长沙理工大学2013年港航专业航道整治课程设计.dox.doc

1、目 录一、滩险概况 1二、险滩成因及整治方案 2三、设计标准的确定和推算 2附图 1：床沙粒径级配曲线图 8四、整治建筑物的布置 9附图 2：整治线宽度和整治水位计算图 10五、水力计算及结论11附图 3: 丁坝断面冲於条件计算图133#附图 4： 丁坝断面图145#附图 5 丁坝断面图15:2#附图 6 丁坝断面图16:4#六、施工建议和要求18七、工程量计算19附图 7： 丁坝断面设计及工程量计算图203#参考文献资料21一、滩险概况该浅滩位于湘江湘钢附近，河床属于沙质，河宽为 600700m，一般枯水期水深较浅，妨碍航行。该浅滩属正常浅滩，上边滩较高，下边滩较低，边滩与深槽相互对应分布，

2、上、下深槽相互对峙而不交错，它的两侧具有较高的边滩。上、下深槽在平面上相互交错，下深槽的上端（倒套）窄而深，边滩较低，横向漫滩水流强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹斜窄，浅滩冲淤变化较大。该浅滩右岸有一钢铁厂，需要取水，故要求整治时不封死右边滩，预留水道，设计水位时分流量不小于15m/s。中枯水期，水流向上深槽漫越上沙咀流向下深槽，形成扇形水流，水流分散，水深不足，严重影响航行，需要整治。二、险滩成因及整治方案该浅滩形成的原因是多方面的，但主要是水流分散，边滩较低，导致水流归槽时间迟，由于上边滩较高，水流到达过渡段后，下边滩较低，河面比上面宽，使水流流速减小，挟沙能力减弱，形成淤积。横向漫滩水流比较强烈，

3、浅滩脊宽浅，鞍凹不明显，浅滩冲於变化较大。根据浅滩成因可知，滩险形成的主要原因是河面过宽，边滩低，故应针对这些因素采取相应的措施，制定整治方案如下：束窄河面，加高下边滩，使流速增大，形成对浅滩的冲刷。采取这些措施后，可使中枯水位时，水流归槽早，冲刷时间增加。具体实施方案如下：左边沿整治线布置一顺坝，起到引导水流、束狭河床的作用。考虑到右岸有钢铁厂取水需要，故整治河段应设计成人工分汊河段，而且在设计水位时右汊分流量应不小于 15m/s，因此须在右岸岸边预留水道河面宽度；再在河中修筑丁坝，使水流集中，流速增大，达到冲刷目的，同时也满足了钢铁厂的取水要求。主航道整治线宽度可按总的整治线宽度减去预留水

4、道河面宽度确定。三、 设计标准的确定和推算（一）航道基本尺度确定：I 航道水深：航道标准水深包括船舶的标准吃水和富余水深，即 H=T+H 式中：H航道水深（m） T船舶吃水（m） H富余水深（m）取 T=1.62m ，H=T+ +d 按沙质河床浅滩考虑，触底安全富余量 d=0.4m1船舶航行下沉量 =m v = =7.1428m/s 1 船 长船 宽 709.8查表采用内插法求得 m=0.00158 v 取 20km/h ，即取 5.56m/s取 0.877 =0.00158 =0.0457m 1 0.8775.56=+ 1+ =1.62+0.046+0.4=2.07则航道水深 H=2.07m

5、II 直线航道宽度：采用双向航道，B=2b 2L + +2 cos+ sin1 2式中：B航道宽度； b 船队宽度；L船队长度；漂角；船队间的富余宽度；1船队与航道边缘间的富余宽度。2取 b=9.8m L=70m 由于湘江主要为级与级航道，按级至级航道的漂角选用 3按平原、丘陵地区航道估算式得： =0.7b+4 =0.2b+1.21 2式中：b会船的两船队宽度的平均值，取 9.8m则： =0.79.8+4=10.86m 1=0.29.8+1.2=3.16m 2将式代入式得：B=29.8 +270 +10.86+23.16=44（m）cos3 sin3（二） 浅滩设计水位确定及浅滩床沙分析：I

6、浅滩设计水位确定浅滩上游设有基本水文站，并收集到有浅滩基本水尺与基本水文站的同步水位观测资料，根据这些资料，采用水位相关法确定浅滩设计水位，过程如下：表 1 某年枯水期浅滩基本水位与基本水文站水位相关计算表项次浅滩（ ）xi基站（ ）yi （ xi- -x)（ yi- -y) - (xi -x) （ yi- -y) - (xi -x)（ y- -y)1 31.35 32.28 0.55 0.36 0.30 0.13 0.20 2 31.61 32.67 0.81 0.75 0.66 0.56 0.61 3 32.28 33.12 1.88 1.2 3.53 1.44 2.26 4 32.61

7、33.22 1.81 1.3 3.28 1.69 2.35 5 32.27 33.05 1.47 1.13 2.16 1.28 1.66 6 31.84 32.81 1.04 0.89 1.08 0.79 0.93 7 31.75 32.58 0.95 0.66 0.90 0.44 0.63 8 31.29 32.38 0.49 0.46 0.24 0.21 0.23 9 31.15 32.21 0.35 0.29 0.12 0.08 0.10 10 30.92 32.11 0.12 0.19 0.01 0.04 0.02 11 30.85 32.00 0.05 0.08 0.00 0.01

8、0.00 12 30.82 31.95 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 13 30.78 31.88 -0.02 -0.04 0.00 0.00 0.00 14 30.70 31.84 -0.1 -0.08 0.01 0.01 0.01 15 30.64 31.81 -0.16 -0.11 0.03 0.01 0.02 16 30.55 31.80 -0.25 -0.12 0.06 0.01 0.03 17 30.53 31.76 -0.27 -0.16 0.07 0.03 0.04 18 30.44 31.70 -0.36 -0.22 0.13 0.05 0.08 19 3

9、0.37 31.58 -0.43 -0.34 0.18 0.12 0.15 20 30.32 31.56 -0.48 -0.36 0.23 0.13 0.17 21 30.30 31.54 -0.5 -0.38 0.25 0.14 0.19 22 30.27 31.50 -0.53 -0.42 0.28 0.18 0.22 23 30.20 31.44 -0.6 -0.48 0.36 0.23 0.29 24 30.18 31.40 -0.62 -0.52 0.38 0.27 0.32 25 30.10 31.34 -0.7 -0.58 0.49 0.34 0.41 26 29.42 30.8

10、2 -1.38 -1.1 1.90 1.21 1.52 27 29.39 30.80 -1.41 -1.12 1.99 1.25 1.58 28 29.35 30.76 -1.45 -1.16 2.10 1.35 1.68 29 30.42 31.63 -0.38 -0.29 0.14 0.08 0.11 总计 893.10 925.54 -0.1 -0.14 20.92 12.07 15.80 平均 30.80 31.92 相关系数0.99 根据上表计算相关系数并检验，首先计算均方差：= = =0.86 （ )1 20.92291= = =0.66 （ )1 12.07291然后计算相关系数

11、：= = =0.99（ )（ )（ )（ ) 15.8020.9212.07显著水平检验：n=29，n-2=27；显著水平 取 0.01，查工程水文学教材表 4-8 得 =0.4687. 0.01因为 =0.99 =0.4687，故 是显著的，可以进行相关分析计算，关系是密切的。 0.01建立回归方程，首先计算回归系数：= =0.99 / 0.660.86=0.76= =0.99 / 0.860.66=1.29建立 y 倚 x 的回归方程： y- = （x- 即 y-31.92=0.76（x-30.80） /）得到水位相关方程为： y=0.76x+8.51 根据回归方程插补延长 y 系列得到水

12、位相关图如下图 1：图 1 基本站与浅滩水位相关图由于上游基本水文站设计水位为 30.40m，以 y=30.40 代入式得：30.40=0.76x+8.51 解得 x=28.80m即得到浅滩 =28.80m 设再由浅滩设计水位推求整治水位。根据经验数值法，有整治水位超高值 a= - 整 设式中： 整治水位（与整治建筑物头部齐平的水位） 整根据该河段整治航道经验有 a：0.8m1.5m 可取 a=1.0，则有：整 = 设 +=28.80+1.0=29.80（ ）II 浅滩床沙分析以下表 2 为筛分资料统计表：表 2 泥沙筛分资料统计表筛孔直径（mm） 筛内泥沙重量（g） 通过累积百分率（%）7

13、0 0.00%5 45.04 8.00%3 22.52 12.00%2 11.26 14.00%1 39.41 21.00%0.5 33.78 27.00%0.25 101.34 45.00%0.1 197.05 80.00%0.05 112.6 100.00%总重 563 由浅滩沙样筛分资料可绘得浅滩泥沙级配曲线如附图 1。由附图 1 知： =0.20mm =0.15mm50 65（三） 浅滩成因分析：I 分析浅滩的组成、特性、成因在地形图上找出水深小于通航水深的区域，并圈之。从地形图所圈区域看出，该浅滩为正常浅滩。 组成情况：边滩与深槽相互对应分布，上、下深槽相互对峙而不交错，它的两侧具有

14、较高的边滩。鞍凹明显，且宽度较小，顺直，鞍凹水深较大，航槽位置稳定，浅滩的冲淤变化不大。 形态特征：上、下深槽在平面上相互交错，下深槽的上端（倒套）窄而深，边滩较低，横向漫滩水流强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹斜窄或无明显鞍凹，浅滩冲淤变化较大。 水流特征：浅滩鞍凹轴线与各级水位下的水流方向夹角均较小，流路集中，过渡段长度适当，水流平顺。 浅滩成因：主要是水流分散，边滩较低，导致水流归槽时间迟，由于上边滩较高，水流到达过 渡段后，下边滩较低，河面比上面宽，使水流流速减小，挟沙能力减弱，形成淤积。横向漫滩水流比较强烈，浅滩脊宽浅，鞍凹不明显，浅滩冲於变化较大。II 确定整治措施根据浅滩成因，即是因为河面宽

15、、边滩低而形成的，所以根据以上原因确定整治方案：束窄河面，加深下边滩，使水流流速增大，形成对浅滩的冲刷，这样整治可使中、枯水时水流归槽，冲刷时间增加。具体情况是：考虑左边用顺坝引导水流，束窄河面。右边考虑到钢铁厂取水，而且在设计水位时河面宽不小于 50m，水流量不小于 15m/s，所以在河中间修筑丁坝，使水流集中，流速增大，达到冲刷目的，同时也满足钢铁厂的取水要求。四、 整治建筑物的布置I 确定整治水位和整治线宽度在地形图上选用-断面，绘得该断面断面图如附图 2。采用“流速控制法”确定整治水位和整治线宽度：浅滩整治水位 =29.80m 浅滩设计水位 =28.80m 2 3由相关方程 y=0.7

16、6x+8.51 可推求得：基本站整治水位 =31.16m 基本站设计水位 =30.40m 2 3根据上游基本水文站低水位时水位流量相关方程：Q=504Z-15060（m/s）可求得：=504 m/s整治流量 2 31.1615060=644.64=504 m/s设计 流量 3 30.4015060=261.60综合考虑整治流量与设计流量，可假设一个整治线宽度 =380m2通过划分流带，进行水流平面图的计算，并结合断面图可估算得：(1)整治断面面积 = 1391 整 =整治水位时各流带垂线平均流速 = = =0.78m/s22整 644.64831整治断面平均水深 = =2.04m整整=1391

17、680整治断面起动流速 =6 =6 =0.36m/s 136516 （ 0.15103） 132.0416则有：满足 2 （2）设计断面面积 = 730 设 =设计水位时的垂线平均流速 = = =0.35m/s33设 261.60730设计水位水面宽度 B=372m设计断面平均水深 = 1.92m设设=730380=根据当地情况，可求得：起动流速 =6 =6 0.36m/s 136516 （ 0.15103） 131.9216=止动流速 =3.83 =3.83 0.23m/s 136516 （ 0.15103） 131.9216=则满足： 设计水位下： 3 即取整治线宽度 =380m 合理 ，

18、根据计算值可取整数，最终取 =380m.2 2II 布置整治线由于右岸有钢铁厂取水需要，预留大于 50m 的河宽，因此在布置整治线时要留取 80m 左右的河面宽度用于右岸取水，其余 300m 布置在左岸，如平面地形布置图所示。在上深槽，整治线依托主导河岸（右岸），在下深槽，整治线依托左岸主导河岸。在上深槽段布置380m 宽的整治线，在下深槽布置 300m 宽的整治线，中间以圆滑的整治线平滑连接。III 整治建筑物布置在上深槽以上区域有一支汊，为引导水流避免淤积，可在浅滩头部布置 顺坝，坝长 220m，在该坝1#下游 340m 处布置 丁坝，即在 II-II 断面布置 丁坝，坝长为 110m，布

19、置时丁坝间距约为 12 倍坝长；3# 3#在距离 丁坝 330m 的 III-III 断面上布置 丁坝，长为 70m，此时已接近下深槽，由于丁坝的收缩断面3# 5#恰好在深槽上一点，能将浅滩较好地冲刷，因此左岸不必再加丁坝，只布置 丁坝。1#、 3#、 5#在整治线的右侧与钢铁厂之间，布置 、 丁坝。其中 坝布置在鱼嘴头部，垂直水流方向，长为2# 4# 2#50m。在鱼嘴尾部处布置 丁坝，坝长为 90m。 4#五、 水力计算及结论I 校核设计水位时右岸预留水道分流量要求右汊分流量 ，点绘 、 坝断面的图形，其中 坝断面为左汊控制右 设 15/3#、 5#、 2# 4# 3#、 5#面， 、 坝

20、断面为右汊控制断面。2# 4# 左 左左左左左 ezKJQ右 右右右右右由于 （各汊落差） 右左 z假设： （各汊糙率）右左 n（各汊长度）右左 e可推得：总右左 左左 QKQ 总右左 右右 QK式中： ；mmK21；35iiHB、 -各控制断面河面宽和平均水深；iim-控制断面个数，本设计取丁坝断面为控制断面；、 、 -各汊流量和总流量。左 ，Q右 ， 总 ，(1)左汊控制断面： 坝断面3#设计水位时： =380m =1.06m3 3则 = =380 =418.76353HB1.0653同理 =380m =1.45m5 5则 = =380 =705.885 31.4553所以 = （ ） =

21、 =562.32左123+5 418.76+705.882(2)右汊控制断面： 坝断面2#设计水位时： =54m =0.83m2 2则 = =54 =39.582 35HB0.8353同理 =54m =0.74m4 4则 = =54 =32.694 350.7453所以 = （ ） = =36.14右122+4 39.58+32.692则有 = =245.8m/s总右左 左左 QKQ562.32261.6562.32+36.14= =15.8m/s 15m/s总右左 右右36.14261.6562.32+36.14因此根据设计要求，右汊分流量符合要求。II 计算整治水位时丁坝断面流场选择 断面进行计算，如果 ，则满足冲刷条件。其中：3#坝 PiiV，冲刷流速（沙莫夫公式）615CPPHdV式中， -为第 流带平均流速。ii-为第 流带床沙冲刷流速（或大量泥沙起动流速）。Pi-用浅滩床沙之 。65d65d-整治前流带平均水深。CPH整治水位时左汊航道 =583.17m/s整左由流场计算表（见附图 3）可得：K= = =0.93整左53 583.17628.69在航道范围（44m）以内，包含于 5 号流带。=6 =6 51365165（ 0.15103） 131.9316=0.36 /所以 =1.44m/s5 5