航道整治课程设计.docx

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航道整治课程设计

PleasureGroupOffice【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

航道整治课程设计

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

1.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。

2.设计标准的确定和推算

2.1.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（%）

1

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）^2

P=m/（n+1）*100%

1

1970

2

1973

3

1962

4

1961

5

1968

6

1969

7

1960

8

1964

0

9

1955

0

10

1959

11

1967

12

1974

13

1963

14

1956

15

1957

16

1965

17

1972

18

1958

19

1971

20

1966

平均

合计

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=

Cs=2Cv

Cs=3Cv

Cs=4Cv

p（%）

Φp1

Kp1

Zp1

Φp2

Kp2

Zp2

Φp3

Kp3

Zp3

1

5

10

50

75

90

95

99

2.2.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y

x-x*

y-y*

（x-x*）^2

（y-y*）^2

（x-x*）（y-y*）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

32

0

12

0

0

0

13

0

0

0

0

0

14

0

0

15

0

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

总计

平均值

根据上表中数据，首先计算均方差

相关系数为：

显着水平检验：

n=29，n-2=27，显着水平α取，查表得

，因为

，故γ是显着的，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

2.3.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

与基本水尺水位差平均值

----

设计水位

2.4.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

2.5.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（%）

7

0

100

5

92

3

88

2

86

1

79

73

55

0

0

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*d

7

5

6

8

3

4

4

2

2

1

7

6

18

35

加权平均粒径（mm）

2.6.断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的河床糙率

基站设计水位：

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：

给定断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的距离分别为：

给定水面宽度

，河道为宽浅河道，则

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：

3.整治工程设计

3.1.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

。

3.2.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+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。

3.3.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。

3.4.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：

（1）两种情况下的

值均大于1，均满足挖槽设计要求

（2）设计水位下的通航水深

，当

时，与之较接近

（3）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

4.水力计算

4.1.航道的冲刷校核

4.1.1.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。

4.1.2.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）

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：

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

4.1.3.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

1

2

3

4

5

6

7

8

格子宽b（m）

格子深H（m）

格子计算深H（m）

流带宽

流带深

流带计算深

流带面积

流带平均流速

断面1（表8）

格子号数

格子宽b（m）

格子深H（m）

格子计算深H（m）

流带宽b（m）

流带深H（m）

流带计算深H（m）

流带面积

流带平均流速

断面2（表9）

格子号数

1

2

3

4

5

6

7

8

格子宽b（m）

格子深H（m）

格子计算深H（m）

流带宽b（m）

流带深H（m）

流带计算深H（m）

流带面积

流带平均流速

断面3（表10）

断面1

断面2

断面3

4.1.4.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~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

1

2

3

流带宽（m）

流速（m）

流带宽（m）

流速（m）

流带宽（m）

流速（m）

加权平均流速

启动流速

4.2.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

b

1-1

1311

47468

2-2

1261

44779

3-3

1333

48668

开挖后挖槽中的平均流速：

断面

1-1

2-2

3-3

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。

5.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：

5.1.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。

5.2.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。

施工机具是确定顶宽的重要因素。

为使抛石丁坝的坝身稳定，总是将上下游面做成一定边坡，一般上游坡面为

～

，下游坡面为

～

左右。

为了防止丁坝全部长度骤然同时过水，而引起河床的急剧变化，应将丁坝设计成斜向河心的纵坡。

试验证明，有纵坡的丁坝较平顶的丁坝可以减轻坝根附近的冲刷。

纵坡的大小，决定于坝长和与丁坝相接的河岸高度，一般为

～

。

为使丁坝在较大范围的水位下起作用，也可以设计成两个以上的纵坡，坝头部分较缓，坝身中段次之，近岸部分较陡。

5.3.坝根的保护

为了防止中、洪水位时水流冲刷河岸，切断坝根，要做好坝根与河岸的衔接。

在坝根与河岸坡面连接段，根据岸坡的地形，采取坝顶纵坡，紧靠坝根上下游河岸，各建一定长度的护岸。

其长度视土质、流速、坝轴线与水流交角而定。

5.4.坝头处理

坝头处水流湍急，承受的动水压力大，并产生绕过坝头的螺旋流，在坝头稍下地方形成冲刷坑，必须加固。

5.5.丁坝坝基处理

山区河流流速较大，丁坝的坝面、坝头等部位容易产生破坏。

因此，在修筑丁坝时，一定要采取可靠的防护措施。

山区河流的河床多为基岩和卵石覆盖，坝基一般不采取处理。

在卵石粒径较小且松散的地方，可先沿坝轴线平抛一层块石护底，然后在进行筑坝。

5.6.丁坝坝面的防护措施

山区河流坝面的破坏一方面是水流的冲蚀，另一方面是流木得撞击力以及堆积增大的作用力。

丁坝的工程量计算：

设计水位计算见前，取

丁坝的断面设计见图所示，由图的断面尺寸，可以求得丁坝的工程量。

1号丁坝的总工程量

6.挖槽纵横断面设计和工程量计算

挖槽设计，应该最大限度地满足航行要求，能保证船舶安全顺利地通过；要尽可能地使挖槽回淤量较少，具有良好的稳定性；应该考虑技术上得可能性，经济上的合理性，使工程量最少，并易于施工。

1.有利于船舶安全航行

（1）挖槽中心与主流向交角不应过大，在可能条件下不应超过

，斜交的水流可能会引起船舶发生海损事故。

（2）挖槽本身不应弯曲，在必要的情况下，允许有一个角度不大的转折，在转折处航道应当适当放宽，以便于船舶航行。

（3）挖槽与上下游必须平顺相接，在交接处可将挖槽逐渐放宽成喇叭口形。

挖槽必须有足够的宽度和深度，并符合该水域航道尺度的规定。

（4）对于有冰冻的港口航槽选线时，应注意排水条件和冰凌对船舶航行的影响。

2.经济合理

应使挖槽的工程量（土方量）少或较少，因此挖槽应尽可能布置在水深较大处。

3.施工可能性

挖槽的设计，应充分考虑施工的可能性，使挖槽水域能正常从事疏浚施工。

4.水利最佳

水利最佳是指挖槽内水利条件要好，挖槽不易加淤或少淤积，使挖槽稳定。

挖槽水深利用之前所求的水深，取

挖槽断面的形状，一般设计成对称梯形，两侧边坡系数的大小，取决于土壤在水流作用下的休止角，沙质土壤的边坡为

～

，卵石浅滩可取得边坡为

～

，泥质浅滩的边坡为

～

。

挖槽纵断面底坡宜与挖槽后的水面线一致，做到与上下深槽平顺衔接，避免进、出口出现横流、急流。

利用断面法计算挖槽工程量：

工程量的计算表

断面

平均挖槽深度

挖槽面积

断面平均值

断面的距离

工程量

D-D

A-A

B-B

C-C