概况
1.1黑茨河闸规模、结构
黑茨河闸工程规模为大(2)型水闸，主要建筑物级别为2级;5年一遇设计排涝流量为717m3/s;20年一遇校核行洪流量为1114m3/s;50年校核排洪流量为1330m3/s。该闸共7孔，为开敞式结构，闸孔总净宽78m;中间5孔每孔净宽10m;两侧通航孔每孔净宽14m。节制闸底板顶高程为22.40m，门槛顶高程为23.10m，底板厚1.5m;通航孔底板顶高程为22.40m，底板厚1.9m;闸室顺水流方向长18m。节制闸闸门采用露顶式平面定轮钢闸门，通航孔闸门采用升卧式平面定轮钢闸门。
1.2航道定级
根据《内河航道技术等级评定》，黑茨河原墙至茨河铺37km航道为Ⅵ级。
2设计通航水位
2.1最高通航水位
黑茨河规划航道等级为Ⅵ级，根据JTS145—2011《内河航运工程水文规范》，Ⅵ级航道设计最高通航水位取5年一遇洪水位，根据的《内河航道技术等级评定》，黑茨河闸距茨淮新河口约600m，经水面曲线推求，最高通航水位为31.16m(1985国家高程基准，下同)，但该成果为1997年数据，资料较老。黑茨河航道设计通航水位详见表1。
2.2最高通航水位复核
根据《淮河流域防洪规划》，黑茨河入茨淮新河河口处5年一遇排涝水位为29.71m。(1)航道规划标准、设计流量与水位黑茨河现状已达3年一遇除涝、20年一遇防洪标准，近期不再安排工程。远期干流除涝标准为5年一遇，设计除涝流量梁堤口至茨河口为35～727m3/s;防洪标准为20年一遇，设计泄洪流量梁堤口至茨河口为60～1127m3/s。梁堤口设计除涝水位为50.68m，张胖店36.07m，茨河口29.71m;梁堤口设计防洪水位为52.14m，张胖店38.01m，茨河口31.17m。(2)航道工程规划远期扩挖梁堤口至茨河口河道长183.9km。按最新成果选取设计最高通航水位为29.71m(5年一遇排涝水位)。
2.3设计最低通航水位
黑茨河规划航道等级为Ⅵ级，根据JTS145—2011，Ⅵ级航道设计设计最低通航水位取90%多年历时保证率水位。1998年《内河航道技术等级评定》中黑茨河沿线设计最低通航水位均为24.83m。
2.4最低通航水位复核
考虑到枯水期，水位受茨淮新河插花闸蓄水影响，本次结合插花闸闸上近年来蓄水情况，对设计最低通航水位进行初步复核。插花闸2003年至今最低蓄水位为26.00m。根据插花闸闸上近年来水位统计资料分析，将90%通航保证率水位26.40m作为黑茨河闸通航孔设计最低通航水位。如图1所示。设计最低通航水位本着“就低不就高”的原则，取24.60m。
3通航代表船型
黑茨河航道为Ⅵ级航道，代表船型为100吨级，但随着近年来船舶大型化的发展，300吨级及以下船舶已经被市场淘汰，应选取500吨级船舶作为代表船型，同时兼顾1000吨级船舶。根据GB50139—2014《内河通航标准》，500吨级驳船尺度为45m×10.8m×1.6m，500吨级货船尺度为67.5m×10.8m×1.6m。根据《京杭运河、淮河水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列》，京杭运河、淮河水系500吨级干散货船尺度为45m×8.8m×2.3m，1000吨级干散货船尺度为60m×11m×3.0m。考虑黑茨河航道下通茨淮新河，为淮河水系航道网的组成部分，因此选取《京杭运河、淮河水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列》中船型作为代表船型，该船型尺度较小，对方案较有利。代表船型500吨级货船:45m×8.8m×2.3m;兼顾船型1000吨级货船:60m×11m×3.0m。
4闸孔尺度分析
4.1通航孔净宽复核
该通航孔在静水状态下可类似船闸，根据JTJ305—2001《船闸总体设计规范》，单列船舶或者船队过闸时，闸室有效宽度为12－1.2=10.8m。能够满足500吨级船舶通过，能够基本满足1000吨级船舶通过。在特定水流条件下，可类似船闸引航道，根据JTJ305—2001，在不考虑等候过闸船舶、船队宽度的情况下，引航道宽度不应小于过闸船舶或船队宽度和与岸边富裕宽度之和，根据公式计算，应不小于8.8+0.5×8.8=13.2m。因此通航孔净宽取14m较合理。
4.2通航孔净高复核
根据GB50139—2014要求，Ⅵ级航道跨河建筑物通航净高不应小于6m。按设计最高通航水位29.71m计算，通航孔上部交通桥梁底板高程为35.71m。为满足通航净空要求，尽量降低排架高度，首先采用了升卧门设计方案。升卧式钢闸门是一种沿弧线轨道运动的平面闸门，在关闭状态时闸门直立挡水，启门时闸门先直升一段，然后向上游转动，全开时闸门平卧于闸墩顶部。升卧式平面闸门兼具平面直升闸门和弧形闸门的优点，使平面闸门在弧形轨道上作弧形运动，是适用于简易船闸的工作闸门，同时可大大降低启闭机的安装高度，从而提高了水工建筑物的抗震能力，降低工程造价。
4.3上下游导航调顺段长度分析
参考JTJ305—2001，船闸引航道包括导航段、调顺段、停泊段3段。考虑工程上下游河道较为顺直宽阔，船舶可另选位置进行停泊。导航段长度应大于等于一倍设计代表船型长度，为45m。调顺段应大于等于1.5倍设计代表船型长度，为67.5m，工程上下游河道顺直宽阔，能够满足船舶调顺要求。
4.4门槛水深及引航道水深
参考JTJ305—2001，门槛水深应不小于1.6倍代表船型吃水，引航道水深应不小于1.5倍代表船型吃水。由于该工程只能在特定水文条件下类似于船闸，因此门槛水深和引航道水深均按大值控制。设计最低通航水位为24.60m，闸底板及上下游护底等高程不高于22.40m。
4.5导航墙
为了避免节制孔出流干扰通航孔出流，在闸室的左岸下游侧和右岸上游侧各设置45m长导航墙。导航墙采用直径为1.2m灌注桩基础，单桩水平承载力设计值为444.76kN，上设1.3m厚盖梁，盖梁与铺盖、消力池间设止水。防撞计算参数见表2。
4.6引航道
引航道直线段长度不小于3.5倍代表船型船长(500吨级船舶长45m)，即不小于157.5m。下行通航孔上游航道直线段长度约为270m，下游航道直线段长度约为160m，满足要求;上行通航孔下游航道直线段长度约为160m，上游航道直线段长度约为160m，满足要求。上下行通航孔前均设导航墙，导航墙长度按不小于1倍代表船型长度控制，长度为45m，能够满足船舶导航需要。最小弯曲半径结合船闸设计规范，最小弯曲半径取3倍的设计船长，即两侧引航道最小弯曲半径Ｒ≥3Lc=3×60m=180m;黑茨河航道规划等级为Ⅵ级，根据GB50139—2014，Ⅵ级航道最小弯曲半径为180m。上下游航道弯曲段弯曲半径均不小于180m，满足规范要求。
5结论
综上所述，尽管黑茨河闸采用大闸孔通航设计方案，存在仅适用于平原地区水位差和流速较小的通航河道，且要避免节制孔出流干扰通航孔出流防撞问题的不足之处，设计时需考虑方案的适用性，并采取必要的工程措施。但较水闸旁另建设船闸，工程投资少，减少了操作控制流程和启闭设备的频繁开启，加快了船只过闸速度，降低了运行费用，与传统水闸相比较，该方案结构新颖，运用方便，也为水闸通航设计提供了一种新思路。
作者：王西青 单位：安徽省阜阳市水利规划设计院有限公司
