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1、港航工程及近海作业 第8单元 整治断面设计 主讲老师：肖政,3.2 整治断面设计 1 设计水位 2 整治水位 3 整治线宽度 4 整治水位和整治宽度的调整,3 航道整治工程,1 设计水位,1.1 基本概念 1）设计水位定义 设计水位包括最低通航水位和最高通航水位, 是计算标准船队(舶 ) 正常通航天数的依据。 设计最低通航水位：可以正常通航的最低水位，即航道标准尺度的起算水位，内河中又称航行深度基准面（航行基面，绘图基面）。 设计最高通航水位：可以正常通航的最高水位，控制桥、闸等跨河建筑物净高的水位。,1 设计水位,1.1 基本概念 1）设计水位定义 设计通航期：正常的通航期T2和T4之和，在
2、正常的通航期（T2+T4 ） 内扣除冰凌、大风和大雾影响通航的天数，就是航道的设计通航期。,正常通航期示意图,1 设计水位,1.1 基本概念 2）设计水位的意义： （1）是规划、设计、施工的“技术标准”；是维护航道尺度的“基本依据”。 （2）水位定得高，工程量减少，通航保证率低。水位定得低，工程量大，通航保证率高，选择最经济、合理的。,1 设计水位,1.1 基本概念 3）浅滩设计水位确定的基本思路： （1）利用通航保证率来确定设计水位 通航保证率：一年内能通航的天数与全年天数之比。 美国密西西比河、莱茵河、俄罗斯、中国。 （2）基本站的设计水位。需推求出与该浅滩有直接关系的相邻水文站的设计水位
3、,称为基本站的设计水位。 （3）浅滩设计水位。通过在浅滩区域设立临时水尺，将基本站设计水位相关到浅滩的临时水尺上来，找到基本站与浅滩的相互关系，从而推求处浅滩设计水位。,1.2 基本水文站设计水位的确定 1）基本水位站的选择 一般拟整治的浅滩河段，选着上下游临近水文站作为基本站，其选择原则如下： 水文站与浅滩之间没有拦河闸、坝，水文条件相似。 无较大支流入汇，无较大引水工程，Q相近。 有连续多年（1520年以上）可靠的水位、流量资料和统一的水准基面。 相距不能太远，航道尺度相同。,1 设计水位,1.2、基本水文站设计水位的确定 2） 基本水位站设计最低通航水位确定方法：根据通航标准，要求达到航
4、道尺度的起算水位，称设计最低通航水位，又称设计水位。,1 设计水位,（1）保证率频率法： a、绘出各年日平均水位保证率曲线，由航道等级求出某一个保证率P1所对应得水位Zi。P1只一个，而每年有一个Zi。 b、对各年同一保证率的水位进行频率计算，绘出频率曲线 c、由规定的设计频率，查出设计最低水位。,1 设计水位,该方法既有保证率的概念（一年内的），又有频率的概念（多年内的），因此在14级航道常用，但工作量大。,（2）综合历时曲线法：a、由航道等级确定设计的保证率。b、将每年日平均水位作为样本，求出每一水位保证率，绘制曲线。c 、由设计保证率查出设计水位。,1 设计水位,该方法有多年平均保证率的
5、概念，方法简便，但结果偏高，因此，57级航道常用。,（3） 基本站最高通航水位的确定方法 根据我国国家标准内河通航标准的规定，设计最高通航水位洪水重现期。,通航建筑物设计最高通航水位的洪水频率,1 设计水位,最高通航水位的推求 流量频率法：先确定设计频率及允许停航天数，在历年实测流量过程线上，以t0截取各年通航流量作为样本进行频率计算，求出设计流量后，换算成相应的设计水位。 历时频率法：首先假定Q，在历年流量过程线上截取不同停航天数t1,以t1为样本进行频率计算，根据规定的频率Px求得tp 、Q2、Q3等，以同样方法求得tp2 、 tp3等。最后建立流量与停航或减载天数的关系曲线，按允许的停航
6、天数t0在曲线上找到设计最高通航流量，再换算成最高通航水位。,1 设计水位,1.3 浅滩设计水位的确定 本站设计水位求得后，相关到浅滩上，求出浅滩的设计水位，此水位为航道工程要求的设计水位值。 1）水位相关法 浅滩上设立一个或几个临时水位尺，与基本水文站同步观测较长时间的水位资料，点绘相关图，由基本水文站的设计水位浅滩的设计水位。,1 设计水位,该方法比较简单、比较精确，但需要较多的浅滩水位观测资料。,2）比降插入法：当浅滩上没有水位资料而浅滩上下游有水文（位）站时采用该法。（1）河道比降均匀时：水位变化按距离的大小分配。,1 设计水位,或,或,2）比降插入法：（1）河道比降不均匀时：水位变化
7、按水位差的大小分配。 该情况下必须同步观测一次浅滩与上下水位站的水位（应在接近设计水位的情况下观测）。得到瞬间水位Z1、Z2、Z。,1 设计水位,3）瞬时水位法： 浅滩上临时观测水位较少，点不出相关图。但又只有一个基本水文站时，可由少数资料求出浅滩水位与基本站水位的“落差”关系，即用这一固定落差，由基本站水位，推算滩上水位。,1 设计水位,1.4 特殊河段的设计水位1）通航要求的引水渠道 2）设闸控制的运河或河网航道 3）受潮汐影响的河流河口段 4）有调节能力的水利枢纽,1 设计水位,2 整治水位,2.1 基本概念 1）定义 整治水位：与整治建筑物头部齐平的水位。 2）整治水位意义 当水位降至
8、该水位时，整个水流受到整治建筑物的约束。（整治建筑物开始发挥最大作用）。 该水位愈高，建筑物修得高，水流受约束早，航道冲刷愈多，但投资加大；影响防洪。,2.2 整治水位确定方法 经验方法 经验数值法 优良河段模拟法 多年平均水位法 造床流量法 浅滩转冲临界水位法,2 整治水位,1）经验方法 （1）经验数值法 我国河流治理中积累了浅滩整治的成功经验，总结了整治水位高于设计最低通航水位的经验值（m）,2 整治水位,（2）优良河段模拟法 用本河道的优良河段边滩高程作为整治水位。 （3）多年平均水位法 采用多年平均水位（当量流量法）或多年平均流量对应的水位，相当于平边滩水位。,2）造床流量法 （1）定
9、义 所谓造床流量是引用某一个频率的流量，在这个流量下，造床作用假定和多年流量过程综合造床作用相当，这一流量，称为造床流量。 提出造床流量应是对河床形成作用最大的那几级流量，它包含了造床强度G=QmJ和历时P两方面因素，造床强度又取决于输沙率的大小，故输沙率与历时的乘积最大时的流量作为造床流量。,2 整治水位,2）造床流量法 （2）造床流量法确定整治水位 经典方法：点绘 Z Q2JP曲线，其中Q2J 代表了输沙率，P 代表了历时（频率），点绘的结果一般为锯齿形，其极值很多，应通过河道地形地貌来确定是哪个极值。 简化方法： 点绘 Z v4P 曲线， 由于J一般很难确定， 因此用 v4代替Q2J 进
10、行简化。,2 整治水位,3）浅滩转冲临界水位法 （1）绘制深槽、浅滩的水位流速关系曲线取拟整治浅滩及上下游相邻深槽各级水位下的实测资料，绘制水位流速关系曲线，深槽与浅滩的两条曲线交于点的水位称临界水位，该水位以下浅滩流速大于深槽流速，因此，可将整治水位定在临界水位附近。 事实上在整治工程作用下，点将提高到，表明整治后增加了浅滩的冲刷作用，在水位高于点就显现出来。,2 整治水位,（2）绘制水位滩脊水深关系曲线 取拟整治浅滩及各级水位下的实测资料，将滩脊处设计水位下的水深值与测时水位值，点绘于坐标纸上，分析该滩的冲淤规律，取由淤转冲的临界水位作为确定整治水位的依据或参考值。 2.3 整治水位的调整
11、,2 整治水位,3.1 基本概念 1）定义在进行航道整治时，整治水位时计划的河岸线称为整治线，则整治水位所对应的河面宽度称为整治线宽度。,3 整治线宽度,3.1 基本概念 2）整治线宽度的意义 整治线应大于航道宽度，整治线宽度太大，束水作用不明显； 宽度过小，将产生局部的过度冲刷，引起下游河段淤积，或流速过大使航行条件恶化， 因此，正确确定整治线宽度是设计中的一个重要问题。,3 整治线宽度,3.2 确定方法： 1）经验法 （1）CT阿尔图宁方法式中：K，为经验参数，不同河型及不同河段取值不同，可查有关手册和规范。（2）优良河段法（河相关系法） 河相关系：处于平衡状态的河流，其河床形态与来水、来
12、沙及河床边界条件之间存在密切的关系，称之为河相关系，有河床纵断面河相关系、河床横断面河相关系等。,3 整治线宽度,（2）优良河段法（河相关系法） 选浅滩上、下游若干优良断面，确定B、H 在双对数纸上点绘 H关系（整治水位时的），由横断面河相关系 , 求出系数A，指数m 。 绘出整治水位时的 Ht 关系 由被整治浅滩整治水位时所要求的t H B（整治线宽度）。,3 整治线宽度,2） 理论计算法 水力学计算方法,联解：,改写成：,航道整治工程技术规范推荐的水力学计算公式,2 整治水位,2） 理论计算法 水力学计算方法水力学方法基本假定：整治水位时整治前后的Q、n、J相同，不考虑泥沙因素 。,B2、
13、H2为未知数,3 整治线宽度,2）理论计算法 水力学计算方法认为整治以后的枯水断面形态和优良河段的断面形态相似。,水深改正系数,H整治水位下的断面平均水深 H 整治水位下的航道边缘设计水深,3 整治线宽度,2） 理论计算法 水力学计算方法,(Bb)相关曲线,3 整治线宽度,输沙平衡方法浅滩上的输沙达到平衡状态时，整治前后浅滩断面的输沙率相等。,（1）底沙造床为主 沙莫夫推移质输沙率公式：,止动流速，,3 整治线宽度,为了计算方便，将式中 改写为:,式中指数m值的确定：根据对数纸上的 的相关线确定。,上式就是以底沙造床为主的整治线宽度计算公式,3 整治线宽度,（2）悬沙造床为主,上式就是以悬沙造
14、床为主的整治线宽度计算公式 （3）应用整治线宽度计算公式时，一般在以下几种情况应考虑流量的变化：在非通航汊道内建坝或在分流段建挑流坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生变化； 在通航汊道内建整治建筑物后，改变了汊道内的阻力，也会使两汊分流比发生变化； 在山区少沙河流上，坝体渗流较大，一部分流量从坝田流出， 使整治线范围内的流量有所减少。,3 整治线宽度,（三）规范推荐的输沙平衡计算公式航道整治工程技术规范（JTJ312-98）推荐的输沙平衡方法计算公式的基本形式如下：,水深改正系数，一般在 0.7 0.9 之间选取；H整治水位下的航道边缘水深，可用式HHA计算，其中H为航道标准水深，A为整治超高值。,3 整治线宽度,4 整治水位和整治宽度的调整,（一）调整原因 、没有正确反映在水位的降落过程中水流对浅滩演变的作用。 、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。 、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。,（二）调整方法 整治水位的调整：一般参照汛后浅滩河床明显冲刷时的水位或与第二造床流量相应的水位，并与本河流的整治经验相互验证。 整治线宽度的调整：先求出理论宽度，再与本河流的整治经验校核调整，或直接应用本河流的经验公式计算。,4 整治水位和整治宽度的调整,谢 谢 大 家 ！,
