东风船舶公司船台滑道改造数学模型研究
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第９ 卷第 ６期
２ １ １ 月 １ 年 ０ ２
水利 与建筑 工程 学报
ｏ ｔｒＲ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｄ Ａ ｃ ｉ ｃｕ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｆ Ｗａｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｒ ｈｔ ｔ ｒｌ ｎ ｉ ｅ ｒ ｅ ｎ
Ｖ １ ９ Ｎｏ ６ ｏ ． ． Ｄｅ ｅ．， ２０１１
Ｕ 印 舌
随着 世界 造 船业 结 构 调 整和 产 业转 移 ， 国造 我
对现 有船 台滑道 工程 进行 改扩 建 。由于工 程 改造后 占据 一定 的河道 过 水 面 积 ， 必 引起 河 道 水 流 条件 势 的改 变 。本研究 采 用二维 数学 模型对 工程 前后 河段
船业凭借其资源 、 成本和产业基础等综合优势， 正处
１ ２ 改 造方 案 ．
度为 １８ 宽度为 ７ 横移 区长 １ 宽 ７ ， ９ ｍ， ５ｍ， ６ ｍ， ｔ ４ ｍ 平面高程 １６ 新建滑道为横 向梳式机械化滑道 ， ８ ｍ； 根据工艺设计需要 ， 梳式滑道斜坡段轨道布置宽度 为 １２０ 水平投影长度为 １９７ 滑道顶、 ４ ． ｍ， ８ ．５ ｍ， 末端 高程分别为 １６０ｍ和 １ ． 。为减少陆域形成 ８． ５ ０ｍ ６
ｇ２ ） ２ ］一 ． ， （） ２ 垂直 主 流方 向（ 河宽 方 向） 流运 动方程 ： 水
２ ４ 模 型计 算边 界处理 ．
平 面 二维 水 流模 型 中 ， 边界 条 件 通 常包 括 河 道 进 出 口边 界 、 岸边 界及 动边界 处理 等 ， 模 型 中对 上 本 述 边界分 别作 以下 处理 ： 进 口边界 ： 据 已知进 口全断 面流 量 ， 根 给定人 流 单宽流量沿断面的横向分布。 出 口边 界 ： 定 出 口断 面 的水 位 。 给
方程 为 ：
后 的平 面二维水 流模 型控 制
天然河道一般边界曲折、 地形复杂， 对于复杂河
水 流连续 方程 ：
．Ｏ ， Ｚ
段的水流运动数值模拟 ， 多采用基于 曲线 网格 的坐 标变换方法。本文根据 ＪＦ Ｔｏ ｓ ＿提 出的椭 圆 ． ．ｈｍｏ ３ ｎ Ｊ
型微分方程生成 曲线 网格 ， 建立 了非正交 曲线 坐 并 标下的平面二维水流数学模型。
ｌ ｎ ｅ ｔ ｖ ｒｒ ｇｍｅ ａ ｉａｉ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒ ． ｆ ｅ ｃ ｏ ｔｅ ｆ ｅ ｅ ｉ ，ｎ ｖｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｆ ｏ ｏ ｔ １ ｕ ｈ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｒ ｂｕ ｌ ｉ ｅ ｉｄｎｇ；ｎ ｎ－ ｒｈｏ ｏ ａ ｕ ｖｌ ａ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ；２ Ｄ ｔ ｍａ ｉａ ｄ ｌ ｕｍｅ ｉａ ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｏ ｔ ｇ ｎ ｌｃ ｒ ｉｉ ｒ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｎｅ － ｍａｈｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ；ｎ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｎ； ｉ ｉ ｌｕ ｎｃ ｎｆ ｅ ｅ
岸边界 ： 岸边界 为非滑移边界 ， 给定其 流速为
零。
动 边界 ： 本模 型采 用“ 结 ” 进行 动边 界处 理 ， 冻 法 即根 据水 位结 点处河 底高程 来 判断该 网格 单元 是 否
露出水面 ， 若不露出， 糙率取正常值 ， 反之 ， 糙率取一 个接 近于 无穷 大 的正数 。同 时为 了不 影 响水 流控 制 方程的求解 ， 在露出水面 的结点处需 给定一个薄水
东风 船舶公 司船 台滑道 改造 数 学模 型 研 究
林 江 母德伟 何进 朝 ， ， ， 李 俊２
（． １重庆交通大学 西南水运工程科学研究所 ， 重庆 ４０ １； ００６
２ 长江上游水 文水 资源勘测局 ，重庆 ４０ １ ） ． ０ ０４
摘
要 ：由于工程修建后必然对河道水位和流态产 生影 响 ， 为评价拟建工程 对河道行 洪 、 通航 等方面影
之平行 ， 新滑道下游侧边线基本处于已建护坡边线。 工程平 面位置及 扩建 情况 如 图 １ ～图 ３ 示 。 所
纳涩 沟
图 １ 工 程 平 面 位 置 图
图 ２ 工 程 扩 建 平面 示 意 图
图 ３ 工程挖、 填方 区域示意图
２ 数学模型
２ １ 模 型建 立 ．
２ ・ ２
． ＋ ＋ ＝ｇ（ Ｚ ） ， 一ｈ ｊ ＋ Ｊ ３ ＋
螽 （ ＋１ ］ （ ＋ ［ ｑ ＋ ２ ［ ）
ｇ ］一 ｔ ， （） ３ 式 中 ： ｈ为水 深 ） Ｈ、 ；ｕ和 为 和 Ｙ方 向的流 速 （ ／） Ｍ ：ｕ Ｎ ：ｖ ；Ｚ为水 位 （ ） ７ ｍ ｓ， ｈ， ｈ ｍ ；１为曼宁 糙 ，
‘
Ｄｏ ｇ ｅ ｈ ｐ ｕｌ ｎ ｒ ｏ ａｉ ｎ ｎ ｆｎ Ｓ ｉ ｂ ｉ ｇ Ｃｏ ｐ ｒ ｔ ｇ ｉ ｄ ｏ
ＬＮ Ｊａ ｇ ，ＭＵ Ｄｅｗｅ ，ＨＥ Ｊｎ ｃ ａ ＩＪｎ Ｉ ｉｎ — ｉ ｉ．ｈ ｏ ，Ｌ ｕ ２
（ ．ｏｔ ｅ ｅ ａ ｈＩ ｔｕ ａ ｒＴ ｎ ｏ ｈ ｉ ｅｎ ，Ｃｏｇｉ ｉ ｔ ｇＵｉ ｒｔ ，Ｃ ｏｇ ｉ ００ ６ ｈｎ １Ｓｕ ｗｓ Ｒｓ ｒ ｓ ｔｏ ｔ ｒ ｓ ｒＥ ｇｎ ｒ ｇ ｈｎｑ ｇＪ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉ ｈ ｔ ｅ ｃ ｎ ｈ ｅｆＷ ｅ ａ ｐ ｔ ｅｉ ｎ ａｏ ｖｓｙ ｈｎｑ ｇ４０ １ ，Ｃ／ ｎ ａ；
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：
０
河道 主第 ９卷
Ｊ 一 Ｉ Ｚ Ｏ』 ． ＋ ＋ ＝ ， Ｏ＋ｘ ） ， 百＋ ． 水 ｑＺ＋
奏 （ｌ ｑ ］ （ ＋ ［ｇ ｌ １ ＋ 峨＋ ２ ［ ｑ ） １ ２
中图分类号 ： Ｖ ３ ． Ｔ １１４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１７— １４ （０ １０—０２＿ ０ ６２ １４ ２ １）６ ０ ４＿５
Ｎｕ ｒｃ ｌ ｏ ｅ ｔ ｄ ｏ ｒｈ ａ ｄ Ｃｈ ｔ ｂ ｉ ｉ ｇ ｏ ｍｅ ｉ ｄ ｌ ｕ ｙ ｆ ｒ Ｂｅ ｔ ｎ ｕ ｅ Ｒｅ ｕ ｌ ｎ ｆ ａ Ｍ Ｓ ｄ
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的修造船 厂， 是西部地 区最 大的船舶制造 、 舶修 船
理、 钢结构制造以及机械加工的企业 。受现有场地 设施限制 ， 目前公司的生产发展已被严重制约， 故需
收 稿 日期 ：０ １０．６ ２ １．９１ 修 稿 日期 ：０ １１．０ ２ １．１１ 作者简介 ： 江（９ ３ ， 汉族 ） 四川南充人 ， 林 １８ 一） 女（ ， 助理研究员 ， 主要从事水力学及河流动力学研究 。
ｌ 工程概况
１ １ 工程现 状 ．
扩大改造 ， 以适应 国际市场不断发展的需求＿ 。 １ Ｊ 重庆东风船舶工业公 司是一个具有 ８ 年厂龄 ０
重庆东风船舶工业公司位于长江唐家沱河段上 游约 １０ｋ ． ｍ处 ， 距重庆市朝天门约 １ ｍ 距宜 昌航 ３ ， ｋ 道里程 ６６ ８ ｍ。公 司现有船 台沿岸布置， ４．ｋ 但岸线 不整， 后方配套厂房及场地分布零乱 ， 现有船台及其
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｎ ｏ ｍｉ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｈ ｎ ｑ ｎ ｏ ｇｅ ｇ Ｓ ｉｂ ｉ ｉｇ Ｃ ｒ ｏ ａｉｎ ｐ ａ ｓ ｔ ｓｒ ｃ ． ｎ ｏｄ ｒｔ ｃ ａ ｇ ｉ ａｉ ｆ ｉ ｔ ｒｄ ｃｉ ，Ｃ ｏ ｇ ｉ ｇ Ｄ ｎ ｆ ｈｐ ｕ ｌ ｎ ｏｐ ｒｔ ｌｎ ｏ ｏ ｈ ｔ ｏ ｌ ｅ ｏ ｎ ｄ ｏ
工程 量 ， 计滑 道布 置于 现有简 易滑道 位置 ， 设 轴线 与
根 据 市 场需 求 、 司 的发 展要 求 以及 公 司的产 公
品定位 ， 本工程将达到年产 １ ０ 级船舶 １ 艘 、 ２ ０ ０ ｔ ４ 载 重 １．× ｏｔ ６８ ｌ 的能力。主体建设包括 １ ４ 座万吨级横 向机械化滑道 （ 满足 １５ ０ ｔ ． ×１４ 级船下水要求）船 ， 台， 以及场区配套设施。其中， 根据设计船型的船长
ｎ ｂｉ ｓ ｎ ｕｎｅｔ ｔ ａ ｒｅｅ ａｄｖｌ ｉ ｔ ｅ ｅｕ ｄｎ ， ｄｔｅ ｒ ｅｔ ｉ ｏ ｂｉ ｉ ｄ ａｔ ｅｕ — ｏｏｖ ｕ ｅｃ ｅｗ ｔ ｖｌ ｅ ｃ ｙ ｆ ｒ ｂ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｃ ｗｌｎｔ ｒ ｇｄｓ ｖｎ ｇｏｓ ｎ ｏ ｉ ｌ ｆ ｏｈ ｅｌ ｎ ｏ ｔａｅ ｔ ｒ ｌ ｈ ｎ ｈｐｊ ｌ ｎ ａ ａ ｉ
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响大小 ， 优化工程结构设计 ， 采用非正交 曲线坐标下 的平 面二维 水流数学 模型 ， 对船 台滑道改造前 后河 段水流情况进行 了数值模拟 。计算结果表 明， 工程修 建后 对附近河段水位 和流速影 响均很小 ， 会对河 不 道河势 、 通航 、 洪等方面带来 不利影 响。 行 关键词 ： 改建 ； 非正交曲线 坐标 ； 平面二维数学模型 ； 数值模拟 ； 响 影
于快 速发展 的势 头 。然而 ， 国骨干船 厂规模 偏 小 ， 我 大型造 船基 础设施 不 足 已经 成为 我 国船 舶工 业进 一 步拓展 市场 的重 要瓶 颈 之 一 ， 要 对 原有 船 厂 进 行 需
流场进行数值计算 ， 分析对河道河势 、 通航 、 行洪等
方 面 的影 响 ， 为合理 的方 案设计 提供 科学 依据 。
层， 一般 给定其 厚度 为 ０ ５ｃ ． ｍ。
率系数 ； Ｄ为紊动粘性系数 ；Ｕ 为曲线坐标中流 、 速在 和 方 向的分量为， ＝ｙ 一 Ｕ ＝‘ “ ， （ ＋ ） ＝一 “＋ ， ＝ ． 仉ｕ＋ ） ， ， （ ；ｌ为雅克 比
第６ 期
林
江， ： 等 东风船舶公 司船 台滑道改造数学模 型研究
厂房 占有 长江左 岸岸 线 ８０ｍ， ７ 纵深 约 ６ ２０ｍ。 ０ｍ ０
和船 宽 ， 留有 足够 的富裕 量 ， 定整个 船 台区 的长 并 确
现有简易滑道长 ２８ｍ， ８ ， ３ 宽 ９ｍ 末端护坡 长度 ４ ４ ｍ ，采用实体结构 ， 末端标高 １ ６ ｍ左右。 ４
第９ 卷第 ６期
２ １ １ 月 １ 年 ０ ２
水利 与建筑 工程 学报
ｏ ｔｒＲ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｄ Ａ ｃ ｉ ｃｕ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｆ Ｗａｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｒ ｈｔ ｔ ｒｌ ｎ ｉ ｅ ｒ ｅ ｎ
Ｖ １ ９ Ｎｏ ６ ｏ ． ． Ｄｅ ｅ．， ２０１１
Ｕ 印 舌
随着 世界 造 船业 结 构 调 整和 产 业转 移 ， 国造 我
对现 有船 台滑道 工程 进行 改扩 建 。由于工 程 改造后 占据 一定 的河道 过 水 面 积 ， 必 引起 河 道 水 流 条件 势 的改 变 。本研究 采 用二维 数学 模型对 工程 前后 河段
船业凭借其资源 、 成本和产业基础等综合优势， 正处
１ ２ 改 造方 案 ．
度为 １８ 宽度为 ７ 横移 区长 １ 宽 ７ ， ９ ｍ， ５ｍ， ６ ｍ， ｔ ４ ｍ 平面高程 １６ 新建滑道为横 向梳式机械化滑道 ， ８ ｍ； 根据工艺设计需要 ， 梳式滑道斜坡段轨道布置宽度 为 １２０ 水平投影长度为 １９７ 滑道顶、 ４ ． ｍ， ８ ．５ ｍ， 末端 高程分别为 １６０ｍ和 １ ． 。为减少陆域形成 ８． ５ ０ｍ ６
ｇ２ ） ２ ］一 ． ， （） ２ 垂直 主 流方 向（ 河宽 方 向） 流运 动方程 ： 水
２ ４ 模 型计 算边 界处理 ．
平 面 二维 水 流模 型 中 ， 边界 条 件 通 常包 括 河 道 进 出 口边 界 、 岸边 界及 动边界 处理 等 ， 模 型 中对 上 本 述 边界分 别作 以下 处理 ： 进 口边界 ： 据 已知进 口全断 面流 量 ， 根 给定人 流 单宽流量沿断面的横向分布。 出 口边 界 ： 定 出 口断 面 的水 位 。 给
方程 为 ：
后 的平 面二维水 流模 型控 制
天然河道一般边界曲折、 地形复杂， 对于复杂河
水 流连续 方程 ：
．Ｏ ， Ｚ
段的水流运动数值模拟 ， 多采用基于 曲线 网格 的坐 标变换方法。本文根据 ＪＦ Ｔｏ ｓ ＿提 出的椭 圆 ． ．ｈｍｏ ３ ｎ Ｊ
型微分方程生成 曲线 网格 ， 建立 了非正交 曲线 坐 并 标下的平面二维水流数学模型。
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岸边界 ： 岸边界 为非滑移边界 ， 给定其 流速为
零。
动 边界 ： 本模 型采 用“ 结 ” 进行 动边 界处 理 ， 冻 法 即根 据水 位结 点处河 底高程 来 判断该 网格 单元 是 否
露出水面 ， 若不露出， 糙率取正常值 ， 反之 ， 糙率取一 个接 近于 无穷 大 的正数 。同 时为 了不 影 响水 流控 制 方程的求解 ， 在露出水面 的结点处需 给定一个薄水
东风 船舶公 司船 台滑道 改造 数 学模 型 研 究
林 江 母德伟 何进 朝 ， ， ， 李 俊２
（． １重庆交通大学 西南水运工程科学研究所 ， 重庆 ４０ １； ００６
２ 长江上游水 文水 资源勘测局 ，重庆 ４０ １ ） ． ０ ０４
摘
要 ：由于工程修建后必然对河道水位和流态产 生影 响 ， 为评价拟建工程 对河道行 洪 、 通航 等方面影
之平行 ， 新滑道下游侧边线基本处于已建护坡边线。 工程平 面位置及 扩建 情况 如 图 １ ～图 ３ 示 。 所
纳涩 沟
图 １ 工 程 平 面 位 置 图
图 ２ 工 程 扩 建 平面 示 意 图
图 ３ 工程挖、 填方 区域示意图
２ 数学模型
２ １ 模 型建 立 ．
２ ・ ２
． ＋ ＋ ＝ｇ（ Ｚ ） ， 一ｈ ｊ ＋ Ｊ ３ ＋
螽 （ ＋１ ］ （ ＋ ［ ｑ ＋ ２ ［ ）
ｇ ］一 ｔ ， （） ３ 式 中 ： ｈ为水 深 ） Ｈ、 ；ｕ和 为 和 Ｙ方 向的流 速 （ ／） Ｍ ：ｕ Ｎ ：ｖ ；Ｚ为水 位 （ ） ７ ｍ ｓ， ｈ， ｈ ｍ ；１为曼宁 糙 ，
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河道 主第 ９卷
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奏 （ｌ ｑ ］ （ ＋ ［ｇ ｌ １ ＋ 峨＋ ２ ［ ｑ ） １ ２
中图分类号 ： Ｖ ３ ． Ｔ １１４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１７— １４ （０ １０—０２＿ ０ ６２ １４ ２ １）６ ０ ４＿５
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的修造船 厂， 是西部地 区最 大的船舶制造 、 舶修 船
理、 钢结构制造以及机械加工的企业 。受现有场地 设施限制 ， 目前公司的生产发展已被严重制约， 故需
收 稿 日期 ：０ １０．６ ２ １．９１ 修 稿 日期 ：０ １１．０ ２ １．１１ 作者简介 ： 江（９ ３ ， 汉族 ） 四川南充人 ， 林 １８ 一） 女（ ， 助理研究员 ， 主要从事水力学及河流动力学研究 。
ｌ 工程概况
１ １ 工程现 状 ．
扩大改造 ， 以适应 国际市场不断发展的需求＿ 。 １ Ｊ 重庆东风船舶工业公 司是一个具有 ８ 年厂龄 ０
重庆东风船舶工业公司位于长江唐家沱河段上 游约 １０ｋ ． ｍ处 ， 距重庆市朝天门约 １ ｍ 距宜 昌航 ３ ， ｋ 道里程 ６６ ８ ｍ。公 司现有船 台沿岸布置， ４．ｋ 但岸线 不整， 后方配套厂房及场地分布零乱 ， 现有船台及其
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｎ ｏ ｍｉ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｈ ｎ ｑ ｎ ｏ ｇｅ ｇ Ｓ ｉｂ ｉ ｉｇ Ｃ ｒ ｏ ａｉｎ ｐ ａ ｓ ｔ ｓｒ ｃ ． ｎ ｏｄ ｒｔ ｃ ａ ｇ ｉ ａｉ ｆ ｉ ｔ ｒｄ ｃｉ ，Ｃ ｏ ｇ ｉ ｇ Ｄ ｎ ｆ ｈｐ ｕ ｌ ｎ ｏｐ ｒｔ ｌｎ ｏ ｏ ｈ ｔ ｏ ｌ ｅ ｏ ｎ ｄ ｏ
工程 量 ， 计滑 道布 置于 现有简 易滑道 位置 ， 设 轴线 与
根 据 市 场需 求 、 司 的发 展要 求 以及 公 司的产 公
品定位 ， 本工程将达到年产 １ ０ 级船舶 １ 艘 、 ２ ０ ０ ｔ ４ 载 重 １．× ｏｔ ６８ ｌ 的能力。主体建设包括 １ ４ 座万吨级横 向机械化滑道 （ 满足 １５ ０ ｔ ． ×１４ 级船下水要求）船 ， 台， 以及场区配套设施。其中， 根据设计船型的船长
ｎ ｂｉ ｓ ｎ ｕｎｅｔ ｔ ａ ｒｅｅ ａｄｖｌ ｉ ｔ ｅ ｅｕ ｄｎ ， ｄｔｅ ｒ ｅｔ ｉ ｏ ｂｉ ｉ ｄ ａｔ ｅｕ — ｏｏｖ ｕ ｅｃ ｅｗ ｔ ｖｌ ｅ ｃ ｙ ｆ ｒ ｂ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｃ ｗｌｎｔ ｒ ｇｄｓ ｖｎ ｇｏｓ ｎ ｏ ｉ ｌ ｆ ｏｈ ｅｌ ｎ ｏ ｔａｅ ｔ ｒ ｌ ｈ ｎ ｈｐｊ ｌ ｎ ａ ａ ｉ
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响大小 ， 优化工程结构设计 ， 采用非正交 曲线坐标下 的平 面二维 水流数学 模型 ， 对船 台滑道改造前 后河 段水流情况进行 了数值模拟 。计算结果表 明， 工程修 建后 对附近河段水位 和流速影 响均很小 ， 会对河 不 道河势 、 通航 、 洪等方面带来 不利影 响。 行 关键词 ： 改建 ； 非正交曲线 坐标 ； 平面二维数学模型 ； 数值模拟 ； 响 影
于快 速发展 的势 头 。然而 ， 国骨干船 厂规模 偏 小 ， 我 大型造 船基 础设施 不 足 已经 成为 我 国船 舶工 业进 一 步拓展 市场 的重 要瓶 颈 之 一 ， 要 对 原有 船 厂 进 行 需
流场进行数值计算 ， 分析对河道河势 、 通航 、 行洪等
方 面 的影 响 ， 为合理 的方 案设计 提供 科学 依据 。
层， 一般 给定其 厚度 为 ０ ５ｃ ． ｍ。
率系数 ； Ｄ为紊动粘性系数 ；Ｕ 为曲线坐标中流 、 速在 和 方 向的分量为， ＝ｙ 一 Ｕ ＝‘ “ ， （ ＋ ） ＝一 “＋ ， ＝ ． 仉ｕ＋ ） ， ， （ ；ｌ为雅克 比
第６ 期
林
江， ： 等 东风船舶公 司船 台滑道改造数学模 型研究
厂房 占有 长江左 岸岸 线 ８０ｍ， ７ 纵深 约 ６ ２０ｍ。 ０ｍ ０
和船 宽 ， 留有 足够 的富裕 量 ， 定整个 船 台区 的长 并 确
现有简易滑道长 ２８ｍ， ８ ， ３ 宽 ９ｍ 末端护坡 长度 ４ ４ ｍ ，采用实体结构 ， 末端标高 １ ６ ｍ左右。 ４