对于某些大型水利枢纽工程,受枢纽泄洪的影响,下游引航道口门区水流紊乱、水位波动较大,严重威胁了船舶安全过坝。本文基于向家坝水利枢纽,针对该问题,采用原型观测、实船试航和船舶运动数学模型相结合的方法,主要从以下两方面进行研究:(1)观测并研究向家坝枢纽下游引航道口门区水位波动为主导作用的通航水流条件;(2)研究口门区水位波动与船舶航行运动姿态参数的关系,分析引航道口门区水位波动对船舶航行安全的影响。这一系列研究对确保船舶安全通航具有重要的理论和实际意义。为给船舶运动数学模型提供验证资料,本文对向家坝枢纽下游引航道口门区布置的多个水位测点开展原型观测,在同一下泄流量下,船舶上下行行驶至口门区时,对船舶航行姿态参数进行测量。选取实船试验船舶作为船舶运动数学模型研究对象,建立船舶运动数学模型,将数模计算横摇角度与实船试验实测角度进行对比,验证结果表明:船舶上下行航行至口门区时,其横摇角度数模计算值与原观实测值大致相符,说明模拟采用的数学模型具有一定的合理性和计算精度。针对口门区水位波动与船舶航行运动姿态参数的关系问题,采用船舶数学模型对船舶在不同浪流作用下的横摇角度和横向加速度进行了计算,总结了波高、波向、流向和流速四个因素对船舶运动横摇角度和横向加速度的影响,得到了以下结论:(1)船舶运动横摇角度和横向加速度均随波高的增大而增大。(2)波向为60°、90°、120°、-60°、-90°、-120°时,船舶受到了较大的横向外界荷载作用,在横向上的运动比较剧烈。(3)波向和流向组合不同,船舶运动规律不同。在波向、波高一定的条件下,当流速小于某一“流速”时,船舶运动横摇角度和横向加速度随着流向和波向夹角的增大而减小;当流速大于这一“流速”且流向和波向在垂直于波向的轴同侧时,船舶运动横摇角度和横向加速度随着流向和波向夹角的增大而减小,当流向和波向在垂直于波向的轴的异侧时,规律不明显。(4)当波向和流向在垂直于波向的轴的同侧时,船舶运动横摇角度和横向加速度随流速的增大而增大,且波向和流向方向相同时,增幅最大,随着夹角增大,增幅逐渐减小。当波向和流向夹角为90°时,流速对船舶运动横摇角度和横向加速度几乎没有影响;当波向和流向在垂直于波向的轴的异侧时,流速在一定范围内,船舶运动姿态参数随流速的增大而减小,当流速继续增大时,船舶运动横摇角度和横向加速度随流速的增大而增大。为分析引航道口门区水位波动对船舶航行安全的影响,本文以《船舶设计实用手册》中船长感受到的船舶安全性特征参数作为标准,船舶数值计算结果为基础数据,分析波高了对船舶航行安全的影响。分析结果表明:相对于横摇角度船舶航行安全特征参数,在船舶不受横流影响的条件下,船舶航行安全能承受的最大波高较大;在受到不同程度横流影响的条件下,船舶航行安全能承受的最大波高有所减小。相对于横向加速度船舶航行安全特征参数,在有无横流影响的条件下,波高对船舶航行安全的影响程度变化不大,相对于波高对横摇值的影响,横向加速度受波高的影响更为敏感。