航道整治课程设计

《航道整治》课程设计PAGE20某浅滩航道整治课程设计说明书治课程设计说明书班级姓名学号指导教师目录1. 滩险概况及整治方案 12. 设计标准的确定和推算 12.1. 设计水位 12.2. 浅滩基本水尺设计水位 42.3. 其它水尺设计水位 52.4. 用比降法确定各断面的设计水位 62.5. 床沙粒径的确定 62.6. 断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的河床糙率 73. 整治工程设计 83.1. 整治线宽度计算 83.2. 整治线的布置 93.3. 整治建筑物的布置 103.4. 挖槽的确定 104. 水力计算 114.1. 航道的冲刷校核 114.1.1. 确定计算横断面 114.1.2. 确定各计算断面水面曲线 114.1.3. 绘制水流平面图 124.1.4. 流速比较 164.2. 设计水位时挖槽稳定性校核 165. 坝的纵横断面的设计和工程量计算 175.1. 材料选用及粒径确定 185.2. 丁坝的断面尺寸 185.3. 坝根的保护 185.4. 坝头处理 185.5. 丁坝坝基处理 185.6. 丁坝坝面的防护措施 196. 挖槽纵横断面设计和工程量计算 19滩险概况及整治方案该浅滩为平原河流顺直河段上的过渡段沙质浅滩，因为上游有一江心洲，导致上游水流分汊形成分汊河道，洪水期来自上游的大量泥沙淤积在汊道出口两水流交汇处，在退水时又不能被水流全部带走，因此在枯水期形成碍航浅滩。能满足航深要求的上、下深槽宽而浅，且水深相差不大，曲率甚小，但经多年观察，深槽仍然变化不大，基本稳定；上、下边滩低坦，过渡段河面宽阔，水流分散。采取整治（筑坝）和疏浚相结合的工程措施进行整治。其具体整治措施为：沿溪线布置挖槽，吸引水流，增加航深；两岸用对口丁坝束窄过渡段河面宽度，抬高边滩，稳固中、枯水河槽及其主流方向，加大流速，提高水流输沙能力，确保挖槽稳定。设计标准的确定和推算设计水位由1963年长江上游某基站日平均水位表得1963年水位保证率曲线计算表：1963年水位累计频率计算表(表1)序号水位区间出现次数累计次数保证率（%）序号水位区间出现次数累计次数保证率（%）136.60-36.79110.272032.80-32.9984813.15236.40-36.59010.272132.60-32.79115916.16336.20-36.39010.272232.40-32.59137219.73436.00-36.19120.552332.20-32.3998122.19535.80-35.99130.822432.00-32.19109124.93635.60-35.79030.822531.80-31.991310428.49735.40-35.59030.822631.60-31.791612032.88835.20-35.39141.12731.40-31.591913938.08935.00-35.19371.922831.20-31.391915843.291034.80-34.99182.192931.00-31.193118951.781134.60-34.79192.473030.90-30.991620556.161234.40-34.593123.293130.80-30.891722260.821334.20-34.394164.383230.70-30.792224466.851434.00-34.193195.213330.60-30.692226672.881533.80-33.992215.753430.50-30.591428076.711633.60-33.795267.123530.40-30.492230282.741733.40-33.593297.953630.30-30.394434694.791833.20-33.394339.043730.20-30.291235898.081933.00-33.1974010.963830.10-30.197365100在该曲线上可找得1963年保证率为95%的水位为30.29m。根据1955年到1974年的水文资料可得表2，作出累计频率曲线并按P-III型曲线“求矩适线法”配线（图2），可得到当Cs=3Cv时，理论曲线与实测点的拟合程度最好，所以取保证率为95%的水位为30.2m，即为基站的设计水位。某水位站保证率为95%的水位累计频率计算表（表2）序号按大小排列年份保证率为P=95%的水位(m)最枯水位起y（m）K=y/y*K-1(K-1)^2P=m/(n+1)*100%1197031.051.231.980.980.964.762197330.91.081.740.740.559.523196230.780.961.550.550.314.294196130.740.921.480.480.2319.055196830.670.851.370.370.1423.816196930.660.841.350.350.1228.577196030.60.781.260.260.0733.338196430.460.641.030.03038.19195530.40.580.93-0.07042.8610195930.380.560.9-0.10.0147.6211196730.380.560.9-0.10.0152.3812197430.350.530.85-0.150.0257.1413196330.290.470.76-0.240.0661.914195630.260.440.71-0.290.0866.6715195730.260.440.71-0.290.0871.4316196530.260.440.71-0.290.0876.1917197230.230.410.66-0.340.1280.9518195830.170.350.56-0.440.1985.7119197130.140.320.52-0.480.2390.4820196629.840.020.03-0.970.9495.24平均30.4410.621合计6.66E-164.19按P-III型曲线配线时，其理论计算表如表3，其中根据的值查表所得，而，理论累计频率计算表（表3）Cv=0.4696Cs=2CvCs=3CvCs=4Cvp(%)Φp1Kp1Zp1Φp2Kp2Zp2Φp3Kp3Zp30.015.823.7332.146.874.2332.457.984.7532.770.14.4453.0931.745.093.3931.935.773.7132.1212.9832.431.313.272.5431.43.552.6731.4851.8681.8830.991.941.9131.011.991.9331.02101.341.6330.831.331.6230.831.311.6230.8350-0.3540.8330.34-0.220.930.38-0.290.8630.3575-0.730.6630.23-0.730.6630.23-0.720.6630.2390-1.1420.4630.11-1.040.5130.14-0.920.5730.1795-1.3380.3730.05-1.170.4530.1-0.980.5430.1699-1.6330.2329.96-1.320.3830.06-1.040.5130.14浅滩基本水尺设计水位基站与浅滩的相关计算表如下表4，并以此为依据推求表示浅滩设计水位与基站设计水位的相关关系的回归方程，即水位相关法。基站和浅滩水位相关计算表（表4）项次基站x浅滩yx-x*y-y*(x-x*)^2(y-y*)^2(x-x*)(y-y*)132.2831.350.40.570.160.320.23232.6731.610.790.830.620.690.66333.1232.281.241.51.542.251.86433.2232.611.341.831.83.352.45533.0532.271.171.491.372.221.74632.8131.840.931.060.861.120.99732.5831.750.70.970.490.940.68832.3331.290.450.510.20.260.23932.2131.150.330.370.110.140.121032.1130.920.230.140.050.020.03113230.850.120.070.0100.011231.9530.820.070.040001331.8830.78000001431.8430.7-0.04-0.0800.0101531.8130.64-0.07-0.1400.020.011631.830.55-0.08-0.230.010.050.021731.7630.53-0.12-0.250.010.060.031830.730.44-1.18-0.341.390.120.41931.5830.37-0.3-0.410.090.170.122031.5630.32-0.32-0.460.10.210.152131.5430.3-0.34-0.480.120.230.162231.530.27-0.38-0.510.140.260.192331.4430.2-0.44-0.580.190.340.262431.430.18-0.48-0.60.230.360.292531.3430.1-0.54-0.680.290.460.372630.8229.42-1.06-1.361.121.851.442730.829.39-1.08-1.391.171.931.52830.7629.35-1.12-1.431.252.041.62931.6330.42-0.25-0.360.060.130.09总计924.49892.7-0.030.0813.3819.5515.63平均值31.8830.78根据上表中数据，首先计算均方差相关系数为：显著水平检验：n=29，n-2=27，显著水平α取0.01，查表得，因为，故γ是显著的，可进行相关分析计算，关系是密切的。计算回归系数：建立y倚x的回归方程：因基站设计水位为30.2m，代入上述回归方程得浅滩设计水位为其它水尺设计水位根据资料提供的三组数据列表计算如表5，该表是根据各水尺与基本水尺相关水位资料用“瞬时水位法”推求而得。其它水尺设计水位计算表（表5）日期1#水尺2#水尺3#水尺基本水尺3.2129.4529.5229.3429.273.2429.329.3729.229.143.2729.2129.2829.0929.06与基本水尺水位差平均值0.160.230.05设计水位28.9929.0628.8828.83用比降法确定各断面的设计水位当上下游两水文站之间的水面比降不太均匀时采用如下公式以水尺2和水尺4计算，有所以断面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的设计水位分别为床沙粒径的确定根据提供的资料列出床沙粒径级配表（表6）：浅滩槽沙粒径级配表（表6）筛孔直径（mm）筛内泥沙重量（g）小于某粒径的沙重（g）小于某粒径的沙重占总重的百分比(%)70563.05100545.04518.0192322.52495.4988211.26484.2386139.41444.82790.533.78411.04730.25101.34309.7550.1197.05112.6520.010.05112.6500列表计算床沙粒径的加权平均值（表7），得。加权平均粒径计算表（7）筛孔直径（mm）平均粒径d（mm）各组沙重量（g）各组沙重百分比Pi(%)Pi*d75645.0480.483422.5240.1622.511.2620.0511.539.4170.1050.50.7533.7860.0450.250.38101.34180.0680.10.18197.05350.0630.050.08112.6520.010.016加权平均粒径(mm)0.987断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的河床糙率基站设计水位：30.43基站整治水位：整治流量：绘图水位：29.55m浅滩整治水位：现给定断面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在整治水位时的过水断面面积分别为：2222133312611311mAmAmAⅢⅡⅠ给定断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的距离分别为：mm8.3392.5282312lml给定水面宽度mBBmBBBⅢⅡⅠ693．5糙率的计算公式如下：根据上述公式计算得断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的糙率分别为：，所以，河床糙率为：整治工程设计整治线宽度计算（1）水力学法：（2）输沙平衡法：所以，有则所以，整治线宽度。综合水力学法和输沙平衡法的计算结果，取整治线宽度。整治线的布置根据上述计算有浅滩设计水位为28.83m，而绘图水位为29.55m，因此，在图上勾勒出设计水位时碍航的浅滩，即水深小于1.5+29.55-28.83=2.22m的等深线。作出从上深槽到下深槽的深泓线，然后根据该深泓线的走向并以其为中线布置出宽度为500m的整治线，且左岸整治线上游与江心洲尾相连接。整治建筑物的布置按从上至下的顺序布置两岸丁坝。第一座丁坝宜在水深稍浅或适航的断面上，坝间距按前坝投影长度的1－2倍确定，各坝按从上至下、左单右双（面向下游分左右）的习惯编号。挖槽的确定将溪线修直作挖槽轴线并绘出挖槽平面布置图，在浅滩上段、中段和下段垂直溪线点绘挖槽断面（以整治线为边线），计算挖槽水深。取与设计航深相近或稍深的计算值作挖槽设计依据。设计水位时，浅滩上整治线宽度范围内的过水断面（在水深最小处选取，且断面垂直于整治线）面积。所以挖槽前平均水深取时挖槽后设计水位下的水深取时挖槽后设计水位下的水深对上述两种情况进行比较：两种情况下的值均大于1，均满足挖槽设计要求设计水位下的通航水深，当时，与之较接近对两种情况的挖槽工程量进行估算，可得到当时，工程量相对较小根据以上分析，取挖槽宽度，挖槽水深比较合理。绘图水位时的挖槽水深为水力计算航道的冲刷校核确定计算横断面取每一丁坝坝头断面为计算断面。根据丁坝布置的平面图可得2号和3号丁坝坝头在同一断面上，因此，所取的计算断面共有三个。确定各计算断面水面曲线浅滩河段修筑丁坝后，水面将发生变化，丁坝上游水位雍高，丁坝处水面比降增大，雍水高度按如下公式计算：水面曲线示意图（图4）水面曲线示意图（图4）整治水位时各丁坝坝头断面的过水断面形态，由公式求出各断面的平均水深如下：1015.52H各丁坝的雍水高度计算如下：根据上述计算调整整治水位，各丁坝坝头顶高程分别为绘制水流平面图按“累积流量法”绘制水流平面图，其具体步骤如下：①根据地形图确定计算断面，即为（1）中所确定的计算断面；②根据地形变化折点或平均将各断面沿河宽分成8个试算流带；③按计算各试算流带的条件流量，累加得到累积条件流量。以河宽为横坐标，累积流量为纵坐标，绘累积条件流量分布曲线。累积条件流量在右岸为零，在左岸为其总和；④按7个流带等分累积条件总流量，从各分点作水平线与累积条件流量曲线相交，再将各交点投影到断面的水面上，得各条件流带的宽度与分界点；⑤校核各条件流带的条件流量是否相等，若不等，将流带宽度略作调整，重复计算，直至各流带条件流量的误差小于±5%为止。在调整各流带宽度可根据流带的平均条件流量按下式近似估算：（表8~表10）⑥以平顺曲线连接河道各断面各流带相应的分界点，得水流平面图；格子号数12345678格子宽b(m)62.62562.62562.62562.62562.62562.62562.62562.625格子深H(m)2.2172.1512.2282.2822.5231.8161.3491.280格子计算深H(m)2.4672.4012.4782.5322.7732.0661.5991.530282.063269.601284.192294.588342.747209.856136.898127.254282.063551.664835.8561130.4441473.1911683.0471819.9451947.199流带宽58.94061.81058.74056.50057.08073.590134.480流带深2.1972.1502.2202.2792.2241.9471.365流带计算深2.4472.4002.4702.5292.4742.1971.615261.870265.907265.094265.211258.287273.240298.949流带面积144.226148.344145.088142.889141.216161.677217.185流带平均流速0.6580.6400.6540.6640.6720.5870.437断面1（表8）格子号数1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000格子宽b(m)62.62562.62562.62562.62562.62562.62562.62562.625格子深H(m)1.8021.9811.9371.9511.7851.9472.2352.416格子计算深H(m)2.0522.2312.1872.2012.0352.1972.4852.666207.539238.539230.773233.216204.659232.527285.507321.016207.539446.078676.851910.0671114.7251347.2521632.7591953.775流带宽b(m)82.59074.70075.79084.06072.16058.78052.810流带深H(m)1.8361.9381.9451.8531.9812.2592.454流带计算深H(m)2.0862.1882.1952.1032.2312.5092.704281.302275.494280.954290.175274.857272.328277.147流带面积172.283163.444166.359176.778160.989147.479142.798流带平均流速0.5510.5810.5710.5370.5900.6440.665断面2（表9）格子号数12345678格子宽b(m)57.557.557.557.557.557.557.557.5格子深H(m)1.5661.7322.0092.5902.6052.5092.3312.800格子计算深H(m)1.8161.9822.2592.8402.8552.7592.5813.050155.423179.803223.618336.548330.395312.053279.220369.438155.423335.225558.843895.3901225.7851537.8381817.0582186.495流带宽b(m)104.23073.87048.81048.35050.68055.69078.290流带深H(m)1.6372.0292.5572.6372.5102.4201.932流带计算深H(m)1.8872.2792.8072.8872.7602.6702.182300.391291.565272.701282.993275.243286.191287.403流带面积196.682168.350137.010139.586139.877148.692170.829流带平均流速0.4830.5650.6940.6810.6790.6390.556断面3（表10）断面1断面2断面3流速比较计算各个横断面航道范围内各个流带床沙的起动流速并与该流束的平均流速比较，从而判断整治水位时航道是否冲刷，以及整治线宽度是否合适。启动流速计算公式如下：列表计算各断面在整治水位时的平均流速和泥沙的启动流速（表11）。根据该表计算结果可以得到各断面的平均流速均大于其泥沙的启动流速，且随水流方向依次增大，各断面满足也在1.1~1.3之间，所以，整治水位时航道满足冲刷要求，整治线宽度适宜。各断面流速计算表（表11）断面编号123流带宽(m)流速(m)流带宽(m)流速(m)流带宽(m)流速(m)58.940.6682.590.551104.230.4861.810.6474.700.58173.870.5658.740.6575.790.57148.810.6956.500.6684.060.53748.350.6857.080.6772.160.59050.680.6873.590.5958.780.64455.690.64134.480.4452.810.66578.290.56加权平均流速0.590.580.59启动流速0.510.510.52设计水位时挖槽稳定性校核根据公式，可求得开挖前挖槽范围内平均流速：式中：为施挖前挖槽范围内平均水深施挖后挖槽内的平均流速：式中：为平均开挖深度；为开挖断面面积令施挖后挖槽范围内平均流速增大倍数为，则：开挖前挖槽范围内平均流速：断面b1-1693.513110.87126.33474680.930.342-2693.512610.87126.33447790.930.363-3693.513330.87126.33486680.930.33开挖后挖槽中的平均流速：断面1-182.441.3740.0631.742.570.802-282.441.3740.0651.722.570.803-382.441.3740.0621.542.570.80上式计算成果表明：挖槽范围内开挖后的流速均大于开挖前的流速，基本满足稳定校核中提出的流速要求。坝的纵横断面的设计和工程量计算按抛石坝设计。利用块石抛筑丁坝，一般平原河流中多用直径小于的石块，每块重量通常小于，以适应机械化较低时用人工抛筑，但在流急的山区河流，有涌潮的河口或受风浪作用的海堤工程，石块应大些，如川江上抛筑的块石有达数吨重的。抛石丁坝的一些要求如下：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，坝深不宜采用片状石，坝体应按设计要求嵌砌牢固。丁坝的断面尺寸实体丁坝横断面多呈梯形。坝顶宽一般采用～，川江上宽达左右。施工机具是