港航工程及近海作业第8讲__32整治断面设计__肖政

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，在正常的通航期（T2+T4 ） 内扣除

2、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,称为基本站的设计水位。（3）浅滩设计水位。通过在浅

3、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：u水文站与浅滩之间没有拦河闸、坝，水文条件相似。u无较大支流入汇，无较大引水工程，Q相近。u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。 u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

4、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

5、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。航道等级洪水重现期（年） IIII20IVV10VIVII5通航建筑物设计最高通航水位的洪水频率通航建筑物等级IIIIIIVVVII洪水重现期（年）100202010105洪水频率（%）1551010201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

6、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1

7、211滩lLZZZZ2212lLZZZZ滩或2）比降插入法： （1）河道比降不均匀时：水位变化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)(121211ZZZZZZZZZ滩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

8、水位JQGm2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u当水位降至该水位时，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）。u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u经验方法l 经验数值法l 优良河段模拟法l 多年平均水位法 u造床流量法u浅滩转冲临界水位法JQGm2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）河流类型山区河流平原河流小型0.51.20.51.5大中型1.22.01.53.0JQ

9、Gm2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。JQGm2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

10、，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 进行简化。JQGm2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

11、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u整治线应大于航道宽度，整治线宽度太大，束水作用不明显；u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，u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

12、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。aamHKB1)(223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BHvQ 联解：213522JHnQB改

13、写成：航道整治工程技术规范推荐的水力学计算公式2/13/2)/1 (JHnv 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、H2为未知数定值2135JnQBH3整治线宽度HH2）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。21ssGG（1）底沙造床为主沙莫夫推移质输沙率

14、公式：BHdvvvvvKdGHHH4/133/211Hv止动流速，6/13/183. 3HdvH3整治线宽度 为了计算方便，将式中 改写为:1HvvmHHvvvv1式中指数m值的确定： 根据对数纸上的 的相关线确定。HHvvvv12111212YYHHQQBB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3/411213/4211212HQHQBHQHQBB上式就是以悬沙造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：YHHKBB112 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