贵港航运枢纽现有通航建筑物为一线船闸，布置于河道右岸的高漫滩上，船闸中心线与枢纽坝轴线法线方向呈约20°交角。一线船闸闸室有效尺度为190 m×23 m×3.5 m(闸室有效长度×有效宽度×门槛水深，下同)；下游引航道长560 m；设计过闸船队为2列1顶2×1 000 t船队，年通过能力为1 200万t，于1998年1月1日开始通航。拟建贵港二线船闸建设规模为3 000 t级(Ⅰ级船闸)，船闸有效尺度为280 m×34 m×5.8 m，正常运行设计最大水头为14.1 m(上游正常蓄水位43.1 m，下游最低通航水位29.0 m)。二线船闸推荐闸位方案布置在一线船闸的右侧，上闸首与一线船闸上闸首上游端齐平，两者中心线在上闸首上游面相距为125 m；上、下引航道采用不对称布置型式，向左侧拓宽；上游船舶进出闸方式为“曲线进闸、直线出闸”，下游船舶进出闸方式为“直线进闸、曲线出闸”。

引航道及口门区通航水流条件一直是多线船闸并列布置中十分重视的问题，如布置和运行控制不当，容易引发相关安全问题^[1-3]。根据《船闸总体设计规范》^[4]中的规定，船闸泄水时，下游引航道中最大纵向流速应不大于1.0 m/s；船闸引航道口门区纵向流速不大于2.0 m/s，横向流速不大于0.3 m/s，回流流速不大于0.4 m/s；引航道导航和调顺段内宜为静水区，制动段和停泊段的水面最大纵向流速不应大于0.5 m/s，横向流速不应大于0.15 m/s^[4]。贵港二线船闸设计规模较大，运行时的相应输水流量较大，容易对一线船闸产生影响；同时，枢纽发电、泄洪对一、二线船闸下游引航道口门区的水流条件也会产生一定的影响^[5-6]。因此，采用物理模型试验对船闸引航道及口门区水流条件进行研究对保障贵港航运枢纽安全稳定运行有着重要意义。

枢纽整体物理模型采用重力相似准则进行设计，整体模型设计为正态模型，模型几何比尺为1:100。制作地形时采用断面法，为了保证在模型上能准确复现天然地形，确保模型制作精度，平面放样采用三角网导线系统，三角形闭合误差不超过±1′^[7-8]。模型高程用水准仪测定，并在制作过程中校核，断面安装高程误差控制在±1 mm以内。对复杂地形，为提高制作精度，加设了局部断面，单独制作处理。枢纽建筑物采用塑料板制作，河道表面采用水泥砂浆制作，并通过糙率校正达到糙率相似要求。制作好的模型见图 1。

图 1(Figure 1)

图 1 贵港枢纽二线船闸工程1:100模型 Figure 1 Physical model of the Guigang navigation junction with scale 1:100

模型上游采用标准量水堰测控流量；模型首尾及中部采用测针量测河道水位，模型下游采用可调差动式尾门进行控制模型水位。采用ADV三维流速测量系统测量引航道口门区的流速分布，量程为0.1~400 cm/s。采用超声波流量计测量控制模型中模拟的船闸泄水流量。

通常山区河道糙率为0.030~0.035^[9]，相应要求模型糙率为0.014~0.016，模型表面采用水泥砂浆抹面可基本满足糙率相似要求。为确保模型能准确复演天然河道流态，采用广西贵港水文水资源分局提供的2010年4月份实测的枢纽工程河段流量为500 m³/s时的瞬时水面线资料，对模型进行了水面线率定。验证结果表明，下游河道物模试验结果与原型观测的水位差值均在1 cm以内，二者具有较好的一致性。

考虑到贵港船闸实际运行中，2年一遇洪水(流量9 000 m³/s)以下时，船舶能正常进、出下游引航道，口门区通航水流条件基本满足通航要求，故以此为参考标准，要求二线船闸建成后引航道及口门区水流条件仍能够满足2年一遇洪水时的通航要求。物理模型试验针对枢纽下泄流量1 000~9 000 m³/s运行条件，测量分析一、二线船闸下游引航道口门区水流条件，试验工况见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 下游引航道口门区水流条件试验工况 Table 1 Test conditions for the entrance of downstream approach channel 工况 枢纽下泄流量/(m3·s-1) 下游水位/m 枢纽运行方式 DK1 1 000 31.39 电站发电，泄洪闸1#~18#全关 DK2 3 000 34.48 电站发电，泄洪闸8#，10#，12#开启 DK3 5 000 37.53 电站发电，泄洪闸7#~12#开启 DK4 7 000 40.36 电站停机，泄洪闸1#~12#开启 DK5 9 000 42.76 电站停机，泄洪闸1#~18#全开

表 1 下游引航道口门区水流条件试验工况 Table 1 Test conditions for the entrance of downstream approach channel

试验结果表明原设计方案中，一线船闸下引航道口门区的水流条件与二线船闸未建前基本保持一致，口门区水流条件满足通航要求。一、二线船闸之间采用实体隔流墙，二线船闸下游引航道停泊段水流条件较好，各级流量下均基本满足规范相关要求；但因口门区位于河道弯段，且弯段下游为已建码头，主河道宽度缩窄，导致口门区弯段存在一定范围的回流区，回流流速最大达0.64 m/s；同时弯段下游航道中心线左侧的横向流速也较大，个别点最大达0.82 m/s，不满足通航要求。模型试验在原设计方案的基础上，进行了优化研究。

模型中在二线船闸下游引航道口门区左侧设置底部透空的隔流墙以调整水流分布，通过比较不同隔流墙长度(110~160 m)、不同底部透空高度(2.0~6.0 m)以及隔流墙不同布置位置，研究提出了5种隔流墙优化布置方案(见图 2)。分别为：①方案1，在二线船闸下游引航道口门区左侧设置长度为160.0 m的隔流墙，其中隔流墙下游端长度110.0 m的部分向一线侧倾斜6°，底部透空高度为2.0 m，隔流墙下游末端距离二线船闸下闸首辅导航墙末端为420.0 m。②方案2，在方案1的基础上，去掉长50.0 m的隔流墙直段，并将长110.0 m、向一线侧倾斜6°的隔流墙进一步往上游平移20.0 m，底部透空高度仍为2.0 m，此时隔流墙下游末端距离二线船闸下闸首辅导航墙末端为400.0 m。③方案3，在方案2的基础上，将隔流墙底部透空高度增大为4.0 m。④方案4，在方案3的基础上，将隔流墙底部透空高度增大为6.0 m。⑤方案5，在方案4的基础上，将隔流墙向下游平移20.0 m，隔流墙下游末端至二线船闸下闸首辅导航墙末端的距离保持420.0 m。

图 2(Figure 2)

图 2 二线船闸下引航道隔流墙布置方案 Figure 2 Schemes of the guard wall layout at downstream approach channel

对比上述5种方案下的口门区流态可知，隔流墙底部透空高度在允许范围内，透空高度越大，口门区水流条件越优，底部透空超过6.0 m后，易影响船舶吃水深度范围内的水流条件。引航道隔流墙越接近下游，引航道及口门区的水流条件越好，但隔流墙下延至方案5后，接近主河道的深槽，如再向下游延伸，有可能影响行洪安全。综合考虑各方案下的通航水流条件，最终将方案5作为推荐布置型式。方案5中二线船闸下游引航道口门区仍存在回流区，但回流流速在0.4 m/s以内；除靠近主河道侧局部测点横纵向流速标外，口门区大部分测点纵向流速小于1 m/s，横向流速小于0.3 m/s，各级流量下的二线船闸下游口门区横向流速基本满足要求，见图 3。

图 3(Figure 3)

图 3 二线船闸下引航道推荐布置方案典型工况流态(Q=9 000 m3/s，流速箭头矢量上方数字为该点纵向流速，下方数字为该点横向流速) Figure 3 Flow condition of downstream approach channel under recommended layout scheme (Q=9, 000 m3/s, transverse velocity is marked at the top left of vector arrow, and the longitudinal velocity marked at the bottom left)

在口门区研究方案的基础上，物理模型试验通过研究二线船闸泄水对一线的影响，进一步探究了一、二线隔流墙的优化布置方案。试验针对二线船闸最大水头运行工况进行，采用恒定流模拟二线船闸泄水最大流量(387 m³/s)，下游引航道水位为最低通航水位29.0 m，电站1台机组发电保证航运基流时引航道内的流态。对表 2所示的6个隔流墙长度及透空方式进行对比分析。

表 2(Table 2)

表 2 一、二线隔流墙研究方案 Table 2 Research schemes of the partition wall between the first and second line shiplocks 布置方案 隔流墙长度/m 透空方式 CX-1 110 不透空 CX-2 110 底部透空高度1.5 m CX-3 135 不透空 CX-4 135 底部透空高度1.5 m CX-5 135 封堵第1孔，其余孔透空高度1.0 m CX-6 135 封堵第1孔，其余孔透空高度0.5 m

表 2 一、二线隔流墙研究方案 Table 2 Research schemes of the partition wall between the first and second line shiplocks

研究结果表明，二线船闸泄水出流均匀的条件下，其下游引航道流速基本满足要求，隔流墙底部透空1.5 m时，部分泄水水流经透空孔分流进入一线船闸下游引航道，此时二线船闸引航道流速约减小10%左右。二线船闸泄水在一线船闸下游引航道口门区产生的横向流速均小于0.3 m/s，满足要求；隔流墙底部透空后虽可分散一部分二线船闸下游引航道的水流，但透空高度大于0.5 m时在一线系船墩附近产生的横向流速较大，不能满足规范规定的引航道停泊段水流条件要求。考虑到贵港一、二线船闸下游引航道口门区较为开阔，只有其中一线船闸泄水时在另一线船闸下闸首产生的反向水头不大，综合分析后建议隔流墙采用实体不透空布置，或底部透空高度不超过0.5 m，布置长度为135 m，其流场见图 4。

图 4(Figure 4)

图 4 二线船闸最大泄水流量(387 m3/s)引航道流速分布 Figure 4 Velocity distribution of approach channel under the maximum sluicing discharge (387 m3/s) of the second line shiplock

西江航运干线贵港航运枢纽为已建工程，现有通航建筑物为一线船闸，布置于河道右岸的高漫滩上，拟建二线船闸布置在一线船闸的右侧。受多种因素影响，船闸引航道及口门区水流条件复杂，通过1:100枢纽水工整体物理模型试验对船闸下游引航道及口门区水流条件进行了研究。对位于一、二线船闸下游引航道之间起隔流作用的一线船闸引航道停泊段布置进行了研究，通过分析二线船闸引航道、一线船闸停泊段及口门区的流速大小，对不同布置长度及透空方式进行了对比，推荐采用隔流墙布置长度为135 m、底部不透空或透空高度小于0.50 m的方案。

XU Jinchao^1,2, XUAN Guoxiang², LIU Benqin², HUANG Yue², ZHU Long²