最新通航安全技术论证的教学案例汇编

通航安全技术论证的教学案例汇编

一、桥梁通航安全技术论证案例：

海河开启桥工程通航安全评估及模拟研究

1 大桥及附近水域通航环境与通航条件分析

本工程拟建开启桥东侧为塘沽南站，西侧为即将开发的塘沽响螺湾商贸区，跨越海河，桥梁长度约为600米，引路全长约为1.3公里。设计高通航水位：2.73米（大沽）；最低通航水位：0.52米（大沽）；桥梁净空：与坨场南道开启桥相交道路净空为4.5m；下穿海门大桥支路净空为3.5m。

其拟建工程的地理位置见图1.1-1。

图1.1-1 拟建南站海河大桥地理位置图

1.1 水文

滨海新区地处海河流域下游。海河水系是华北地区最大的水系，由海河干流和北系的蓟运河、潮白河、北运河和永定新河，西系的大清河、子牙河，南系的南运河、漳河、卫河组成。海河上游支流众多，10公里以上的支流300多条，分别由北、西和西南几个方向汇聚于天津，形成海河干流，最后注入渤海，为典型的扇形水系。

海河多年平均流量717立方米/秒，径流总量226亿立方米。年内分配和年际变化不均。历史上水旱灾害频繁，据记载，1368～1948年的580年间，海河曾发生水灾387次，旱灾407次。每次较大的水灾，涉及的县都有100多个。在这期间，天津市被淹70多次。中华人民共和国建立后，对海河流域进行了全面治理，在上游山区控制水土流失，筑库防洪蓄水；中游疏浚河道，加固堤防；下游平原区增辟新河，分洪入海。因此全流域基本上免除了洪涝灾害。

1.1.1 潮汐

本港为不正规半日潮港，平均潮差2.47米，最大潮差4.37。1992年9月1日风暴潮最高高潮曾达5.81米．潮汐受风影响很大，当遇强烈的偏东风时涨潮提前0.5-1小时；若遇强烈的偏西风时落潮时间提前0.5-1小时，涨潮时间缩短，潮高也降低。当强烈的西北风延续2天以上，则风起后第3个高潮潮高可减少1米左右，低潮潮高也显著降低。所以，当计算新港潮汐时，应对前1-2天的风向、风力予以注意。

1.1.2 潮流

大沽口锚地及附近涨潮为西北流，平均流速0.8节，最大流速1.9节；落潮为东偏南流，平均流速0.7节，最大流速1节。主航道潮流基本与航道平行，为往复流，最大流速0.64节。

海河内无潮流，但当开启节制闸放水时其最大流速可达1.5节。

1.2 气象

1.2.1 风

新港地区的常风向为西南风。春秋两季风向变化较频繁，但以西南风居多，平均风力3级。夏季多东南风，冬季多西北风，最大风力可达8级以上。年平均发生6级以上的强风约11次，频率为3.01%,其中大部分为东北风．一年中以东北风最强，风力可达9级，阵风9级以上，影响船舶进出，但持续时间较短。4—5月盛行大风，8—9月风最弱。但7—9月受台风影响，可出现强东风，若恰逢大潮汛会造成风暴潮袭港。

1.2.2 气温

根据1951～1997年资料统计：

年平均气温 12.3℃

年平均最高气温 16.2℃

年平均最低气温 9.1℃

极端最高气温 39.9℃（1955年7月24日）

极端最低气温 -18.3℃（1953年1月17日）

1.2.3 降水

根据1951～1997年资料统计：

年平均降水量 586.0mm

年最大降水量 1083.5mm（1964年）

年最小降水量 278.4mm（1968年）

一日最大降水量 191.5mm（1975年7月30日）

1.2.4 雾及能见度

年平均雾日14．6天。能见度小于1公里的大雾多集中于秋冬两季，尤以11、12月为多，持续3—4小时，对航行有影响。

1.2.5 相对湿度

根据1981～1994年资料统计：

平均相对湿度 65%

最大相对湿度100%

最小相对湿度 3%

全市空气相对湿度以夏季最大，7、8月份平均值可达80%左右，春季最小，2至4月份最低值为0%。全市年蒸发量为1688~1917毫米，冬季最小，只占全年的9%，春季最大，占全年的36%，5月份最多，占全年的16%。

1.2.6 降水量

全市平均降水量为550～680毫米，年平均降水日数为64～73天。从海上输送来的暖湿气流受北部山脉的阻滞和抬升，经常在燕山迎风坡和山前平原形成多雨带，使全市年降水量的分布由北向南递减。北部最大年降雨量可达1213毫米，最小年降雨量为352毫米，南部多雨年可达1189毫米，少雨年只有244毫米。天津的汛期为6月中旬至9月中旬。汛期的平均雨日在42天左右，夏季降水量为441～568毫米，占全年降水量的80～84%，又主要集中在7、8月份。

2 拟建大桥工程对通航环境的影响

2.1 大桥对水流的影响

2.1.1 桥区的流速、流态

由于水流流向变化大，所以在弯曲河段的桥区一般表现为高水取直，低水坐弯，深槽偏靠凹岸。在土质疏松的河段，凹岸冲刷，凸岸淤积，因此主通航孔应跨越深槽，且在凹岸一侧的桥墩不应设在水中，以免产生挑流和对船舶安全航行不利的不良水流。又因为处在弯曲河段处的主流线也是随水位的变化而不断变

化，大船下水过桥时要充分考虑扫弯水的影响，以及流速、曲度、舵效差等给航行带来的航行困难。

在桥区水面纵比降有以下特点：弯道上段，其水面纵比降凸岸大于凹岸，弯道下段情况相反。

影响桥区流速、流态的因素多而复杂，如断面形状、水深、河道弯曲程度、桥墩的位置、河底的陡缓、糙率、风等都会使流速发生变化，导致一个断面上各点的流速不一样。

1）流速垂直分布

流速垂直分布大致是从水面到江底流速逐渐减小，靠近河底流速最小，有时接近于零。垂线上最大流速一般出现在水面以下五分之一到三分之一水深处。水面以下0.6倍水深处的流速近于垂线平均流速。由于河道槽率、水草、风、水深、潮汐以及上、下游河道情势等的影响，致使垂线流速分布曲线的形状各不相同。

2）横断面的流速分布

流速在横段面内的分布与断面形状相似，滩池流速最小，河中心流速最大，近岸小，岸边流速为零。河底与岸边附近流速最小；水面流速靠近两岸边的小于中泓部分，在水深最大处的流速最大。

垂线平均流速沿河宽变化与断面形状有关。在窄而深的河道上，垂线平均流速分布曲线的形状与断面形状相似。

3）流速在不同水位期的分布

（1）在枯水期深槽处流速小，浅滩上流速大。因为这时浅滩好似溢流坝，提高了水面比降，使流速增加。

（2）在洪水期深槽处流速大浅槽处流速小。因深槽常在弯窄段，洪水期大量水流涌入而使水流不畅，造成弯窄段的壅水现象，使比降增大。但此时在浅槽处，一般两岸展宽，断面增大，流速减小。

（3）河槽窄处流速大，宽阔处流速小。这种情况在高水位时很为明显。2.1.2 位于河中心的桥墩对水流的影响

在桥梁对航运产生影响的诸多因素中，墩位的布设（特别通航桥孔）位置和形状的设计是其中的重要因素。对于不同河段，墩孔的布设和墩形的设计，有与不同河段的边界条件和水流条件相适应的要求，如果设计的合理，将减少对航行