长沙理工大学2013年港航专业航道整治课程设计

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50m。在鱼嘴尾部处布置 丁坝，坝长为90m。
根据上游基本水文站低水位时水位流量相关方程：Q=504Z-15060（m³/s）可求得：
=504 m³/s
=504 m³/s
综合考虑整治流量与设计流量，可假设一个整治线宽度 =380m
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㎡
整治水位时各流带垂线平均流速 = = =0.78m/s
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
30.37
31.58
-0.43
-0.34
0.18
0.12
0.15
20
30.32
31.56
-0.48
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
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
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
整治断面平均水深 = =2.04m
整治断面起动流速 =6 =6 =0.36m/s
则有：
满足
（2）设计断面面积 = 730㎡
设计水位时的垂线平均流速 = = =0.35m/s
设计水位水面宽度B=372m
设计断面平均水深 = 1.92m
根据当地情况，可求得：
起动流速 =6 =6 0.36m/s
止动流速 =3.83 =3.83 0.23m/s
（二）浅滩设计水位确定及浅滩床沙分析：
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（ ）
基站（ ）
- ²
-
1
31.35
32.28
0.55
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…………………………20
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600～700m，一般枯水期水深较浅，妨碍航行。
三、设计标准的确定和推算
（一）航道基本尺度确定：
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+ΔH
式中：H——航道水深（m） T——船舶吃水（m）ΔH——富余水深（m）
取T=1.62m，H=T+Δ +Δd按沙质河床浅滩考虑，触底安全
富余量Δd=0.4m
船舶航行下沉量Δ =m v² = =7.1428m/s
确定整治措施
根据浅滩成因，即是因为河面宽、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15m³/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。
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，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15m³/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。
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 =0.15mm
（三）浅滩成因分析：
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。
1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。
-0.36
0.23
0.13
0.17
21
30.30
31ห้องสมุดไป่ตู้54
-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
则满足：
设计水位下：
即取整治线宽度 =380m合理，根据计算值可取整数，最终取 =380m.
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。
-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 = = =0.66
然后计算相关系数：
γ= = =0.99
显著水平检验：n=29，n-2=27；显著水平α取0.01，查《工程水文学》教材表4-8得 =0.4687.
四、整治建筑物的布置
确定整治水位和整治线宽度
在地形图上选用Ⅱ-Ⅱ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
由相关方程y=0.76x+8.51可推求得：
基本站整治水位 ′=31.16m 基本站设计水位 ′=30.40m
查表采用内插法求得m=0.00158 v取20km/h ，即取5.56m/s
取0.877Δ =0.00158 =0.0457m
则航道水深H=2.07m
直线航道宽度：
采用双向航道，B=2b 2L + +2 ①
式中：B——航道宽度；
b—— 船队宽度；
L——船队长度；
α——漂角；
——船队间的富余宽度；
——船队与航道边缘间的富余宽度。
2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。
3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。
4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。
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，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15m³/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道河面宽度确定。
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④式得：
30.40=0.76x+8.51解得x=28.80m
即得到浅滩 =28.80m
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= -
式中： ——整治水位（与整治建筑物头部齐平的水位）
根据该河段整治航道经验有a：0.8m～1.5m 可取a=1.0，则有：
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
五、水力计算及结论…………………………………………………11
附图3: 丁坝断面冲於条件计算图…………………………………13
附图4： 丁坝断面图………………………………………………14
附图5 丁坝断面图…………………………………………………15
附图6 丁坝断面图…………………………………………………16
因为γ=0.99 =0.4687，故γ是显著的，可以进行相关分析计算，关系是密切的。
建立回归方程，首先计算回归系数：
=γ =0.99
=γ =0.99
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系列得到水位相关图如下图1：
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，在该坝下游340m处布置 丁坝，即在 - 断面布置 丁坝，坝长为110m，布置时丁坝间距约为1～2倍坝长；在距离 丁坝330m的 - 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。
取b=9.8m L=70m 由于湘江主要为Ⅲ级与Ⅳ级航道，按Ⅰ级至Ⅳ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+1.2
式中：b′——会船的两船队宽度的平均值，取9.8m
则： =0.7×9.8+4=10.86m②
=0.2×9.8+1.2=3.16m③
将②③式代入①式得：B=2×9.8× +2×70× +10.86+2×3.16=44（m）
25
30.10
31.34
-0.7
-0.58
0.49
0.34
0.41
26
29.42
30.82
-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
0.36
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
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
0.05
0.08
0.00
0.01
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