港口航道与海岸工程毕业设计航道整治长江上游油榨碛

1、毕业设计（论文）题 目长江上游油榨磧滩航道整治方案设计专 业班 级学 生指导教师港口航道与海岸工程12级2班曾 鸣胡江、八前言整治现状中国是一个多河流的国家，内河航道通航里程位居世界第一。内河航运是国家战 略性基础产业，内河航运具有占地少、成本低、能耗小、污染轻、运能大、效益高等 六大优势，是综合运输体系中发展的重点，是典型的资源节约型、环境友好型的产业 体系。长江上游地区经济发展和西部大开发带来了旺盛的水运需求，长江上游航运在 大宗货物、集装箱、滚装运输等方面具有广阔的市场前景。而目前长江上游叙渝段航 道等级仅为川级，枯水期维护尺度为2.7mx 50miX 560（水深X航宽X弯曲半径，下同

2、）， 难以适应满足上游货物运输的需要。因此，有必要提升长江干线宜宾至重庆河段航道 等级，为上游航道建设规划及工程实施提供有力支撑。设计的目的和意义油榨磧滩上游航道里程993.5km，属铜鼓滩水道（993.01001.0km）,为一反向 弯道间的过渡段浅滩。滩段上口左岸为巨大的卵石碛坝迎宾阁，其碛尾伸入河心，与 油榨磧磧脑延伸的暗磧交错相对，形成鞍峰；下部河床突然放宽，致使水流分散，流 速减缓，中洪水期有部分卵石在过渡段落淤。而上、下边滩均较为低平，归槽水位低， 水流冲刷力不足，形成过渡段浅滩碍航，浅区长达450m最小水深仅2.1m。全年主流循河心偏左岸下。油榨磧脑暗磧伸出较开，航道浅窄，船舶应

3、减速慢行，谨防吸浅。兰叙段一期建丁坝 2 道，兰叙段二期和叙泸段一期分别对坝体进行修复，两坝体长度分别为260m 295m坝顶高程均为目前数模计算的滩段设计最低通航水位上1.4m。目前，滩段满足2.7mX 50nX 560m的航道维护标准，整治效果良好。目前，按照U级 航道3.5 X 100mX 800m的建设标准核查滩段航道条件，过渡段浅区不满足建设标准。 3.5m等深线断开，核查100m航宽下最小水深为3.2m,过渡段浅区长约310m结合2013 年3月最新电子测图，该滩冲刷明显，过渡段长度缩减为约50m形成局部高点，最浅点水深为2.0m，满足3.5水深航槽宽度90m此次毕业设计是港航专业

4、毕业生在校期间的最后一次全面性、 总结性的教学实践 环节，它既很好的让我们回顾了大学四年所学的理论知识，又扩大我们的认知面，更 加巩固了我们所学的专业知识；经过指导老师的精心指导下，使我们运用所学知识与 技能、解决具体问题能力得到很好的增强，为我们即将走向的工作舞台奠定了坚实的基础。具体目的如以下几个方面：1 、巩固、联系、充实、加深、扩大所学基础理论和专业知识；2 、训练综合运用所学知识独立分析和解决实际工程问题的能力，同时训练计算 能力、绘图能力、论文撰写能力、语言表达能力、创新能力，培养敬业和合作精神；3 、初步掌握航道整治设计工作流程和方法；4 、熟练运用计算机等工具提高工作效率；5

5、、敢于创新，并能正确地将独创精神与科学态度相组合；6 、养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。设计的主要内容1、滩险分析；2、整治参数的计算；3、应用二维数学模型进行水力计算；4、工程量的计算与概预算；I目录、八、-I前言 I整治现状 I设计的目的和意义 I设计的主要内容 II目 录 1摘 要 1Abstract 2第一章 基本资料及成因分析 11.1 地理位置 11.2 工程概况 11.3 滩址水文气象特征值 11.4 泥沙 21.5 地质、地貌 21.6 航运资料 21.6.1 航道等级 21.6.2 设计代表船型 31.7 对环境的影响 31.7.1 航道整治对环境、防洪的影响 3

6、1.7.2 航道维护设施建设对环境、防洪的影响 41.8 环保措施 41.9 地方材料 51.10 航运现状 51.11 滩险概况与分析 61.12 滩险成因和整治方案 7第二章 水力参数的计算 82.1 设计标准的确定及推算 82.1.1 设计水位 82.1.2 整治水位 112.2 整治线宽度的计算 122.2.1 水力学法 122.2.2 输沙平衡法底沙造床为主 152.2.3 糙率的计算 17第三章：整治方案的设计 193.1 方案平面布置 193.2 整治建筑物 203.2.1 丁坝 203.2.2 结构设计 203.2.3 抛石丁坝的要求 203.3 挖槽纵横断面设计 213.3.

7、1 有利于船舶安全航行 213.3.2 经济合理 213.3.3 施工可能性 213.3.4 断面形状 22第四章 SMS 水力计算 224.1 二维水流数学模型计算 . 224.1.1 控制方程 . 224.1.2 边界条件 234.1.3 基本方程的数值离散与求解 . 244.1.4 总体有限元方程的求解. 254.1.5 计算范围及网格剖分 . 274.1.6 数学模型验证 284.2 整治断面的水力计算 284.3 sms 地形图以及流场图展示 . 36第五章: 工程量及概预算 . 405.1 挖槽的工程量 405.2 丁坝工程量 . 415.3 总费用 44结 论. 46致 谢. 4

8、7主要参考文献 . 481曾鸣：长江上游油榨磧滩航道整治方案设计本毕业设计课题选题于长江叙渝段航道油榨磧滩整治工程。油榨磧滩上游航道里程993.5km，属铜鼓滩水道（993.01001.0km）,为一反向 弯道间的过渡段浅滩。滩段上口左岸为巨大的卵石磧坝迎宾阁，其磧尾伸入河心，与油榨磧磧脑延伸的 暗磧交错相对，形成鞍峰；下部河床突然放宽，致使水流分散，流速减缓，中洪水期 有部分卵石在过渡段落淤。而上、下边滩均较为低平，归槽水位低，水流冲刷力不足， 形成过渡段浅滩碍航，浅区长达 450m最小水深仅2.1m。本滩根据李庄水文站水位流量关系曲线查得设计流量为2071 m/s。李庄至油榨磧之间无大的支

9、流入汇，故取本滩设计流量为2071 m3/s，设计水位246.923m。该滩浅区河床质为砂卵石。本滩要求整治后航道水深不小于 3.7m、航宽100m弯曲半径800m设计内容和步骤：1、滩险分析2、设计水位、最低通航流量计算3 、河床泥沙粒径4 、整治方案布置5 、整治方案后的水力计算6 、整治方案设计7 、工程量计算&绘图、整理资料、撰写说明结论：方案前后的二维数学模拟计算分析表明，整治工程实施后油榨磧河段能够 达到二级通航标准。关键词：长江上游，油榨磧，水力计算，二维数字模拟AbstractThis graduate program is select by the Youzha b

10、each of the Changjiang river ,Xuyu waterway, project.Youzha moraine beach swim waterways 993.5km, belongs TongGuTan waterway (993.0 1001.0km), a tran siti on sect ion betwee n the shoal a reverse curve.Beach secti on of the left bank of catchy huge gravel moraine dam Hospitality House, which extends

11、 into the end moraine Rivercenter, with staggered Youzha dark moraine moraine moraine exte nding relative brain to form Saddleback; sudde nly relax the lower part of the river bed, caus ing the water dispersi on flow rate slow ing the flood of some pebbles in the tran siti onal passages silt. And on

12、 the beach below are relatively flat, low return water tank, in sufficie nt water erosi on force formatio n of the tran siti on secti on n avigatio n-shallow, shallow area up to 450m, the minimum depth of only 2.1m.The beach Li Zhua ng hydrologic stati on accord ing to Richard flow curve desig n flo

13、w 2071 m3 / s. Li Zhua ng to Youzha betwee n moraine no big branch excha nge in flow, so they chose this beach design flow of 2071 m3 / s, design water level 246.923m.The shallow beach area is sand pebble bed material.after this beach requires remediation channel depth of not less than 3.7m, Air wid

14、e 100m, bending radius of 800m.Desig n eleme nts and steps:1、rapids an alysis2、the desig n level, the lowest n avigable flow calculati on3、bed sediment diameter4、remediation programs arranged5、hydraulic calculati on program after remediati on6、remediatio n desig n7、engin eeri ng calculati on8、drawin

15、g, collating information, writing instructionsConclusion: The preliminary master channel regulation on mountain rivers, and laid a solid foun dati on for future work.KEYWORDS: the regulati on, Tren ch, buildi ng reno vati on, hydraulic calculati on#2016届港口航道与海岸工程专业毕业设计（论文）第一章基本资料及成因分析1.1地理位置本滩位于长江叙渝

16、段航道油榨磧滩，宜昌上游967.3km，处于一微弯河段，为一核心区试验区缓冲区非保护区7J:5MSI正常浅滩。图1-1长江干线叙泸段航道滩险分布图1.2工程概况油榨磧滩距宜昌994km为反向弯道间的过渡段浅滩，滩段长1km左右。油榨磧滩在铜鼓滩下游1. 5km,滩段左岸有巨大的卵石磧名为迎宾阁，右岸是地 势较陡的山丘，沿山脚有乱石堆积和基岩出露。滩下口有油榨磧磧脑延伸的暗磧伸入 江中，与左岸迎宾阁伸出的磧尾相对，形成鞍峰而出浅。该滩江床底质是卵石，边滩 上卵石粒径一般为20cm,少量最大的可达45cm。1.3滩址水文气象特征值该河段地处亚热带湿润东南季风气候区。具有冬暖、春早、夏热的特点。冬季

17、霜 雪少见，春季比长江中下游提早一个月，夏季长达45个月，是我国高温中心之一流域内雨量充沛，多夜雨和秋雨。年降水量的 60%以上集中在夏季，秋雨多于春雨。年 平均夜雨率超过60%夜雨季节主要集中在春夏之交，为全国少见。从气象条件来看，明显影响工程设计的因素不多，只是雨水相对较多，对施工有一定影响。另外雾较多，施工时更应注意安全标志的设置，同时施工应与行船密切联 系，保证行船的安全。1.4泥沙长江叙渝段径流来源主要是金沙江干流过境流量和岷江汇流流量。以李庄站近年 实测资料为例，悬沙多年平均含沙量为1.17kg/m3,在全国各大河流中含沙量属中等。同一水文年中，含沙量的变化比较大，洪水期月平均含沙

18、量达2.02 kg/m 3。而枯水期月平均含沙量仅为0.0370.044kg/m3。洪枯水含沙量相差4654倍。悬移质泥沙多 年平均输沙量为32092万吨，输沙量在年内分配极不均匀，510月输沙量占全年输沙 量的97%以上，其中69月份占全年输沙量的88%以上。卵石推移质多年平均推移 量32.4万吨左右，510月的卵石推移量占全年推移量的 95.899.8 %。据挖坑取样分析，油榨磧滩卵石中值粒为5.5cm。本项目的设计与水文、泥沙条件关系十分密切。各滩整治方案的确定，应深入分 析滩险的碍航原因、演变规律，综合考虑水位、流量、流速、泥沙的影响。助航设施 及维护设施应充分分析水位和流速等水文要素

19、。1.5地质、地貌叙渝段河道，水流自西向东，穿过四川盆地的南部边缘，两岸为低山丘陵，山势 平缓，无高山峡谷，多呈单面山及方山地貌，河床开阔。河床地质多为砂卵石所覆盖, 间有部分基岩（砾岩、砂岩），江心洲、边滩较为发育，河床及岸线相对稳定。从工程建设范围内的地质条件来看，地质条件较好，对整治建筑物的结构影响不 大；航行水尺的选址应注意避开滑坡地段。1.6航运资料1.6.1航道等级航道等级为U级162设计代表船型目前，叙渝段航道航行的船型非常复杂，拖轮功率、载量大小不一，从几十吨至 上千吨不等，主要船型有客船、拖轮船队和机动驳船。拖轮船队编队为品字型或梭顶形式，枯期一拖顶二驳，洪期一拖顶三驳。具有

20、代表性的船队主要有 279kW+2< 300t顶推船队， 368kW+X 500t顶推船队，368kW的 500t单船机驳，881kW+1000t顶推船队（仅限于中洪水期航行）。表1-1叙渝段船型现状表序号船型船型尺度（m 总长X型宽X型深备注1拖轮272kW拖轮28.0 X 5.8 X 1.602221kW拖轮32.0 X 6.5 X 1.753368kW拖轮31.4 X 6.2 X 1.64588kW拖轮36.7 X 7.6 X 1.85驳船300t驳船40.0 X 7.5 X 1.66500t驳船45.0 X 10.0 X 2.271000t驳船74.5 X 10.9 X 2.48

21、250t油驳43.2 X 8.0 X 1.809自航船舶川江客轮33.5 X 5.8 X 1.75江安轮司3#10500t机动驳48.0 X 10.8 X 1.8558kW111000t机动驳75.0 X 10.5 X 2.4121350t机动驳67.5 X 11.68 X 3.01.7对环境的影响1.7.1航道整治对环境、防洪的影响此次在叙渝段航道内实施整治的几个滩险基本上都采用疏浚及辅以一些低水整治 建筑物维护航槽稳定的治理措施。在环境方面。，滩险整治对大气环境无不利影响，产生的污染主要在于施工过程 中疏浚、炸礁产生的生活污水、弃渣对河段内水质的影响和施工噪声。但施工影响范 围内并没有大城

22、镇和居民区，且本项目设范围大、分布广，点多线长，而且建设过程 分期进行，单个项目的建设规模较小，施工历时较短，所使用的机械均为中小型机械， 加上采用有效的环保措施。本项目的建设不会对周围环境产生不利影响。在防洪方面，由于整治中炸礁、疏浚是通过扩大航槽过水断面的手段来增加航深、 归顺水流，进而改善航行条件，其施工针对区域为枯水航道，整治目的是拓宽加深航 槽，增加河段过水断面，所以不会对该河段洪水期行洪产生不利影响。疏浚工程和炸 礁工程和弃渣区均选在附近的深潭，且弃渣量较小，不会对行洪产生不利影响。本次 整治工程的整治建筑物主要是针对改善枯水航道条件而设置的，修建的整治建筑物均 为低水建筑物，对洪

23、水期过水断面影响很小，不会对该河段行洪造成不利影响。1.7.2航道维护设施建设对环境、防洪的影响航道维护设施建设对防洪不构成任何影响，在建设过程中产生的生活污水以及航 标施工对植被有少许破坏。但由于本项目进行标志建设和测量工作都是小型的施工队 伍（约10来人），每个建设点产生的生活污水相当少，施工过程中也无其他施工废水排 入长江造成水质的污染，故项目建设对水质影响小，只有岸标修建时需修整岩面，会 产生少量弃土和少量植被的破坏，但对环境影响不大。1.8环保措施尽管本项目建设对周围的生态环境影响较小，在建设过程中还是应该注意加强环 保措施，尽量减少对环境的不利影响。针对本项目的特殊性，在环境保护上

24、应米取如 下措施：1、疏浚炸礁产生的弃渣丢弃在深潭中。2、工程石料采用定点开采，避免对天然植被造成大面积的破坏。3、航标建设中的弃土尽量不抛弃到江中，以免污染水质。4、施工场地的选择和设备布置应注意尽可能不破坏植被和对周围居民的生活造 成影响；5、生活垃圾不得随便弃放。6、航标在使用过程中产生的废旧电池应统一回收，集中处理。1.9地方材料1、石料本项目所用石材总量较大，但分散的点较多，结合本地区的地质地形特征，各滩 整治的石材可在就近的石厂或附近的适合地点采取。河道内或附近的石质良好，石料 主要为砂砾岩，一般抗压强度大于 60Mpa软化系数0.70.9，可满足工程需要。2、砂本河段范围内均可在

25、适当位置找到采砂场，且运距较近。3、水泥在本地区的江津、泸州等地有地维水泥厂、腾辉水泥厂，均能买到用于本项目的 水泥。4、其他材料用于本工程航标建设的钢材、铝材等，相对来说用量较小，在当地都能买到。1.10航运现状宜宾合江门至重庆航道，为川级航道，航道维护尺度标准为3.0mx 50mx 500m （水 深x航宽x弯曲半径），通航保证率：98%航道按重点航标配布，航道配布有不发光航标，其余上下游河段未配布航标。全河段中有多处处控制河段，其余河段航宽能达 双倍航宽或只有单倍航宽但上下行船舶能相互通视自行会让。52016届港口航道与海岸工程专业毕业设计（论文）曾鸣：长江上游油榨磧滩航道整治方案设计1

26、.11滩险概况与分析油榨磧浅滩图1地理位置：反向弯道间的过渡段浅滩2、浅滩的基本特点：滩段上口左岸为巨大的卵石磧坝迎宾阁，其磧尾伸入河心， 与油榨磧磧脑延伸的暗磧交错相对，形成鞍峰；下部河床突然放宽，致使水流分散， 流速减缓，中洪水期有部分卵石在过渡段落淤。而上、下边滩均较为低平，归槽水位 低，水流冲刷力不足，形成过渡段浅滩碍航，浅区长达450m最小水深仅2.1m。1.12滩险成因和整治方案1、滩险成因：石质浅滩缘于地质构造因素外，其他浅滩均为河床演变的产物: 上游沙量大于本河段的输沙能力，上游来沙不能被水流完全冲走而落淤形成浅滩。2、整治措施：该滩为过渡段浅滩，主要碍航特性是浅。整治思路为疏

27、浚浅区， 加高已建航道整治建筑物，增加开挖区冲刷力度，使设计航槽满足U级航道建设标准 其具体整治措施为：沿溪线布置挖槽，吸引水流，增加航深；加高加长已建丁坝束窄 过渡段河面宽度加大流速，提高水流输沙能力，确保挖槽稳定。11第二章水力参数的计算2.1设计标准的确定及推算2.1.1设计水位规定河流中可以正常通航的最低水位，即航道标准尺度的起算水位，称为设计最 低通航水位常简称设计水位，有的河流又称通航基准面或航行零水位。1、基本站最低通航水位的确定方法和适用条件根据内河通航标准（GB50139-2004）规定，天然河流的设计最低通航水位可 采用保证频率法和综合历史曲线法计算（1）保证频率法天然河流

28、设计最低通航水位，采用保证频率法的标准如表2-1所示。表中所列保证率系个年内高于和等于某一水位的天数占全年天数的百分数。图2-1频率曲线表2-1天然河流设计最低通航水位保证频率表航道等级保证率（%）重现期（年）In98 99510川W95 9845V忸90 9524综合历史曲线法该法的标准如表2-2所示。表中所列保证率是指统计年限内高于和等于某一水位 的天数占总天数的百分比。图2-2综合历史曲线历史曲线又称保证率曲线、累积频率曲线， 取每年逐日平均水位或流量资料，分级统计各 级天数累积的曲线，根据保证率要求，求出相 应水位即为保证率水位置；综合历史时曲线则 以多年的日平均水位或流量分级统计各级

29、天数 累积曲线，根据保证率要求，求出相应水位即 为保证率水位值（图2-2）.这方法便于掌握, 计算方便，但其保证率只反映在统计年分内平 均保证情况，这个方法确定的设计水位偏高。表2-2天然河流设计最低最低通航水位综合历史曲线法保证率航道等级保证率（%IU> 98川W95 98V毗90 952、浅滩设计水位的确定方法通过基本站的设计水位推求整治浅滩的设计水位 （1）水位相关法取得浅滩上和基本水位站同时观测一段时间的枯水位资料后，就可与基本站水位做水位相关曲线，如图2-3所示，将基本站与浅滩的日平均水位点绘在方格纸上， 然后通过点群重心绘出相关曲线，就可基本站设计水位求出浅滩上设计水位。此法

30、比 较简单，也比较精确，单需要较多的浅滩水位观测资料。当资料少时，为克服绘制相 关曲线的随意性，可用最小二乘法原理求得回归方程。此保佢舉鳴图2-3水位相关图(2) 比降插入法需要整治浅滩缺乏水位观测资料，但在其上下游有水位站时可采用此法。可用下式求得:乙 Z2LLi图2-4比降均匀插入法示意图2-5所示，可米用下式求得:当上下游两水位站之间的水面比降不太均匀时，如图乙 JZ1 Z2式中： Zi、 Z2分别为上、下游水位站瞬时水位与设计水位之差。使用上式时，须在两站及浅滩上观测一次瞬间水位Zi'、Z2'、Z3',由求得的上下2016届港口航道与海岸工程专业毕业设计(论文)

31、游水位站的设计水位即可求得浅滩上设计水位图2-5 比降不均匀插入法示意图(3) 瞬时水位法浅滩缺乏水位资料，没有上下游两个基本站可利用时，设置临时水尺，观测一段 时间的枯水期水位，算出浅滩与基本站同瞬时的落差关系，即可求出浅滩设计水位。 但对于整治后引起水位下降的问题必须要留有富于。2.1.2整治水位沙、卵石浅滩多采取筑坝束水攻沙，与整治建筑物头部齐平的水位，一般称为整 治水1.经验方法(1)验数值法根据各河流整治较成功的经验数据确定：常取设计水位+超高a (m) 表2-3列举我国河流采用的整治水位超过设计最低通航水位的超高值范围。表2-3整治水位高于设计最低通航水位的经验值( m)河流类型山

32、区河流平原河流小型0.5 1.20.5 1.5大中型1.2 2.01.5 3.0(2) 优良河段模拟法选择该河段的优良河段边滩边滩高程作为整治水位;(3) 多年平均水位法采用多年平均流量时的水位(接近平滩边滩水位)2 造床流量法 一一寻找造床作用最强的洪水流量。(1)输沙率与历时乘积最大造床作用包括造床强度和历时两个因素，即输沙率和各级流量的频率输沙率一一G=QJ历时一一PPG 即QJP的乘积最大QQJP关系线推求Q第一造床流量，相当于多年平均最大洪水流量，平河漫滩Q2第二造床流量，相当于多年平均流量， 平边滩，束水归槽攻沙作用更强，相应水位 即为整治水位(2)不同输沙能力公式推求历时有关。断

33、面悬移质输沙率：PsQScp断面推移质输沙率：GBgb其中：SCpV4gbV410203<j 0 0-5 1.0 1.5 2.3图2-7 ZP、 ZU曲线图某级流量造床作用的大小与输沙能力大小、绘制ZR ZU，在此基础上绘制ZpU，在曲线上找出第二峰值，其对应的水位即为整治水位2.2整治线宽度的计算2.2.1水力学法根据曼宁公式反算糙率:15因此由：可得糙率计算公式:水力半径：r2/3jr2/3j1/21/2其中：A过水断面面积r2/3j1/2X湿周平均流速： 其中：Q整治流量，Q=5400msA 断面面积进而的出各断面的特性，如下表：表2-4各断面的特性表断面1-12-23-3面积A

34、(m)1811.1931484.0001870.081801河面宽度B(m)603.7979614.1314601.3566湿周X (m)582.9417614.7111601.6057水力半径r( m3.106992.4143.1085设计水位(m)246.923246.923246.923整治水位(m)249.423249.423249.423平均流速V(m/s)2.9814593.63882.8875平均水深H(m2.9996692.41643.10982016届港口航道与海岸工程专业毕业设计（论文）Q vA其中：Q BHv联立求解得:nQh5/3j1/225假定整治水位时整治前后的 Q

35、、n、J相同，则B H 5/3 B H 5/3B1H1B2H2TB图2-8相关曲线b般H2可根据航道要求水深t乘以改正系数来近似计算,H1tBB 4时， 变化不大，0.8 0.9左右，b平原河流：0.85，山区河流：还小些，b£)1.67水力学计算方法没有考虑泥沙输移，有一定局限性；适用于少沙河流 例如：取断面1-1来计算：A知：H -B其中：H 断面水深；A断面面积；B河宽。对1-1断面有知：H=A/B=1811.1938/603.7979=2.981459 Bi=603.7979 m由有关规范知，水深改正系数0.8 0.9，取 0.85即取 t=4.5m带入 B2=Bi（Hi/

36、t）5/3 知 B2= 402.6812m同理可以求出各断面的的整治线宽度 B2见下表表2-5 水力法下个断面的 B数据断面1-12-23-3B402.6812285.6472425.88622.2.2输沙平衡法一一底沙造床为主以底沙运动为主的河流中，如果采用沙漠夫公式：G Kd（丄）3（丄 1）（吕）zBVHVHH式中：K系数d泥沙平均粒径H断面平均水深B河宽z指数，一般为1/41/6,采用1/4v止动流速，用有关的沙漠夫公式得止动流速:H3.83d1/3H1/6为了计算方便，将式中（丄VH1）改写为v(1)v(VH式中的a和m的值可以由对数纸上的相关曲线确定，将曲线分成若干段每段近似地视

37、为直线关系，从而定出各段的 m数值，见下表。表2-5系数m值表v/v H=1.1<v/v h<1.51.5<v/v h<2.52.5<v/v h<10m5.362.221.26代入K中，以K'表示，则可以写成下式:G K'd(-)3 vHm /d、1/4B vh(H)B将（丄 1）VH()m 代入 G K'd(丄)3VHVHmvH（£）1/4B，因K'是常数，同时认为整治前后d变化不大，均可消去，则有:B2B (Q2)(3m)/(2 m)(H1)(43 14m)/12(2 m)B1 可上式可写成1=(3+m)/(2+

38、m),y 2=(43+14m)/12(2+m)Q2 y1 H1 y2B2 B1(£1()2例如：取断面1-1来计算:d=5.5cm=0.055 m, H1=2.999669 m B 1=603.7979m t= 4.5m由沙漠夫公式得止动流速：3.83d1/3H 1/63.83 0.0551/32.9996691/61.74916m/sV/V h=2.981459/1.74916=1.7045贝 Uy1=(3+m)/(2+m)=1.2369 y因为Q=Q查系数m值表可得m=2.222=(43+14m)/12(2+m)=1.4629v(一v1)(一vHB B (Q2)(3 m)/(2

39、m)(H)(43 14m)/12(2 m) B B (Q2)yl2 r2 i'q '1 1同理可求出各断面的的整治线宽度 B2见下表表2-6输沙平衡法下各断面的B2数据断面1-12-23-3B2423.1269313.67444.2351而对两种方法求各断面平均整治线宽度得B2见下表表2-7两种方法下的各断面的Ba数据断面1-12-23-3412.9041299.6586435.0607对整治区域各断面的整治线宽度求其平均值可得该滩整治区域的整治线宽度为B=349.4664m取 B=350 m2.2.3糙率的计算根据曼宁公式反算糙率：因此由2/3 B 1/2R Jvn可得糙率计

40、算公式：2/31/2R J nv水力半径R A其中：A断面面积湿周Q 平均流速：vA其中：Q整治流量，Q=5100m3/sA断面面积由此可以求得四个断面的糙率。表2-8各断面糙率表断面1-12-23-3糙率0.01690.02530.0245由此可完善水力计算特性表O第三章：整治方案的设计3.1方案平面布置油榨磧碍航滩险为过渡段浅滩，主要碍航特性是浅。整治思路为疏浚浅区，加高 已建航道整治建筑物，增加开挖区冲刷力度，使设计航槽满足u级航道建设标准。表3-1疏浚、筑坝控制点坐标表点号XY备注W1502321.88043190288.2264W2502567.97493189575.9176W35

41、02705.24183189465.9694W4502750.04063189397.5689疏浚W5502661.86823189397.5689控制点W6502365.87943189517.3116W7502373.41983189586.0952W8502312.59003189627.85491#150227022641#2502283.64923190167.3581筑坝控制点1#3502288.16023189754.73811#4502345.77963189733.33211#5502339.39433189718.29041#6502269.686

42、73189744.89492#1512899.5593189526.37162#251291337162#3512913.58143189198.72472#4512962.23313189179.4738筑坝控制点2#55129571812#6512898.93483189186.41273.2整治建筑物3.2.1 丁坝抛石丁坝是航道整治中最常用的整治建筑物。抛石坝用块石抛筑而成，经久耐用，可在任何水力条件的河流中使用，抛石坝施工较简单，维护方便，是国内外采用最普 通的一种形式。在山区河流中，两岸多有岩石，容易就地取材，整治建筑物基本上都

43、采用抛石坝。本次设计也是采用抛石丁坝。3.2.2结构设计按抛石丁坝设计，作出顺坝纵横断面设计图。横断面坝的顶宽、上下游边坡比， 纵断面坝的纵坡比、坝头坡比、河底线、坝根与河岸的连接情况、高程尺寸尺以及设 计水位、整治水位见附图。3.2.3抛石丁坝的要求1、材料选用及粒径确定抛石坝的石质，要选未风化的不溶与水的岩石，忌用页岩和疏松的砾岩等。一般 多用花岗岩、砂岩、玄武岩和石灰岩。块石应具有合理的级配，坝身不宜采用片状石， 坝体应按设计要求嵌砌牢固。2、丁坝横断面抛石丁坝横断面多呈梯形，迎水坡为 1:11:1.5，背水坡为1:1.51:2.5。根据曾鸣：长江上游油榨磧滩航道整治方案设计不同情况，坝

44、顶宽1.04.0m,在流速急或有流木、流冰的地区，可取偏大值。3.3挖槽纵横断面设计挖槽设计，应该最大限度地满足航行要求，能保证船舶安全顺利地通过；要尽可 能地使挖槽回淤量较少，具有良好的稳定性；应该考虑技术上得可能性，经济上的合 理性，使工程量最少，并易于施工。3.3.1有利于船舶安全航行1、 挖槽中心与主流向交角不应过大，在可能条件下不应超过15，斜交的水流可 能会引起船舶发生海损事故。2、.挖槽本身不应弯曲，在必要的情况下，允许有一个角度不大的转折，在转折 处航道应当适当放宽，以便于船舶航行。3、挖槽与上下游必须平顺相接，在交接处可将挖槽逐渐放宽成喇叭口形。4、挖槽必须有足够的宽度和深度

45、，并符合该水域航道尺度的规定。5、对于有冰冻的港口航槽选线时，应注意排水条件和冰凌对船舶航行的影响。3.3.2经济合理应使挖槽的工程量(土方量)少或较少，因此挖槽应尽可能布置在水深较大处。3.3.3施工可能性挖槽的设计，应充分考虑施工的可能性，使挖槽水域能正常从事疏浚施工。1. 施工前期准备办理好水上水下施工许可证，发布航行通告及办理废弃物倾倒许可证。2. 现场准备(1) 疏浚施工之前应对施工区进行浚前测量，以作为核实疏浚工程量和组织施工 的依据。(2) 宜进行扫床，并采取必要措施，确保施工人员和疏浚设备的安全。(3) 施工放样前应对平面控制网点及设计放样元素的坐标点进行检查复核，不足 或存在

46、其它误差时，按规范确定。(4) 挖泥标志设置应满足要求。3.3.4断面形状挖槽断面的形状，一般设计成对称梯形，两侧边坡系数的大小，取决于土壤在水 流作用下的休止角，沙质土壤的边坡为1:31:5 ,卵石浅滩可取得边坡为1： 2.51:3 , 泥质浅滩的边坡为1：51:10，丁坝相接的河岸高度为1:200 0 挖槽纵断面底坡宜与挖槽后的水面线一致，做到与上下深槽平顺衔接，避免进、出口 出现横流、急流。第四章SMS水力计算4.1二维水流数学模型计算本报告采用平面二维数学模型，就拟建工程对河道行洪及河势的影响进行了计算, 并对工程修建前后工程河段水位和流速等的变化进行了分析。4.1.1控制方程采用沿水

47、深平均的封闭浅水方程组描述二维水流运动，基本控制方程见公式水流连续方程一一 (hu) (hv) 0 t xy(3.1)uuu - txuv -yghxax丫方向动量方程vvvhau -v -gtxyyyX方向动量方程fvxyxx U2xy U2yJ2 2 2u - u v n gh430 (3.2)2v2xyy2 2v u v n g4h 3(3.3)29为床面咼程;以上各式中,t为时间；u、v分别为沿X、丫方向的流速；h为水深;g是重力加速度;2016届港口航道与海岸工程专业毕业设计（论文）xx、 yy、 xy是紊动粘性系数，取为U*h ,35 , n为糙率系数；U*为摩阻流速。4.1.2边

48、界条件平面二维水流数模中，边界条件通常包括岸边界、进口边界、出口边界以及动边 界等，本模型采用了如下边界条件。初始条件h x, y,t t0 ho x,y r x,y,t t o r。x,y sx, y,t t 0 So x,y对于给定的研究域，在时间t 0时有(3.4)(3.5)(3.6)其中：h°、r°、s°分别为初始时刻的水位和流量分量边界条件 开边界r rB t ， s Sb t，或 h hB t（3.7）其中rB、sB分别为已知流量过程线，hB为已知水位过程线。固壁边界，即水与陆的边界，由壁面的不透水性，可令法向流速等于零，切向 流速由曼宁一谢才公式确定

49、。若法向流速与X轴夹角为 （图1），则r和s与vn和vt之 转换关系为vnt rVts(3.8)»亠cossin其中：T(3.9)sin cos动边界河道狭窄多变，蜿蜒曲折，区域边界曲折多变，非恒定水流水位变化，河岸的边 界位置会随着水位的升降而移动，当水位抬高时，滩涂过流，滩地上的网格点在边界 内；当水位降低时，滩涂露出水面，从物理本质上来说，当滩地露出水面后网格上水 深应为0，流速亦为0，但是在迭代计算过程中，当水深为 0或较小时，会出现计算机 2曾鸣：长江上游油榨磧滩航道整治方案设计数值溢出或计算发散，因此出现了动边界问题，在计算中必须予以考虑。本模型采用判定露滩点并引入动边界

50、处理方法来解决不间断露滩问题。在岸边界 处，将邻近计算点的水位等值外推，根据滩涂“淹没”与“干出”过程同水位变化的 相关关系，当水深h 0时，滩涂露出；当h 0时，滩涂淹没。如果在某一时刻一节点 干出，那么将此节点从计算域中去掉，并需将该节点的流速设置为零；如果某个水位 点判断为淹没，则将此点归人计算域。为了确保方程不失去物理意义，数值计算中常 假设一个虚拟水深 生山做近似处理，若h生山，则认为节点干出。实际的边界活动是符合运动学原理及连续的，所以人为的“活动边界”会引入数 值误差。为了避免连续引入干扰，模拟中隔几个时间步长会判断一次边界(但必须确 保在这几个时间步长内水位的升降不会超过 hmJ。4.1.3基本方程的数值离散与求解浅水方程的离散包括时间离散和空间离散，时间的离散采用差分法，空间的离散 采用有限单元法：运用伽辽金加权余量法把浅水方程离散成非线性代数方程，然后采 用Newton-Raphson方法求解。离散区域内采用三角形六节点等参单元和四边形八节点 等参单元相耦合。单元插值采用混合插值方法。式中r,、S1和h1分别表示该单元第I节点上的未知函数的时间导数。经运算可得任意单元内的有限元控制方程：Ar1Br1C1 h1ao1D订1Er1FS1 W10(3.10)AS|Bs1C2 h1a01D2S1Es1Fr1 W20(3.11)M 31N 3S10(3.