海船闸气幕防咸设计

翟建国，刘庆茶，黄筱云，胡勇虎，伍炳坤

（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040；2.长沙理工大学 水利工程学院，湖南 长沙 410114）

引 言

在入海河口地区，特别是径流量小的河流，潮水上溯造成河道咸化。若存在海船闸，海水也会在船舶通过时向上游入侵。为避免这种问题，海船闸会布置多种防咸措施，如淡水冲洗法、气幕法、水幕法、咸淡水置换法等。对于已建成的海船闸，气幕法或水幕法通常为优先防咸措施。

海船闸的气幕防咸效果与供气量有关。现有供气量计算的Abraham[1-2]理论忽略了气幕羽流的特性，简化了气幕羽流作用下咸水入侵机制，造成计算结果偏保守。本文在Keetels 试验数据[3]的基础上，修正Abraham 理论公式，以获得更加准确的气幕供气量计算结果。

1 海水入侵机理

船闸开启时，海水会在重力作用下向淡水入侵。船闸尺度越大、过往船舶越密集，海水侵入量就越多。海水入侵量取决于闸室与外部港口之间水体密度差异、水位、水深、船闸尺寸和闸门开启时间。

海水入侵的方式有两种。第一种方式出现在海平面高于闸室水位时，海水侵入量等于闸室投影面积乘以水位差；第二种方式更为常见，海水因密度较大，会向下侵入淡水底部，形成咸淡水交换，如果船闸开启时间足够长，闸室内淡水会完全被海水置换。

一般采用相对交换率S 作为第二种海水入侵的评估指标：

式中： ρΔ 为咸淡水密度差；ρ 为淡水密度；h为水深。

单位宽度海水入侵通量：

2 气幕防咸机理

气泡帷幕是一种向上运动的气泡羽流，该羽流会在水面处发生偏转，形成水平流动，并在气幕两侧形成环流。……