专利名称：一种稳定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度确定方法
技术领域：
本发明涉及一种内河疏浚尺度的确定方法，特别涉及一种稳定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度的确定方法。
背景技术：
对于类似长江中下游的河道，在长期演变过程中，形成了两种迥然不同的河型，即蜿蜒型单一河道与分汊型河道。分汊型河流是冲积平原河流中的一种常见河型，与单一河流相t匕，分汊河流具有二汊或多汊过流的特点，主汊一侧往往水深较大、河床较低，通航条件较好，支汊水深较小、河床较高，一般为碍航浅水道。目前，水深条件较好的主汊岸线资源利用已趋于饱和，为增加深水岸线，不得不采取疏浚措施改善支汊航道水深，以满足经济发展需要。但是，支汊航道疏浚工程的实施，将在一定程度改变分汊河道形态，引起各汊阻力及分流比的变化，进而可能影响汊道河势的稳定。因此，如何科学选择支汊航道疏浚尺度，在强 调科学发展、和谐发展的今天具有重要的现实意义。目前，就支汊航道疏浚对于分流比的研究较多，但在以往的研究中，多考虑固定疏浚尺度，而且为方便船舶的上下行航行，支汊河段也采用双线航道。这种布置方式主要存在两个问题首先，当支汊航道疏浚尺度较大时，虽能满足设计船型(队)安全通航，但往往对工程河段分流比影响较大，影响主航道的稳定，甚至可能改变分汊河道的河势；其次，如果减少疏浚尺度，特别是支汊航道的水深时，虽对工程河段分流比影响较小，但往往不能满足大型船舶的通航要求，难以达到增加深水岸线的目标。本发明拟针对大江大河的中下游分汊河道，利用水流数学模型，计算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案对于汊道分流比的影响，并根据对于河势影响最小的原则优化方案，确定合理的支汊疏浚尺度，同时结合分汊河道形态特征，提出船舶通航调度的运行方式。发明目的
寻求稳定汊道分流比的最佳支汊航道疏浚尺度的确定方法，采用不同疏浚宽度、深度组合，计算比较各组合方案条件下汊道分流比的变化情况，结合船舶通航调度，确定支汊航道的最佳疏浚尺度。
发明内容
I.所要解决技术问题
对于类似长江中下游的河道，在长期演变过程中，形成了两种迥然不同的河型，即蜿蜒型单一河道与分汊型河道。分汊型河流是冲积平原河流中的一种常见河型，与单一河流相t匕，分汊河流具有二汊或多汊过流的特点，主汊一侧往往水深较大、河床较低，通航条件较好，支汊水深较小、河床较高，一般为碍航浅水道。目前，长江类似河段水深条件较好的主汊岸线资源利用已趋于饱和，为增加深水岸线，不得不采取疏浚措施改善支汊航道水深，以满足经济发展需要。对于分汊河道来说，分流比是反映汊道兴衰变化的重要水动力学指标，支汊航道疏浚工程的实施，将在一定程度改变分汊河道形态，引起各汊阻力及分流比的变化，进而可能影响汊道河势的稳定。目前，就支汊航道疏浚对于分流比的研究较多，但在以往的研究中，多考虑固定疏浚尺度，而且为方便船舶的上下行航行，支汊河段也采用双线航道。这种布置方式主要存在两个问题首先，当支汊航道疏浚尺度较大时，虽能满足设计船型(队)安全通航，但往往对工程河段分流比影响较大，影响主航道的稳定，甚至可能改变分汊河道的河势；其次，如果减少疏浚尺度，特别是支汊航道的水深时，虽对工程河段分流比影响较小，但往往不能满足大型船舶的通航要求，难以达到增加深水岸线的目标。2.技术路线
分汊河段往往存在主汊通航顺畅、支汊碍航问题。支汊航道疏浚工程一方面可带来深水岸线，但亦会改变汊道现有分流比，影响河势稳定；通过适当的工程措施，同时审慎选择 支汊航道的疏浚尺度，可以保持整治工程前后汊道分流比较少改变，进而达到稳定河势的目的。当然，利用分汊河道特点，对于进出支汊的船舶进行调度，也使得支汊航道疏浚尺度优化成为可能。由此，本发明拟针对大江大河的中下游分汊河道，利用水流数学模型，计算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案对于汊道分流比的影响，并根据对于河势影响最小的原则优化方案，同时结合分汊河道形态特征，确定合理的支汊疏浚尺度，提出船舶通航调度的运行方式。3.技术方案
O建立数学模型及验证
建立工程河段的水流数学模型，并对模型进行率定和验证，确定相关参数，使所建立的潮流数学模型能较好地模拟水流的实际运动情况，并以此来分析工程河段的水动力条件，为不同疏浚尺度疏浚工程影响计算提供可靠的动力参数。2)疏浚尺度设计
航道尺度是航道水深、航道宽度、航道弯曲半径三个尺度的合成，对通航船舶(队)的吃水和长宽尺度直接起限制作用。航道尺度应能满足船舶安全方便地航行，确定航道尺度时，需同时考虑河流的自然特性，货运量的要求及投资成本等多方面综合比较确定。为解决以往多采用双线航道的不足及更为全面的考虑航道尺度的影响，本发明根据海港总平面设计规范要求计算设计船型(队)的通航水深，增加考虑维护水深，再依据规范要求分别计算出设计船型(队)所需航道宽度，进而组合得到不同单线、双线航道的航道尺度，以便较为全面的分析不同疏浚尺度对分流比的影响；。3)模型计算及分析
采用计算出的不同航道宽度、深度进行组合，利用所建模型计算不同疏浚尺度下工程前后的流场，分析不同疏浚尺度对工程河段分流比变化影响。可以看出疏浚尺度对于分流比变化影响较为敏感，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，但为了维持河势稳定需审慎选择疏浚尺度，兼顾维护河势稳定与航运发展要求之间的平衡。4)疏浚尺度确定
依据计算结果，改变以往支汊河段疏浚多采用双线航道的方法，并根据对于河势影响最小的原则优化方案，在进行疏浚尺度大小选择时，可通过将支汊航道由双线改为单线的方式，以减少对于汊道分流比的影响。结合分汊河段特性，优先满足支汊航道的水深要求满足大型船舶进出的需求，采用单线航道宽度可以大幅减少支汊的过水断面，至于由此造成的航行不便问题，可通过船舶航行调度加以解决，利用分汊河段的特点，规定船舶只能上行(或下行)航行，如只能由上游进入支汊，下游出汊。本发明运用水流数学模型，根据工程前后汊道分流比变化最小原则来确定支汊航道疏浚尺度，方法先进且便于实施，并能结合分汊河道特点，采用双线航道改为单线的办法，对于船舶航行进行科学调度，使得支汊航道的疏浚尺度优化得以实施，既能较小的影响工程河段河势稳定，又可较为方便的解决支汊航道单线航行的问题。发明的优点
(O运用水流数学模型，根据工程前后汊道分流比变化最小原则来确定的支汊航道疏浚尺度，物理概念清晰，方法先进可靠，结论可信，且便于实施。(2)结合分汊河道特点，对于船舶航行进行科学调度，使得支汊航道的疏浚尺度优化得以实施。
图I模型范围示意图 图2分流比断面布置示意图 实施例
下面结合长江澄通河段通州沙西水道整治工程，给出本发明提出的稳定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度确定方法的实施方案
(O建立数学模型
建立工程河段的一二维耦合潮流数学模型，一维模型上起安徽省池州市贵池区大通镇，下至江苏省常州市新北区禄安洲洲尾，全场412. 5km, 二维模型上起禄安洲洲尾，下至南支杨林站、北支青龙港，河段长约170km，计算区域面积为996. 5km2，最小尺度50m，详见图I，一、二维模型在衔接处采用接口端面法进行耦合。一维模型上游采用大通实测流量边界，杨林站、青龙港采用实测潮位边界。为使所建立的潮流数学模型能较好地模拟水流的实际运动情况，需对模型进行率定和验证，确定相关参数。曾分别利用200Γ2008年多次实测水文资料对于该模型进行过率定，本发明选用2011年10最新水文测验数据进行潮位、流速、流向、分流比等验证。验证情况较好，计算结果合理可信，能较好的反映工程前潮流运功规律，可以为不同疏浚尺度疏浚工程影响计算提供可靠的动力参数。(2)疏浚尺度设计
此次算例采用设计船型为5万吨级散货船，根据规范要求计算得通航水深为15m (85高程基面，下同)，增加考虑维护水深12. 4m,同时计算单线航道宽度200m，双线356m，组合如下表I。表I疏浚尺度设计
权利要求
1. 一种稳定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度确定方法，其特征是包括如下步骤 1)建立数学模型及验证 建立工程河段的水流数学模型，并对模型进行率定和验证，确定相关参数，使所建立的潮流数学模型能较好地模拟水流的实际运动情况，并以此来分析工程河段的水动力条件，为不同疏浚尺度疏浚工程影响计算提供可靠的动力参数； 2)疏浚尺度设计 以能满足船舶安全方便地航行为前提，同时考虑河流的自然特性，货运量的要求及投资成本多方面因素综合比较确定设计航道疏浚尺度，为解决以往多采用双线航道的不足及更为全面的考虑航道尺度的影响，本发明根据海港总平面设计规范要求计算设计船型的通航水深，增加考虑维护水深，再依据规范要求分别计算出设计船型所需航道宽度，进而组合得到不同单线、双线航道的航道尺度，以便较为全面的分析不同疏浚尺度对分流比的影响； 3)模型计算及分析 采用计算出的不同航道宽度、深度进行组合，利用所建模型计算不同疏浚尺度下工程前后的流场，分析不同疏浚尺度对工程河段分流比变化影响，可以看出疏浚尺度对于分流比变化影响较为敏感，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，但为了维持河势稳定需审慎选择疏浚尺度，兼顾维护河势稳定与航运发展要求之间的平衡； 4)疏浚尺度确定 依据计算结果，改变以往支汊河段疏浚多采用双线航道的方法，并根据对于河势影响最小的原则优化方案，在进行疏浚尺度大小选择时，通过将支汊航道由双线改为单线的方式，以减少对于汊道分流比的影响；结合分汊河段特性，优先满足支汊航道的水深要求满足大型船舶进出的需求。
全文摘要
一种稳定汊道分流比的支汊航道疏浚尺度确定方法，针对大江大河的中下游分汊河道，利用水流数学模型，计算研究支汊河段不同疏浚尺度及整治工程方案对于汊道分流比的影响，并根据对于河势影响最小的原则优化方案，确定合理的支汊疏浚尺度，同时结合分汊河道形态特征，提出船舶通航调度的运行方式。从而用于指导在分汊河段航道尺度设计、船舶调度及航线日常经营管理等方面工作。方法先进且便于实施，并能结合分汊河道特点，采用双线航道改为单线的办法，对于船舶航行进行科学调度，使得支汊航道的疏浚尺度优化得以实施，既能较小的影响工程河段河势稳定，又可较为方便的解决支汊航道单线航行的问题。
文档编号E02B3/02GK102888824SQ20121039546
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者张玮, 倪兵, 陈乾阳, 刘燃, 肖诗瑶, 刘金龙, 陈祯 申请人:河海大学