一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，其步骤依次如下：一、建立丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，分析航道整治前汊道分流比及航道条件发展趋势，确定航道整治目标；二、根据航道整治目标确定整治后通航主汊道可承受的分流比减小的极限值，从而确定整治后丁坝的最大阻水面积；三、设计多组符合最大阻水面积条件的不同长度和高度尺寸组合的丁坝；四、利用丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，模拟计算在航道整治实施后每组丁坝产生的航道深度增加的幅度和范围；五、对比航道整治目标，优选出最接近航道整治目标的一组丁坝设计尺寸。本发明专利技术可事先估算丁坝对汊道分流比等的影响，合理确定航道整治丁坝尺寸。

A method of determining the size of spur dike for waterway regulation of braided river channel

The invention discloses a method for determining in braided river channel regulation spur size, the steps are as follows: the establishment of a mathematical model, and the size of inlet depth and spur the split ratio between the analysis of channel regulation before discharge and channel conditions to determine the development trend of waterway regulation target; two, according to the channel to determine the remediation goals after the renovation of the main navigable branch road can withstand the split ratio reduced limit value, to determine the maximum water resistance area after the treatment of groin; three, design group to meet the maximum water resistance area of different length and height combination of spur dike; four using groyne size and inlet depth and split ratio between the mathematical model and simulation calculation of the range and scope of increase in the channel depth of channel regulation after the implementation of the five group of groin; and contrast channel regulation target, optimized the Design dimensions of a group of spur dikes for near channel regulation. The present invention can estimate the influence of spur dikes on the diversion ratio of the branch channel in advance, and reasonably determine the size of the channel realignment spur dike.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法
本专利技术涉及一种丁坝尺寸确定方法，特别涉及一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法。
技术介绍
目前，丁坝是一种应用广泛的调整型工程，在航道整治中发挥着重要的作用。丁坝坝根与河岸或洲滩边缘联接，坝头伸向河心，坝轴线与水流的方向正交或斜交，在平面上与河岸构成丁字形，形成横向阻水的整治建筑物。其功能主要是固定整治线、调整河道宽度，控制水流并增加航槽的流速，使河床产生适量的冲刷，以达到增深航道的目的。当浅区位于汊内，一般在江心洲低滩或岸边上修建齿坝束窄汊道断面，增大汊内浅区流速。丁坝一方面通过束水攻沙作用冲刷浅区、增加航深，但另一方面，由于丁坝修建后，局部阻力增大，会引起丁坝所在断面过流能力下降，一定程度上减小通航主汊的分流比。丁坝对汊道分流比的调整的原因在于所在汊道因局部阻力增大而引起的过流能力减小，丁坝长度越大，高度越高，引起的通航主汊一侧分流比的减小值就越大。该现象在长江中下游分汊河段的航道整治工程中普遍存在，但是目前对于这一现象仅限于基于原型观测和试验模拟的现象分析，仍缺乏理论上的定量研究。在航道整治工程实践中，对于主汊和支汊分流比接近、各汊主导地位不明显，甚至通航主汊道选在分流比略小一汊的情况下，丁坝实施引起的汊道分流比的改变对航道条件有着显著影响，有必要根据丁坝尺寸事先估算所在汊道分流比的减小值，在满足整治要求和主支汊水流利用的前提下，以确定合理的丁坝尺寸。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，包括如下步骤：步骤一，建立丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型或物理模型，分析航道整治前汊道分流比及航道条件发展趋势，确定航道整治目标；步骤二，根据航道整治目标，确定航道整治后通航主汊道可承受的分流比减小的极限值，从而确定航道整治后丁坝的最大阻水面积；步骤三，设计多组符合最大阻水面积条件的不同长度和高度尺寸组合的丁坝；步骤四，利用丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，模拟计算在航道整治实施后每组丁坝产生的航道深度增加的幅度和范围；步骤五，对比航道整治目标，优选出最接近航道整治目标的一组丁坝设计尺寸。进一步地，所述步骤二中，航道整治后丁坝的最大阻水面积的计算方法采用如下公式计算：式(1)中和式(2)，各参数定义如下：ΔQ为航道整治后丁坝所在通航主汊道分流流量减小值；A为航道整治后丁坝所在断面的过水总面积；A′为航道整治后丁坝的阻水面积；ζ为航道整治后丁坝局部阻力系数；l为航道整治后丁坝所在汊道的长度；H为航道整治前断面水深平均值；Va为航道整治前断面平均流速；n为糙率；g为重力加速度。进一步地，根据概化模型试验法，点绘得到ζ＝f(A',A)的函数关系表达式。进一步地，所述步骤三中，丁坝的宽度、迎水坡和背水坡的坡度以及钩头形式结构设计，按照《航道工程手册》规范进行设计。本专利技术具有的优点和积极效果是：根据本专利技术提供的方法，可事先估算丁坝对汊道分流比的影响，合理确定航道整治工程的丁坝尺寸，预防在主支汊分流比接近的河段，出现丁坝实施后通航主汊分流比减少过多甚至主支汊易位的不利情况，使工程作用后的河势稳定性和航道改善效果更好。附图说明图1是本专利技术的工作流程图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、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1，一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，包括如下步骤：步骤一，建立丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型或物理模型，分析航道整治前汊道分流比及航道条件发展趋势，确定航道整治目标；步骤二，根据航道整治目标，确定航道整治后通航主汊道可承受的分流比减小的极限值，从而确定航道整治后丁坝的最大阻水面积；首先根据航道整治拟达到的目标，给出通航主汊道整治流量下分流比可承受的极限减小值，若通航主汊道分流比的减小值小于该极限值，则不会影响航道整治预期效果；此外，对于涉及多汊水深资源利用的河段，在满足该航道整治预期效果的前提下，还需兼顾主支汊水深利用，给出丁坝所在通航主汊道分流比可承受的极限减小值。步骤三，设计多组符合最大阻水面积条件的不同长度和高度尺寸组合的丁坝；设计多组由不同长度、不同高度的单个丁坝组成丁坝组，每组丁坝数量可依据航道整治要求和航道特点而定，每组中每个丁坝迎水侧总面积应小于上述计算得到的丁坝最大阻水面积。步骤四，利用丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，模拟计算在航道整治实施后每组丁坝产生的航道深度增加的幅度和范围；计算每组不同尺寸组合下的丁坝组实施后航道深度提升的幅度和范围，步骤五，对比航道整治目标，优选出最接近航道整治目标的一组丁坝设计尺寸。通过对比工程效果与目标航道尺度的关系，确定丁坝尺寸。进一步地，所述步骤二中，航道整治后丁坝的最大阻水面积的计算方法可采用如下公式计算：式(1)中和式(2)，各参数定义如下：ΔQ为航道整治后丁坝所在通航主汊道分流流量减小值；A为航道整治后丁坝所在断面的过水总面积；A′为航道整治后丁坝的阻水面积；ζ为航道整治后丁坝局部阻力系数；l为航道整治后丁坝所在汊道的长度；H为航道整治前断面水深平均值；Va为航道整治前断面平均流速；n为糙率；g为重力加速度。将确定的分流流量减小值ΔQ，代入公式(1)中，并结合公式(2)，可计算出丁坝的阻水面积A′，该面积为整治流量下航道整治工程可采用的丁坝的最大阻水面积，将ΔQ与航道整治前主汊道分流流量Q相比，求得通航主汊道分流比，若丁坝阻水面积大于此面积，则可判断所在通航主汊道分流比减小的幅度将超出其可承受的极限减小值，无法满足设计。上述的公式(1)的推导步骤如下：根据明渠流水力计算公式，流量计算公式为：式(3)中：Q为流量；A为过水面积；C为谢才系数；R为水力半径，可用平均水深H代替；J为能坡。根据曼宁公式：式(4)中C为谢才系数；n为糙率；R为水力半径，可用平均水深H代替；将式(4)代入式(3)，得到公式(5)：令则式(5)可表示为：式(5)、式(6)以及式(7)中：T为流量模数，单位为m3/s，它综合反映了明渠断面形状、尺寸和粗糙程度对过水能力的影响。水头损失hw包括沿程水头损失hf，和局部水头损失hj，即：hw＝hf+hj(8)能坡可表示为：航道整治工程实施后流量变化产生的分流流量减小值ΔQ为：由于丁坝所在断面水流急剧收缩，为典型的非均匀流，此时，局部水头损失hj不可忽略，沿程水头损失为零，即：hf＝0(11)将式(11)代入式(10)，得到航道整治后丁坝所在通航主汊道分流流量减小值ΔQ为：式(12)中：hj为丁坝引起的局部水头损失，取l为丁坝所在汊道的长度，Jj为丁坝局部阻力增大引起的虚拟能坡；式中：ζ为丁坝局部阻力系数，Va为丁坝实施前断面平均流速；将式(6)、式(13)代入式(12)，推导可得公式(1)。进一步地，可根据概化模型试验法，点绘得到ζ＝f(A',A)的函数关系表达式。进一步地，所述步骤三中，丁坝的宽度、迎水坡和背水坡的坡度以及钩头形式结构设计，可按照《航道工程手册》规范进行设计。下面结合长江中游戴家洲河段航道整治工程，进一步详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，建立丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型或物理模型，分析航道整治前汊道分流比及航道条件发展趋势，确定航道整治目标；步骤二，根据航道整治目标，确定航道整治后通航主汊道可承受的分流比减小的极限值，从而确定航道整治后丁坝的最大阻水面积；步骤三，设计多组符合最大阻水面积条件的不同长度和高度尺寸组合的丁坝；步骤四，利用丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，模拟计算在航道整治实施后每组丁坝产生的航道深度增加的幅度和范围；步骤五，对比航道整治目标，优选出最接近航道整治目标的一组丁坝设计尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，建立丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型或物理模型，分析航道整治前汊道分流比及航道条件发展趋势，确定航道整治目标；步骤二，根据航道整治目标，确定航道整治后通航主汊道可承受的分流比减小的极限值，从而确定航道整治后丁坝的最大阻水面积；步骤三，设计多组符合最大阻水面积条件的不同长度和高度尺寸组合的丁坝；步骤四，利用丁坝尺寸与汊道深度及分流比之间的数学模型，模拟计算在航道整治实施后每组丁坝产生的航道深度增加的幅度和范围；步骤五，对比航道整治目标，优选出最接近航道整治目标的一组丁坝设计尺寸。2.根据权利要求1所述的适用于分汊河段航道整治的丁坝尺寸确定方法，其特征在于，所述步骤二中，航道整治后丁坝的最大阻水面积的计算方法采用如下公式计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：张明进，杨燕华，李华国，李旺生，杨云平，刘晓强，王建军，康苏海，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12