CN109934506B - 一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，首先确定整治河段的目标航深h，然后假定航道整治工程类型采用守护型，推算整治河段在实施守护型工程后预计达到的最大航深H；如果最大航深H≥目标航深h，则确定航道整治工程类型选用守护型；如果最大航深H＜目标航深h，则确定航道整治工程类型选用调整型。本发明代替传统经验性判断航道整治工程类型的方法，为初步可行性评价阶段工程选取提出理论支撑，减少不必要的数学模型和物理模型试验组次，节约工程设计成本。

Description

一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法

技术领域

本发明涉及一种航道整治方法，特别涉及一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法。

背景技术

目前，传统上的航道整治工程主要采取的建筑物型式有坝体、护岸、护滩、护底等，根据上述整治工程对河势、流场干扰程度，一般将航道整治工程分为守护型工程和调整型工程。将以维护现有良好的滩槽格局、保持有利的航道条件为目的，在原有地形基础是维护一定厚度的航道整治工程称为守护型工程，护岸、护滩、护底属于守护型工程。将重新塑造洲滩格局、扭转不利航道条件为目的，在原有地形或已有守护型工程基础上实施的具有一定高度的航道整治工程称为调整型工程，丁坝属于调整型工程。

其中护岸、护滩、护底属于守护型工程，该类型工程具有一定高度，但其高度是用厚度来表达，不是用高程来控制。坝体为调整型工程，其工程高度是用高程来控制，工程强度较大。

以三峡为核心的长江上游水库群联合调度运行后，长江中下游河段水沙条件发生了重大变化，宜昌、汉口、大通站2016年年均输沙量分别为0.381亿t、1.03亿t、1.40亿t，较蓄水前均值分别减少92％、74％和67％，输沙量变化剧烈，接近“清水”下泄。在清水下泄的前提条件下，对河势稳定河段内的关键洲滩实施守护型工程后，引导清水纵向冲刷河床，可在一定程度上增加航道水深，起到改善航道条件的作用。目前，长江中下游已建航道整治工程中，实施了大量的洲滩守护工程，对于稳定河势，塑造有利的滩槽格局起到了积极效果。

对于河势变化较大，有利的滩槽格局被破坏的河段，在大水年、汛后退水加快等不利水文条件下，守护型工程对不利航道条件的改善作用有限，在不能满足规划航深的要求下，需要提高航道整治建筑物的高度，采用坝体类的调整型工程得到所需要的航道尺度。

然而，目前对于守护型工程和调整型工程的选取，基本以经验性分析为主，缺乏定量化的评估方法，需要建立一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，为初步判断与整治目标相适应的工程类型提供理论基础。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，首先确定整治河段的目标航深h，然后假定航道整治工程类型采用守护型，推算整治河段在实施守护型工程后预计达到的最大航深H；如果最大航深H≥目标航深h，则确定航道整治工程类型选用守护型；如果最大航深H＜目标航深h，则确定航道整治工程类型选用调整型。

进一步地，依据整治河段所在流域的航道治理规划，确定整治河段的目标航深h。

进一步地，整治河段在实施守护型工程后,预计达到的最大航深H的具体推算方法包括如下步骤：

a、收集整治河段的基础数据，所述基础数据包括泥沙中值粒径D、糙率n和能坡J；

b、假定航道整治工程类型采用守护型，假设整治河段实施整治后，其断面平均流速为U，其床沙止动流速为U_C，根据河流动力学原理及泥沙运动规律，有：

依照坝下冲刷规律，假设断面平均流速恒定均匀，则有：

U-U_c≤0(公式4)；

假设冲刷达到极限处于平衡状态，则有：

U＝U_c(公式5)；

由公式1、公式2、公式3和公式5，得出：

其中，公式1～公式6中：

H为整治河段在实施守护型工程后达到的最大航深，单位为m；

D为整治河段的泥沙粒径，单位为m；

n为整治河段的糙率；

J为整治河段的能坡；

γ_s为整治河段的泥沙比重，单位为kg/m³；

γ为水的比重，单位为kg/m³；

g为重力加速度，单位为m/s²；

U为断面平均流速，单位为m/s；

U_C为床沙止动流速，单位为m/s；

K为系数；

A为系数。

进一步地，用钻探方法在整治河段或其附近河段采样河床床沙，得到沙中值粒径D。

进一步地，通过实施均匀流清水及均匀沙平衡冲刷水槽试验获得系数A及系数K的值。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明建立了守护工程实施后所能达到的最大航深数学表达公式，基于该定量公式，代替传统经验性判断航道整治工程类型的方法，为初步可行性评价阶段工程选取提出理论支撑，减少不必要的数学模型和物理模型试验组次，节约工程设计成本。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的长江中游藕池口水道河段示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，首先确定整治河段的目标航深h，然后假定航道整治工程类型采用守护型，推算整治河段在实施守护型工程后预计达到的最大航深H；如果最大航深H≥目标航深h，则确定航道整治工程类型选用守护型；如果最大航深H＜目标航深h，则确定航道整治工程类型选用调整型。

进一步地，依据整治河段所在流域的航道治理规划，确定整治河段的目标航深h。

进一步地，整治河段在实施守护型工程后,预计达到的最大航深H的具体推算方法可包括如下步骤：

a、收集整治河段的基础数据，所述基础数据包括泥沙中值粒径D、糙率n和能坡J；

b、假定航道整治工程类型采用守护型，可假设整治河段实施整治后，其断面平均流速为U，单位为m/s；其床沙止动流速为U_C，单位为m/s；其泥沙比重为γ_s，单位为kg/m³；其河水比重为γ，单位为kg/m³；其预计达到的最大航深为H，单位为m；其泥沙中值粒径为D，单位为m；其糙率为n；其能坡为J；

可根据河流动力学原理及泥沙运动规律，比如根据“清华大学出版社于2006年10月第二次印刷出版的由邵学军、王兴奎主编的《河流动力学概论》第59页公式(3-12)和公式(4-23)”，得到公式1和公式2：

其中，K为系数。

可依照泥沙运动规律，比如根据科学出版社2003年8月第四次印刷出版的由钱宁、万兆惠编写的《泥沙运动立项》第217页所记载的泥沙运动规律，糙率n与某一特征长度的1/6次方成正比。对于平整床面，该特征长度与河床泥沙粒径D有关，则可得到公式3：

其中A为系数

然后可依照坝下冲刷规律，比如根据人民交通出版社2013年6月出版的由乐培九、张华庆、李一兵编写的《坝下冲刷》中第003页式(1-1)所记载的坝下冲刷规律，假设断面平均流速恒定均匀，则有：

U-U_c≤0(公式4)；

可假设冲刷达到极限处于平衡状态，则有：

U＝U_c(公式5)；

可由公式1、公式2、公式3和公式5，得出：

其中，公式1～公式6中：

H为整治河段在实施守护型工程后达到的最大航深，单位为m；

D为整治河段的泥沙粒径，单位为m；

n为整治河段的糙率；

J为整治河段的能坡；

γ_s为整治河段的泥沙比重，单位为kg/m³；

γ为水的比重，单位为kg/m³；

g为重力加速度，单位为m/s²；

U为断面平均流速，单位为m/s；

U_C为床沙止动流速，单位为m/s；

K为系数；

A为系数。

可用钻探方法在整治河段或其附近河段采样河床床沙，得到沙中值粒径D。

可通过实施均匀流清水及均匀沙平衡冲刷水槽试验获得系数A及系数K的值。

然后对比守护工程实施后所能达到的最大航深H与目标航深h，选取航道整治工程类型。当整治河段H≥h时，可选用守护型工程。当整治河段H<h时，守护型工程对航道条件的改善强度不足，必须选用强度更高的调整型工程。

下面结合一个具体整治河段实施例来进一步说明本发明的步骤和工作原理：

整治河段为藕池口水道，藕池口水道属于长江中游荆江河段，根据《长江中游荆江河段航道整治工程昌门溪至城陵矶段工程(4.5米)》规划目标，藕池口水道航道整治本期工程的治理目标为实现4.5m水深航道尺度，即目标航深h＝4.5m。

首先确定整治河段的目标航深h＝4.5m，然后假定航道整治工程类型采用守护型，推算整治河段在实施守护型工程后预计达到的最大航深H。

通过现有的整治河段的实测资料，收集得到该河段能坡J为0.027％。

通过藕池口水道钻探采样河床床沙，得到其泥沙中值粒径D为0.0002m；泥沙比重γ_s＝2650kg/m³。

根据精度要求，河水的比重γ，单位为kg/m³，可取γ＝1000kg/m³；重力加速度g，单位为m/s²，可取g＝9.8m/s²。

再通过水槽试验率系数确定K和系数A。其中K＝1.1，A＝25。

将上述数据代入公式7，计算该整治河段实施守护型工程后可达到的最大航深：H＝6.8m。

对比藕池口水道守护工程实施后所能达到的最大航深H与目标航深h，选取航道整治工程类型。H＝6.8m，h＝4.5m，H＞h，则可可选用守护型工程实现4.5m航道水深治理目标。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，其特征在于，首先确定整治河段的目标航深h，然后假定航道整治工程类型采用守护型，推算整治河段在实施守护型工程后预计达到的最大航深H；如果最大航深H≥目标航深h，则确定航道整治工程类型选用守护型；如果最大航深H＜目标航深h，则确定航道整治工程类型选用调整型；

整治河段在实施守护型工程后,预计达到的最大航深H的具体推算方法包括如下步骤：

a、收集整治河段的基础数据，所述基础数据包括泥沙中值粒径D、糙率n和能坡J；

b、假定航道整治工程类型采用守护型，假设整治河段实施整治后，其断面平均流速为U，其床沙止动流速为U_C，根据河流动力学原理及泥沙运动规律，有：

依照坝下冲刷规律，假设断面平均流速恒定均匀，则有：

U-U_c≤0 (4)；

假设冲刷达到极限处于平衡状态，则有：

U＝U_c (5)；

由公式1、公式2、公式3和公式5，得出：

其中，公式1～公式6中：

H为整治河段在实施守护型工程后达到的最大航深，单位为m；

D为整治河段的泥沙粒径，单位为m；

n为整治河段的糙率；

J为整治河段的能坡；

γ_s为整治河段的泥沙比重，单位为kg/m³；

γ为水的比重，单位为kg/m³；

g为重力加速度，单位为m/s²；

U为断面平均流速，单位为m/s；

U_C为床沙止动流速，单位为m/s；

K为系数；

A为系数。

2.根据权利要求1所述的基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，其特征在于，依据整治河段所在流域的航道治理规划，确定整治河段的目标航深h。

3.根据权利要求1所述的基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，其特征在于，用钻探方法在整治河段或其附近河段采样河床床沙，得到沙中值粒径D。

4.根据权利要求1所述的基于定量化判断航道整治工程类型的选取方法，其特征在于，通过实施均匀流清水及均匀沙平衡冲刷水槽试验获得系数A及系数K的值。

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