水電航運立新功
2013-09-30新聞來源:中國水電工程顧問集團公司
水電工程攔河築壩可改善河道的航運條件,一方麵使原本就能通航的河道具有更好的通航條件,另一方麵使原本不具有通航條件但有通航需求的河道有通航的可能。要實現大壩上下遊間的航運暢通,需通航建築物來實現。新形勢下的水電工程通航建築物為上下航運暢通立下了汗馬功勞。
通航建築物是為船舶通過大壩的水工建築物和機械設備的統稱,通常由過船建築物、導航建築物、靠船建築物和上、下遊引航道等組成。過船建築物是通航建築物中的核心建築物,主要有船閘和升船機兩種基本型式,均是為了克服航道上的集中水位落差,使船舶由上(下)遊駛向下(上)遊而修建。按過動力方式過船建築物又可以分為水力過壩和機械過壩,水力過壩常借助閘室內水位升降使船舶過壩,機械過壩則是借助機械運送過壩,前者要消耗一定的水量,後者消耗一定電能。
船閘是應用最廣的一種通航建築物,借助閘室內水位升降,達到過船目的,通常由閘室、輸水係統、上下閘首及閘門等組成。按縱向排列閘室數目分為單級船閘和多級船閘。單級船閘隻有一個閘室,將全部水頭作為一級,船舶經一次升降即可通過。多級船閘則將全部水頭分為多級,有多個閘室逐級升降過船。船閘適用於通航船舶噸位較大、單級水位落差40米—70米或更低時的通航河道。
世界上最早的船閘為我國宋朝喬維嶽於公元984—987年在今江蘇省淮安至淮陰間的運河上利用雙鬥門修建的船閘。歐洲從1481年開始在意大利建造船閘。世界上水位差最大的單級船閘是前蘇聯建成的烏斯特-卡明哥爾斯克船閘,水位差42 米。1949年後,我國在水利水電樞紐及河道、運河上修建了900多座船閘,規模較大的有長江葛洲壩水利樞紐修建的三線船閘和長江三峽船閘。
升船機是將裝載於承船廂內的船舶,沿傾斜或垂直方向升降而運送過壩的機械設備,按承船廂的運行路線可分為垂直升船機和斜麵升船機兩大類。垂直升船機一般由上下閘首及擋水設備、塔柱、承船廂、提升機構、平衡係統等部分組成,提升機構又主要為鋼絲繩卷揚提升式和齒輪齒條爬升式。升船機適用於通航船舶噸位較小、單級水位落差40米—70米或更高時的通航河道。與船閘相比,它具有不耗水或耗水少、水位適應性好、船舶過壩曆時短、通過速度快的優點。
我國早在三國時期已出現利用人力或畜力沿斜坡拖船過壩的設施,是斜麵升船機的原始形式。公元前600年,古希臘已有利用斜坡拖船上岸,運過科林斯地峽的實例。目前,國外已建升船機最大提升噸位是比利時的斯特勒比-蒂厄,船廂帶水重7500—8800噸,升程73米。我國從上世紀50年代開始,已相繼建成各類升船機數十餘座,其中1973年建成的丹江口水利樞紐,上遊為可移動的鋼絲繩卷揚提升式垂直升船機,提升高度35.3米,下遊為雙向斜麵升船機,提升高度34米。90年代以來,成功建造岩灘、水口、隔河岩兩級、高壩洲、彭水等鋼絲繩卷揚提升式垂直升船機。
通航建築物的規模、過船建築物的型式、軸線位置均需結合既有或新開航道等級、過壩貨運量、船型船隊尺度、壩址地形地質條件、大壩型式等經技術經濟綜合比較確定。過船建築物可布置在壩身上,也可布置在岸坡上,有的樞紐工程既布置有船閘又布置有升船機。通航建築物形式確定後,要進行大量計算分析和試驗研究,以確保通航建築物滿足安全運行要求。
近年來,我國水電工程航運事業和技術水平有了很大發展。2003年通航的三峽船閘采用二線五級連續式布置,每級閘室長280米,寬34米,總水位差112米,可通過萬噸級的船隊,是當今世界上級數最多、總水位差最大的多線多級船閘,代表著世界最高水平。2011年通航8年後,三峽船閘年貨運量首破億噸大關。目前,中國已建和在建的總水頭20 米以上的船閘約24座,占世界總數的1/4。
三峽垂直升船機為齒輪齒條爬升式,最大提升高度113米,船廂總重量約15500噸,具有提升高度大、提升重量大、通航水位變幅大和下遊水位變化速率快的特點,是目前世界上規模和技術難度最大的升船機。瀾滄江上景洪水電站的升船機則為水力式升船機,是我國有自主知識產權的升船機型式。在建的烏江上構皮灘水電站三級垂直升船機的規模也居世界前例,總提升高度199米,中間級升船機的最大提升高度達127米,為世界之最。
(水電顧問集團 鄭林平/供稿)