CN103334402A - 针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，包括：采集目标非开挖港池航道的环境参数，环境参数包括水体含沙量S、泥沙中值粒径d₅₀、港池航道建设前水体平均流速V₁、港池航道建设后水体平均流速V₂；根据泥沙中值粒径d₅₀计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω；计算淤积量P_B；所得P_B值即为在预定淤积时间t内的预报结果。本发明可更好地适用于非开挖港池航道的泥沙淤积预报，预报结果合理可靠，可对港口场地选择、航道选线及港口航道持续运行成本测算起到指导作用。

Description

针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法

技术领域

本发明涉及一种泥沙淤积预报方法，尤其是一种针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，属于港口航道泥沙工程领域。

背景技术

据申请人所知，近十年来我国港口建设发展正值高峰期，而港口航道泥沙问题是关系到港口场地选择、航道选线及港口航道持续运行成本的关键问题，这就对港口、航道泥沙工程研究提出了新的挑战。

针对泥沙淤积程度进行预报可以对泥沙淤积的严重性进行衡量，但是目前的预报方法均是针对开挖的港池航道，尚未出现专门针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法。

针对开挖港池航道的预报方法有多种，如刘家驹^[1]、罗肇森^[2]、李旺生^[3]、曹祖德^[4]、乐培九^[5]的研究文献，徐啸^[6]把这类预报方法归入p=k_af(h₁/h₂)ωC₁的形式，即其回淤率为相对开挖水深的函数。这类预报方法比较简单，各参数容易确定，已得到实践检验。然而，这类预报方法对非开挖港池航道情况适用性不强，亟需研发出适宜的预报方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，构思巧妙，步骤简单，能有效实现预报。

本发明的主要技术构思如下：申请人经深入实践研究，充分利用泥沙沉积的力学机理，以流速变化为引起泥沙淤积的核心指标，再结合对大量案例的分析，终于得出适用于非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、采集目标非开挖港池航道的环境参数，所述环境参数包括水体含沙量S、泥沙中值粒径d₅₀、港池航道建设前水体平均流速V₁、港池航道建设后水体平均流速V₂；

第二步、根据泥沙中值粒径d₅₀计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω；

第三步、按下式计算淤积量P_B：

$P_B=K\frac{\mathrm{S\ωt}}{{\mathrm{\γ}}_0}(\frac{V_1}{V_2}-1),$

K为常数，t为预定淤积时间；

所得P_B值即为在预定淤积时间t内的预报结果。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第二步中，按下式计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω：

γ₀=1750d₅₀ ^0.183；

其中，γ_s为泥沙的容重，γ为水的容重，g为重力加速度，υ为水的运动粘性系数。

优选地，第一步中，水体含沙量S的单位为千克/立方米，泥沙中值粒径d₅₀的单位为毫米，港池航道建设前水体平均流速V₁和港池航道建设后水体平均流速V₂单位相同；

第二步中，淤积体的干容重γ₀单位为千克/立方米，泥沙沉速ω单位为米/秒，泥沙的容重γ_s和水的容重γ单位相同，重力加速度g单位为米/平方秒，水的运动粘性系数υ单位为平方毫米/秒；

第三步中，预定淤积时间t单位为秒；淤积量P_B的单位为米。

优选地，第二步中，

重力加速度g=9.8，水的运动粘性系数υ=1.003。

优选地，第三步中，常数K=0.086，预定淤积时间t=31536000。

与现有技术相比，本发明可更好地适用于非开挖港池航道的泥沙淤积预报，预报结果合理可靠，可对港口场地选择、航道选线及港口航道持续运行成本测算起到指导作用。

附图说明

图1为本发明实施例1码头附近泥沙淤积剖面图。

图2为图1实施例二期码头建成后，码头附近全潮平均流速（m/s）分布。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1

本实施例针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，包括以下步骤：

第一步、采集目标非开挖港池航道的环境参数，环境参数包括水体含沙量S、泥沙中值粒径d₅₀、港池航道建设前水体平均流速V₁、港池航道建设后水体平均流速V₂。

水体含沙量S的单位为千克/立方米，泥沙中值粒径d₅₀的单位为毫米，港池航道建设前水体平均流速V₁和港池航道建设后水体平均流速V₂单位相同。

其中，水体含沙量S、泥沙中值粒径d₅₀是通过水文测验分析获得的；港池航道建设前水体平均流速V₁、港池航道建设后水体平均流速V₂是根据现有模型进行计算或试验获得的。

第二步、根据泥沙中值粒径d₅₀计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω；按下式计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω：

γ₀=1750d₅₀ ^0.183；

其中，γ_s为泥沙的容重，γ为水的容重，g为重力加速度，υ为水的运动粘性系数。

淤积体的干容重γ₀单位为千克/立方米，泥沙沉速ω单位为米/秒，泥沙的容重γ_s和水的容重γ单位相同，重力加速度g单位为米/平方秒，水的运动粘性系数υ单位为平方毫米/秒。

重力加速度g=9.8，水的运动粘性系数υ=1.003。

第三步、按下式计算淤积量P_B：

$P_B=K\frac{\mathrm{S\ωt}}{{\mathrm{\γ}}_0}(\frac{V_1}{V_2}-1),$

K为常数，t为预定淤积时间；

所得P_B值即为在预定淤积时间t内的预报结果。

预定淤积时间t单位为秒；淤积量P_B的单位为米。

常数K=0.086，预定淤积时间t=31536000。

具体实验案例：

华能福州电厂煤码头位于福建省福州市长乐市筹东村的东北侧，闽江南岸青洲大桥下游。该河段为感潮河段，潮汐调和常数为0.24，规则半日潮，每日两涨两落，平均潮差3.80m。水文测验表明该河段水流强劲，潮流作用占优势。

一期煤码头1988年建成使用，二期煤码头是1997年开始建设，1999年建成使用。煤码头建成后附近水域为淤积状态，码头某断面淤积情况见图1，码头建设后全潮平均流速见图2。

经水文测验悬沙和底质资料对比表明煤码头附近水域主要为悬沙淤积物。

首先，通过水文测验分析获得环境参数：水体含沙量S为0.130kg/m³，泥沙中值粒径d₅₀为0.063mm。通过模型计算得，码头建设前水体平均流速V₁为0.55m/s，码头建设后水体平均流速V₂为0.25m/s。

其次，根据泥沙中值粒径d₅₀计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω：

γ₀=1750d₅₀ ^0.183=1750×(0.063)^0.183；

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{24}\frac{{\mathrm{\γ}}_s-\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}}g\frac{{d_{50}}^2}{v}=\frac{1}{24}\×1.65\×9.8\×\frac{{0.063}^2}{1.003};$

最后，计算P_B：

$P_B=K\frac{\mathrm{S\ωt}}{{\mathrm{\γ}}_0}(\frac{V_1}{V_2}-1)=0.086\×\frac{0.130\×\mathrm{\ω}\×31536000}{{\mathrm{\γ}}_0}(\frac{0.55}{0.25}-1)=1.069m.$

即预报结果为：在1年内该码头的淤积量为1.069m。

验证：经水文测验，该码头正常使用期间，年淤厚为1.00m。

本实施例预报方法所得预报值与实际值非常接近，相对误差为6.9%（小于10%），预报准确度很高。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

参考文献

[1]刘家驹，连云港外航道的回淤计算及预报[M]，连云港回淤研究论文集，1990。

[2]罗肇森，河口航道开挖后的回淤计算，南京水利科学研究院。

[3]李旺生，航道开挖后的泥沙回淤预报计算方法，天津水利工程科学研究院。

[4]曹祖德，泥质海港防沙堤全理长度的确定[M]，第七届全国海岸工程学术讨论论文集。

[5]乐培九，河口海湾地区航道挖槽回淤的估算方法[J]，水道港口，1993（3）。

[6]徐啸，近海航道回淤预报[J]，水利水运科学研究，1991，（1）。

Claims (5)

1.一种针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、采集目标非开挖港池航道的环境参数，所述环境参数包括水体含沙量S、泥沙中值粒径d₅₀、港池航道建设前水体平均流速V₁、港池航道建设后水体平均流速V₂；

第二步、根据泥沙中值粒径d₅₀计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω；

第三步、按下式计算淤积量P_B：

$P_B=K\frac{\mathrm{S\ωt}}{{\mathrm{\γ}}_0}(\frac{V_1}{V_2}-1),$

K为常数，t为预定淤积时间；

所得P_B值即为在预定淤积时间t内的预报结果。

2.根据权利要求1所述针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，第二步中，按下式计算淤积体的干容重γ₀、泥沙沉速ω：

γ₀=1750d₅₀ ^0.183；

其中，γ_s为泥沙的容重，γ为水的容重，g为重力加速度，υ为水的运动粘性系数。

3.根据权利要求2所述的针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，第一步中，水体含沙量S的单位为千克/立方米，泥沙中值粒径d₅₀的单位为毫米，港池航道建设前水体平均流速V₁和港池航道建设后水体平均流速V₂单位相同；

第二步中，淤积体的干容重γ₀单位为千克/立方米，泥沙沉速ω单位为米/秒，泥沙的容重γ_s和水的容重γ单位相同，重力加速度g单位为米/平方秒，水的运动粘性系数υ单位为平方毫米/秒；

第三步中，预定淤积时间t单位为秒；淤积量P_B的单位为米。

4.根据权利要求3所述的针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，第二步中，

重力加速度g=9.8，水的运动粘性系数υ=1.003。

5.根据权利要求4所述的针对非开挖港池航道的泥沙淤积预报方法，其特征是，第三步中，常数K=0.086，预定淤积时间t=31536000。

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