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三峡葛洲坝通航水流数值模拟及航运调度系统研究

姚仕明  
【摘要】: 三峡工程建成运用后,两坝间航道将成为长江中下游与上游航运的“瓶颈”。本文基于水流数学模型、GPS定位技术及三维虚拟仿真技术等,建立了庙河至虎牙滩河段的航运监控调度系统,对该河段的通航水流条件与航运监控调度的功能等进行了研究,对促进水利学科的发展与生产应用均具有重要的意义。 论文取得了下述1、2两项创新成果,完成了与之相关的研究内容: 1建立了船舶航线优选模型,研究了船舶航行速度、船舶与水流方向交角以及过江时间三者之间的关系。采用此模型研究得出,莲沱至南津关河段的通航时间增加10.7天,相当于增加155万吨的通过能力,具有巨大的经济效益。 2建立了集数据库、数学模型、GPS和三维仿真为一体的三峡航运监控调度系统,实现了系统中各模块之间的交互;系统具有三维场景漫游、查询、定位、数据资料的列表与实时显示、监控预警与应急处理和航运调度等功能,为制定航运调度方案提供了整体直观的支持平台。 3研发了二、三维水流数学模型。运用室内弯道以及庙河至虎牙滩河段的实测资料,对模型进行了验证与合理性分析,结果表明,模型计算结果与实测资料基本吻合,可用于庙河至虎牙滩河段的通航水流条件研究。 4三峡水库运行初期,坝区河段流速大幅度减小,航运效益显著提高;宜昌河段在流量为4000~40000 m 3 /s条件下,能满足万吨级船队的航行条件,但当流量增至45000 m 3 /s时,万吨级船队通航存在困难。 5在不考虑泥沙冲淤变化的情况下,三峡电站在枯水季节的日调节期间,两坝间河段的通航水流条件满足大吨位船舶的航行条件;在葛洲坝坝前水位为66.0m时,两坝间万吨级船队通航限制流量约为30000 m 3 /s ;当葛洲坝坝前水位降至63.0m时,相应的流量减小到25000 m 3 /s。若提高船舶上行限制流速至3.5 m /s时,两坝间河段的通航限制流量可增加至40000 m 3 /s。 6运用GPS差分定位技术设计了船舶监控系统,可对庙河至虎牙滩之间水域的船舶定位和跟踪,进而实现对该水域船舶的科学调度和船舶过坝管理。


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