專利名稱：一種穩(wěn)定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)河疏浚尺度的確定方法，特別涉及一種穩(wěn)定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度的確定方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于類似長(zhǎng)江中下游的河道，在長(zhǎng)期演變過程中，形成了兩種迥然不同的河型，即蜿蜒型單一河道與分汊型河道。分汊型河流是沖積平原河流中的一種常見河型，與單一河流相t匕，分汊河流具有二汊或多汊過流的特點(diǎn)，主汊一側(cè)往往水深較大、河床較低，通航條件較好，支汊水深較小、河床較高，一般為礙航淺水道。目前，水深條件較好的主汊岸線資源利用已趨于飽和，為增加深水岸線，不得不采取疏浚措施改善支汊航道水深，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。但是，支汊航道疏浚工程的實(shí)施，將在一定程度改變分汊河道形態(tài)，引起各汊阻力及分流比的變化，進(jìn)而可能影響汊道河勢(shì)的穩(wěn)定。因此，如何科學(xué)選擇支汊航道疏浚尺度，在強(qiáng) 調(diào)科學(xué)發(fā)展、和諧發(fā)展的今天具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，就支汊航道疏浚對(duì)于分流比的研究較多，但在以往的研究中，多考慮固定疏浚尺度，而且為方便船舶的上下行航行，支汊河段也采用雙線航道。這種布置方式主要存在兩個(gè)問題首先，當(dāng)支汊航道疏浚尺度較大時(shí)，雖能滿足設(shè)計(jì)船型(隊(duì))安全通航，但往往對(duì)工程河段分流比影響較大，影響主航道的穩(wěn)定，甚至可能改變分汊河道的河勢(shì)；其次，如果減少疏浚尺度，特別是支汊航道的水深時(shí)，雖對(duì)工程河段分流比影響較小，但往往不能滿足大型船舶的通航要求，難以達(dá)到增加深水岸線的目標(biāo)。本發(fā)明擬針對(duì)大江大河的中下游分汊河道，利用水流數(shù)學(xué)模型，計(jì)算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案對(duì)于汊道分流比的影響，并根據(jù)對(duì)于河勢(shì)影響最小的原則優(yōu)化方案，確定合理的支汊疏浚尺度，同時(shí)結(jié)合分汊河道形態(tài)特征，提出船舶通航調(diào)度的運(yùn)行方式。發(fā)明目的
尋求穩(wěn)定汊道分流比的最佳支汊航道疏浚尺度的確定方法，采用不同疏浚寬度、深度組合，計(jì)算比較各組合方案條件下汊道分流比的變化情況，結(jié)合船舶通航調(diào)度，確定支汊航道的最佳疏浚尺度。

發(fā)明內(nèi)容
I.所要解決技術(shù)問題
對(duì)于類似長(zhǎng)江中下游的河道，在長(zhǎng)期演變過程中，形成了兩種迥然不同的河型，即蜿蜒型單一河道與分汊型河道。分汊型河流是沖積平原河流中的一種常見河型，與單一河流相t匕，分汊河流具有二汊或多汊過流的特點(diǎn)，主汊一側(cè)往往水深較大、河床較低，通航條件較好，支汊水深較小、河床較高，一般為礙航淺水道。目前，長(zhǎng)江類似河段水深條件較好的主汊岸線資源利用已趨于飽和，為增加深水岸線，不得不采取疏浚措施改善支汊航道水深，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。對(duì)于分汊河道來說，分流比是反映汊道興衰變化的重要水動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，支汊航道疏浚工程的實(shí)施，將在一定程度改變分汊河道形態(tài)，引起各汊阻力及分流比的變化，進(jìn)而可能影響汊道河勢(shì)的穩(wěn)定。目前，就支汊航道疏浚對(duì)于分流比的研究較多，但在以往的研究中，多考慮固定疏浚尺度，而且為方便船舶的上下行航行，支汊河段也采用雙線航道。這種布置方式主要存在兩個(gè)問題首先，當(dāng)支汊航道疏浚尺度較大時(shí)，雖能滿足設(shè)計(jì)船型(隊(duì))安全通航，但往往對(duì)工程河段分流比影響較大，影響主航道的穩(wěn)定，甚至可能改變分汊河道的河勢(shì)；其次，如果減少疏浚尺度，特別是支汊航道的水深時(shí)，雖對(duì)工程河段分流比影響較小，但往往不能滿足大型船舶的通航要求，難以達(dá)到增加深水岸線的目標(biāo)。2.技術(shù)路線
分汊河段往往存在主汊通航順暢、支汊礙航問題。支汊航道疏浚工程一方面可帶來深水岸線，但亦會(huì)改變汊道現(xiàn)有分流比，影響河勢(shì)穩(wěn)定；通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，同時(shí)審慎選擇 支汊航道的疏浚尺度，可以保持整治工程前后汊道分流比較少改變，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定河勢(shì)的目的。當(dāng)然，利用分汊河道特點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)出支汊的船舶進(jìn)行調(diào)度，也使得支汊航道疏浚尺度優(yōu)化成為可能。由此，本發(fā)明擬針對(duì)大江大河的中下游分汊河道，利用水流數(shù)學(xué)模型，計(jì)算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案對(duì)于汊道分流比的影響，并根據(jù)對(duì)于河勢(shì)影響最小的原則優(yōu)化方案，同時(shí)結(jié)合分汊河道形態(tài)特征，確定合理的支汊疏浚尺度，提出船舶通航調(diào)度的運(yùn)行方式。3.技術(shù)方案
O建立數(shù)學(xué)模型及驗(yàn)證
建立工程河段的水流數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，確定相關(guān)參數(shù)，使所建立的潮流數(shù)學(xué)模型能較好地模擬水流的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，并以此來分析工程河段的水動(dòng)力條件，為不同疏浚尺度疏浚工程影響計(jì)算提供可靠的動(dòng)力參數(shù)。2)疏浚尺度設(shè)計(jì)
航道尺度是航道水深、航道寬度、航道彎曲半徑三個(gè)尺度的合成，對(duì)通航船舶(隊(duì))的吃水和長(zhǎng)寬尺度直接起限制作用。航道尺度應(yīng)能滿足船舶安全方便地航行，確定航道尺度時(shí)，需同時(shí)考慮河流的自然特性，貨運(yùn)量的要求及投資成本等多方面綜合比較確定。為解決以往多采用雙線航道的不足及更為全面的考慮航道尺度的影響，本發(fā)明根據(jù)海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范要求計(jì)算設(shè)計(jì)船型(隊(duì))的通航水深，增加考慮維護(hù)水深，再依據(jù)規(guī)范要求分別計(jì)算出設(shè)計(jì)船型(隊(duì))所需航道寬度，進(jìn)而組合得到不同單線、雙線航道的航道尺度，以便較為全面的分析不同疏浚尺度對(duì)分流比的影響；。3)模型計(jì)算及分析
采用計(jì)算出的不同航道寬度、深度進(jìn)行組合，利用所建模型計(jì)算不同疏浚尺度下工程前后的流場(chǎng)，分析不同疏浚尺度對(duì)工程河段分流比變化影響?？梢钥闯鍪杩３叨葘?duì)于分流比變化影響較為敏感，疏?？梢栽黾又с夥至鞅?，疏浚尺度越大支汊分流比增加越多，但為了維持河勢(shì)穩(wěn)定需審慎選擇疏浚尺度，兼顧維護(hù)河勢(shì)穩(wěn)定與航運(yùn)發(fā)展要求之間的平衡。4)疏浚尺度確定
依據(jù)計(jì)算結(jié)果，改變以往支汊河段疏浚多采用雙線航道的方法，并根據(jù)對(duì)于河勢(shì)影響最小的原則優(yōu)化方案，在進(jìn)行疏浚尺度大小選擇時(shí)，可通過將支汊航道由雙線改為單線的方式，以減少對(duì)于汊道分流比的影響。結(jié)合分汊河段特性，優(yōu)先滿足支汊航道的水深要求滿足大型船舶進(jìn)出的需求，采用單線航道寬度可以大幅減少支汊的過水?dāng)嗝?，至于由此造成的航行不便問題，可通過船舶航行調(diào)度加以解決，利用分汊河段的特點(diǎn)，規(guī)定船舶只能上行(或下行)航行，如只能由上游進(jìn)入支汊，下游出汊。本發(fā)明運(yùn)用水流數(shù)學(xué)模型，根據(jù)工程前后汊道分流比變化最小原則來確定支汊航道疏浚尺度，方法先進(jìn)且便于實(shí)施，并能結(jié)合分汊河道特點(diǎn)，采用雙線航道改為單線的辦法，對(duì)于船舶航行進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，使得支汊航道的疏浚尺度優(yōu)化得以實(shí)施，既能較小的影響工程河段河勢(shì)穩(wěn)定，又可較為方便的解決支汊航道單線航行的問題。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(O運(yùn)用水流數(shù)學(xué)模型，根據(jù)工程前后汊道分流比變化最小原則來確定的支汊航道疏浚尺度，物理概念清晰，方法先進(jìn)可靠，結(jié)論可信，且便于實(shí)施。(2)結(jié)合分汊河道特點(diǎn)，對(duì)于船舶航行進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，使得支汊航道的疏浚尺度優(yōu)化得以實(shí)施。


圖I模型范圍示意圖 圖2分流比斷面布置示意圖 實(shí)施例
下面結(jié)合長(zhǎng)江澄通河段通州沙西水道整治工程，給出本發(fā)明提出的穩(wěn)定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度確定方法的實(shí)施方案
(O建立數(shù)學(xué)模型
建立工程河段的一二維耦合潮流數(shù)學(xué)模型，一維模型上起安徽省池州市貴池區(qū)大通鎮(zhèn)，下至江蘇省常州市新北區(qū)祿安洲洲尾，全場(chǎng)412. 5km, 二維模型上起祿安洲洲尾，下至南支楊林站、北支青龍港，河段長(zhǎng)約170km，計(jì)算區(qū)域面積為996. 5km2，最小尺度50m，詳見圖I，一、二維模型在銜接處采用接口端面法進(jìn)行耦合。一維模型上游采用大通實(shí)測(cè)流量邊界，楊林站、青龍港采用實(shí)測(cè)潮位邊界。為使所建立的潮流數(shù)學(xué)模型能較好地模擬水流的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，需對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，確定相關(guān)參數(shù)。曾分別利用200Γ2008年多次實(shí)測(cè)水文資料對(duì)于該模型進(jìn)行過率定，本發(fā)明選用2011年10最新水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行潮位、流速、流向、分流比等驗(yàn)證。驗(yàn)證情況較好，計(jì)算結(jié)果合理可信，能較好的反映工程前潮流運(yùn)功規(guī)律，可以為不同疏浚尺度疏浚工程影響計(jì)算提供可靠的動(dòng)力參數(shù)。(2)疏浚尺度設(shè)計(jì)
此次算例采用設(shè)計(jì)船型為5萬噸級(jí)散貨船，根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算得通航水深為15m (85高程基面，下同)，增加考慮維護(hù)水深12. 4m,同時(shí)計(jì)算單線航道寬度200m，雙線356m，組合如下表I。表I疏浚尺度設(shè)計(jì)
權(quán)利要求
1. 一種穩(wěn)定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度確定方法，其特征是包括如下步驟 1)建立數(shù)學(xué)模型及驗(yàn)證 建立工程河段的水流數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，確定相關(guān)參數(shù)，使所建立的潮流數(shù)學(xué)模型能較好地模擬水流的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，并以此來分析工程河段的水動(dòng)力條件，為不同疏浚尺度疏浚工程影響計(jì)算提供可靠的動(dòng)力參數(shù)； 2)疏浚尺度設(shè)計(jì) 以能滿足船舶安全方便地航行為前提，同時(shí)考慮河流的自然特性，貨運(yùn)量的要求及投資成本多方面因素綜合比較確定設(shè)計(jì)航道疏浚尺度，為解決以往多采用雙線航道的不足及更為全面的考慮航道尺度的影響，本發(fā)明根據(jù)海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范要求計(jì)算設(shè)計(jì)船型的通航水深，增加考慮維護(hù)水深，再依據(jù)規(guī)范要求分別計(jì)算出設(shè)計(jì)船型所需航道寬度，進(jìn)而組合得到不同單線、雙線航道的航道尺度，以便較為全面的分析不同疏浚尺度對(duì)分流比的影響； 3)模型計(jì)算及分析 采用計(jì)算出的不同航道寬度、深度進(jìn)行組合，利用所建模型計(jì)算不同疏浚尺度下工程前后的流場(chǎng)，分析不同疏浚尺度對(duì)工程河段分流比變化影響，可以看出疏浚尺度對(duì)于分流比變化影響較為敏感，疏浚可以增加支汊分流比，疏浚尺度越大支汊分流比增加越多，但為了維持河勢(shì)穩(wěn)定需審慎選擇疏浚尺度，兼顧維護(hù)河勢(shì)穩(wěn)定與航運(yùn)發(fā)展要求之間的平衡； 4)疏浚尺度確定 依據(jù)計(jì)算結(jié)果，改變以往支汊河段疏浚多采用雙線航道的方法，并根據(jù)對(duì)于河勢(shì)影響最小的原則優(yōu)化方案，在進(jìn)行疏浚尺度大小選擇時(shí)，通過將支汊航道由雙線改為單線的方式，以減少對(duì)于汊道分流比的影響；結(jié)合分汊河段特性，優(yōu)先滿足支汊航道的水深要求滿足大型船舶進(jìn)出的需求。
全文摘要
一種穩(wěn)定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度確定方法，針對(duì)大江大河的中下游分汊河道，利用水流數(shù)學(xué)模型，計(jì)算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案對(duì)于汊道分流比的影響，并根據(jù)對(duì)于河勢(shì)影響最小的原則優(yōu)化方案，確定合理的支汊疏浚尺度，同時(shí)結(jié)合分汊河道形態(tài)特征，提出船舶通航調(diào)度的運(yùn)行方式。從而用于指導(dǎo)在分汊河段航道尺度設(shè)計(jì)、船舶調(diào)度及航線日常經(jīng)營(yíng)管理等方面工作。方法先進(jìn)且便于實(shí)施，并能結(jié)合分汊河道特點(diǎn)，采用雙線航道改為單線的辦法，對(duì)于船舶航行進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，使得支汊航道的疏浚尺度優(yōu)化得以實(shí)施，既能較小的影響工程河段河勢(shì)穩(wěn)定，又可較為方便的解決支汊航道單線航行的問題。
文檔編號(hào)E02B3/02GK102888824SQ20121039546
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者張瑋, 倪兵, 陳乾陽, 劉燃, 肖詩(shī)瑤, 劉金龍, 陳禎 申請(qǐng)人:河海大學(xué)