CN113159994A - 多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置 - Google Patents

多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置，方法包括：根据多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；根据航道枢纽布置和多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；根据航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；根据船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；根据沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；根据沉沙池的沉降率及淤积速率，确定沉沙池的淤积处理方式和处理周期。通过该技术方案，提高船闸运行效率。

Description

多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置
技术领域
本公开涉及工程泥沙处理技术领域，尤其涉及一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置。
背景技术
目前因船闸淤积处理技术不当是影响船闸正常运行的主要原因之一，尤其是在多泥沙河流中，船闸淤积对航道运行起到制约作用。如60年代曾建设京杭运河连接黄河的入黄船闸，因泥沙淤积严重，建设不久就停止营运无法使用，京杭运河也一直未能实现南、北贯通。淤积原因主要是船闸充水时，黄河大量含沙水流输入船闸，导致闸室和下游引航道淤积。黄河下游高村以上河段，河道宽浅、水流散乱，主流摆动频繁，为游荡型河段，两岸大堤之间的距离平均为9.2km，最宽处20km。为了减少洪水淹没风险，船闸需布置在大堤处，鉴于黄河含沙量高的特性，为避免船闸下游引航道淤积、影响航道运行，需要提出一种适用于多泥沙河流船闸淤积处理技术。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法及装置，用以提高船闸运行效率。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法，所述方法包括：
根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
在一个实施例中，优选地，所述根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，包括：
根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
在一个实施例中，优选地，所述根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位，包括：
根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure BDA0003037867380000031
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数。
在一个实施例中，优选地，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure BDA0003037867380000032
Figure BDA0003037867380000033
式中，
Figure BDA0003037867380000034
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure BDA0003037867380000035
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种多泥沙河流的船闸淤积处理装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
第二确定模块，用于根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
第三确定模块，用于根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
第四确定模块，用于根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
分析模块，用于根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
第五确定模块，用于根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
在一个实施例中，优选地，所述第一确定模块用于：
根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
在一个实施例中，优选地，所述第二确定模块用于：
根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure BDA0003037867380000041
Figure BDA0003037867380000042
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数；
所述分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure BDA0003037867380000051
Figure BDA0003037867380000052
式中：
Figure BDA0003037867380000053
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure BDA0003037867380000054
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如第一方面的实施例中任一项所述方法的步骤。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例中，充分考虑了流域水沙特点及河道特征，为多泥沙河流船闸淤积处理提供了一种技术解决方案，即据航道线路及船闸布置情况，在船闸上下游引航道设置沉砂池，对沉砂池的效果分析及清淤要求提出了技术思路及方法，步骤简明、易于操作、成果可靠，是一种易于使用的简便方法。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法中步骤S101的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法中步骤S102的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理装置的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面，本发明以流域为黄河下游为例，详细说明本发明的技术方案。本领域技术人员应当知晓，本发明还可应用于任何其他多沙河流。
图1是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法的流程图。
如图1所示，根据本公开实施例的第一方面，提供一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法，所述方法包括：
步骤S101，根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
步骤S102，根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
步骤S103，根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
根据航道连接线路情况，从有效利用现状水系、减少投资的角度，选择沉砂池位置及型式，再根据地形条件初步确定沉砂池规模，在黄河以北段及黄河以南段分别布置一个沉沙池，池长300m，底宽160m，边坡1：3，池底高程为最低通航水位减去4m水深。
步骤S104，根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
步骤S105，根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
步骤S106，根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
本发明实施例中，充分考虑了流域水沙特点及河道特征，为多泥沙河流船闸淤积处理提供了一种技术解决方案，即据航道线路及船闸布置情况，在船闸上下游引航道设置沉砂池，对沉砂池的效果分析及清淤要求提出了技术思路及方法，步骤简明、易于操作、成果可靠，是一种易于使用的简便方法。
图2是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法中步骤S101的流程图。
如图2所示，在一个实施例中，优选地，上述步骤S101包括：
步骤S201，根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
步骤S202，根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
步骤S203，根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
以黄河为例，首先根据黄河下游横断面形态、主流线变化情况，分析河道演变特征；再结合两岸提防布置、滩地分布情况确定合适的穿黄位置；对比分析平交、上跨、下穿等穿黄方案的优缺点，选择穿黄方案。本次选择平交方案穿越黄河，具体线路为通过开挖人工运河连接黄河两岸河道水系，在大堤处设置通航建筑物，通航建筑物间开挖明渠航道穿越黄河。
图3是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法中步骤S102的流程图。
如图3所示，在一个实施例中，优选地，上述步骤S102包括：
步骤S301，根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
步骤S302，选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
步骤S303，船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure BDA0003037867380000081
Figure BDA0003037867380000082
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数。
在一个实施例中，优选地，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure BDA0003037867380000083
Figure BDA0003037867380000084
式中：
Figure BDA0003037867380000091
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure BDA0003037867380000092
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
图4是根据一示例性实施例示出的一种多泥沙河流的船闸淤积处理装置的框图。
如图4所示，根据本公开实施例的第二方面，提供一种多泥沙河流的船闸淤积处理装置，所述装置包括：
第一确定模块41，用于根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
第二确定模块42，用于根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
第三确定模块43，用于根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
第四确定模块44，用于根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
分析模块45，用于根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
第五确定模块46，用于根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
在一个实施例中，优选地，所述第一确定模块41用于：
根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
在一个实施例中，优选地，所述第二确定模块42用于：
根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure BDA0003037867380000101
Figure BDA0003037867380000102
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数；
所述分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure BDA0003037867380000103
Figure BDA0003037867380000104
式中：
Figure BDA0003037867380000105
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure BDA0003037867380000106
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如第一方面的实施例中任一项所述方法的步骤。
进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多泥沙河流的船闸淤积处理方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，包括：
根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位，包括：
根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure FDA0003037867370000021
Figure FDA0003037867370000022
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure FDA0003037867370000023
Figure FDA0003037867370000024
式中，
Figure FDA0003037867370000025
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure FDA0003037867370000026
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
6.一种多泥沙河流的船闸淤积处理装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据所述多泥沙河流的下游河道演变特征、滩地分布情况和工程分布情况确定航道总体布置方案，其中，航道总体布置方案包括航道枢纽布置和航道连接路线及周边地形；
第二确定模块，用于根据所述航道枢纽布置和所述多泥沙河流的水流条件，确定船闸通航特征水位；
第三确定模块，用于根据所述航道连接线路及周边地形，确定沉沙池平面布置型式及规模；
第四确定模块，用于根据所述船闸特征水位和沉沙池平面布置型式及规模，确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标；
分析模块，用于根据所述沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率；
第五确定模块，用于根据所述沉沙池的沉降率及淤积速率，确定所述沉沙池的淤积处理方式和处理周期。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块用于：
根据所述多泥沙河流的下游横断面形态和主流线变化情况，确定所述下游河道演变特征；
根据所述滩地分布情况和工程分布情况确定河流穿越位置和目标穿越方案；
根据所述河流穿越位置和目标穿越方案，确定航道总体布置方案。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块用于：
根据主河道上下游水文站确定不同保证率流量下水位；
选择主河道最低通航水位，在现状水位基础上考虑航道未来淤积趋势确定最高通航水位；
船闸下游引航道水位根据主河道两岸的水利工程运用情况及通航标准，确定最高及最低通航特征水位。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，采用以下第一计算公式确定沉沙池运行的水力条件和泥沙特征指标，包括：
Figure FDA0003037867370000041
Figure FDA0003037867370000042
式中，S表示时段平均入池含沙量(kg/m3)；Si表示河道日平均含沙量(kg/m3)；Qn表示河道日平均流量(m3/s)；Qd表示设计引用流量(m3/s)；Qi表示实际引用日平均流量(m3/s)；T表示时段天数；
所述分析计算不同运行工况下，沉沙池的沉降率及淤积速率，包括：
采用一维非饱和输沙法进行沉沙池沉降计算分析，将工作段划分成若干池段，池段号以k表示，粒径组用i表示，计算公式如下：
Figure FDA0003037867370000043
Figure FDA0003037867370000044
式中，
Figure FDA0003037867370000045
表示k池段上、下断面分组含沙量(kg/m3)；ηik表示k池段分组泥沙沉降率；
Figure FDA0003037867370000046
表示粒径组的平均沉速(m/s)；αik表示k池段粒径组的恢复饱和系数；Lk表示k池段的计算长度(m)；q表示平均单宽流量[m3/(s·m)]。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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