第07版:中国水运新质生产力
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2024年9月20日 星期

长河段“闸—船—水”时空协同调控技术

三峡通航态势感知。

□ 侯国佼

三峡—葛洲坝梯级枢纽地处我国内河水运主动脉长江黄金水道的咽喉,其运行效率和安全性直接关系到国家经济的稳定与发展。其航运存在多船型、多航线、多通道、多货种、交通流不均衡,梯级枢纽航道落差达140米,河床起伏蜿蜒曲折,两坝间“四滩一弯一关”流态恶劣,尤其汛期在大坝泄洪和电站调峰叠加作用影响下,水位陡升陡降,航道流态紊乱,船舶航行安全风险高、管控难。针对三峡大落差长距离急流河段的船舶安全通航重大难题,创新长河段“闸—船—水”时空协同调控技术。

针对船舶交通流时空非均衡特性及其通航资源协同控制难题,突破了长河段高落差通航资源联调联控技术,通过分区预测、分段管控、核心协同的调度规程创新,构建了船舶交通流密度时空一致性调控模型,编制了船闸群闸次计划自动排产算法库,实现了水运通航资源时空网络上的链式协同调控,船舶在途、在锚的平均时间降低27%;挖掘船闸群的“闸—船—水”通航作业特征及其关联关系,揭示了“闸—船—水”耦合条件下航道流速流态—船舶驾引特性—船闸时空联动的相互影响机理,发明了闸间最低通航水位快速计算方法,编制了国内首部《通航建筑物联合调度技术规程》,填补了国内外高落差自然河道船闸群的“闸—船—水”时空协同通航理论及标准的空白。

针对船闸引航道水域回流、高度湍流涡团造成的船舶操控难题,构建了基于分区径向基函数和多重网格预估—修正迭代的分域双数学模型,揭示了“闸—船—水”多场耦合中浅水与岸壁效应、大变幅水位波动与盲肠航道效应、船间—船闸耦合效应、船—船非线性运动耦合运动规律,提出了限制水域粘势流/二因次船模—实船阻力建模方法,突破了船闸限制域水动力试验散布窄带图谱技术,研创了闸室口门区水流特性模型分析方法及系统,实现了船闸限制水域(浅水与岸壁)精细流场捕捉及其船舶运动快速预报、船舶系泊波浪载荷及其运动响应高效预估,为船闸内船舶安全行驶和停泊高效精确预测提供了理论支撑,编制了《船舶过闸驾引指南》。

针对峡谷河段水流复杂、汛期水流湍急且流态紊乱、航行条件险恶等所导致的船舶适航流量标准难以精准制定的行业难题,研发了复杂峡谷—弯道河段三维水流精细模拟及高效求解技术,构建了多因素影响的船舶航行性能测试及安全评估技术体系,发明了基于多维数据融合的通航标准分析计算方法,提出了基于满载排水量、主机功率、单位功率装载量等多维因素影响的通航流量标准,并制定了行业首部通航流量技术标准《长江三峡—葛洲坝两坝间汛期通航流量标准》(JTS/T180-5-2020),汛期最低限航流量标准由25000立方米/秒提升至30000立方米/秒,汛期通航运量提升21.60%。


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