本发明专利技术涉及超限流速比的构建方法及辅助评估口门区通航条件的方法。超限流速比用于表示口门区水流表面纵向流速、横向流速超过限值的程度，定义为超限流速对船舶作用的空间累积与纵向流速限值、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积之比，口门区水流表面纵向超限流速比、横向超限流速比、,采用以下公式、计算。超限流速比指标充分反映口门区超限流速对船舶的作用，可用于辅助评估口门区通航水流条件，尤其是口门区增设改善工程措施后的通航水流条件改善效果。综合利用已有流速极值指标和本发明专利技术提出的超限流速比指标，可实现对口门区通航水流条件的全面评估、为合理规划口门区结构布置提供技术支持，兼具创新性和实用性。兼具创新性和实用性。兼具创新性和实用性。
【技术实现步骤摘要】
超限流速比的构建方法及辅助评估口门区通航条件的方法
[0001]本专利技术涉及内河航道枢纽通航水力学
，尤其是涉及超限流速比的构建方法及辅助评估口门区通航条件的方法。
技术介绍
[0002]通航建筑物口门区水流条件的好坏，直接关系到船舶航行安全，是枢纽平面布置的关键问题之一。为了使船舶在口门区保持良好的航行状态并易于操控，《船闸总体设计规范（JTJ 305
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2001）》及《内河通航标准（GB50149
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2004）》对口门区水流表面最大流速限值作了具体规定，当口门区水流表面最大流速在规范限值范围内时，船舶进出口门区的航行安全能够得到保障。但大量工程实践表明，规范规定的限值较高，在应用时有一定的困难，尤其对于山区河流通航建筑物，其口门区水面最大流速很难完全满足限值要求，在船舶可以顺利进入口门区的多数情况下，航线上个别点或者航道宽度边缘部位通常会出现流速超标的情况。实际上，当船舶以一定航速驶入口门区时，船舶的航行条件不仅受水流流速大小影响，还与较大流速的作用范围、船舶自身的几何尺寸及口门区的平面尺度等参数密切相关。仅用口门区水流表面流速极值这一项评估指标很难全面反映口门区通航水流条件。
[0003]因此，综合考虑口门区水流表面纵向流速、横向流速、设计代表船型及口门区几何尺寸，构建一种能够综合反映口门区水流表面超限流速对船舶作用的通航条件指标，作为对已有通航条件评估指标的补充，从而实现对口门区通航水流条件的全面评估，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
专利技术内容
[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出超限流速比的构建方法及辅助评估口门区通航条件的方法，从而弥补现有技术的不足，为全面评估口门区通航水流条件、合理规划口门区结构布置提供技术支持。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的其中一个技术方案是：超限流速比的构建方法，超限流速比指标用于表示口门区水流表面纵向流速、横向流速超过限值的程度，定义为超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积与纵向流速限值、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积的比值，所述超限流速比指标指标的构建方法包括：S1、建立船闸引航道口门区模型；S2、将所述口门区模型水流表面分成大小相等的分块，得到口门区纵、横向分块数，并计算每一分块体的面积；S3、根据每一所述分块的中心点作为该所述分块的流速的测量点，测得每一分块的纵向流速和横向流速；S4、以口门区水流表面纵向流速限值、横向流速限值为基准，将超过限值的纵向流速、横向流速分段，统计每一分段超限纵向流速、超限横向流速所对应的面积；S5、将每一分段超限纵向流速、超限横向流速与其作用方向上的作用长度的乘积
求和，求取超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积；S6、根据所述纵向流速、横向流速对船舶作用的空间累积与纵向流速限值、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积的比值，计算得到反映口门区超限流速对船舶作用的通航条件指标。
[0006]进一步的，所述口门区纵向、横向均匀分块数为、，每一分块面积的计算公式为其中，、分别为口门区的长度和宽度。
[0007]进一步的，所述口门区第分段超限纵向流速、超限横向流速所对应的面积、的计算公式为其中，分别为第分段超限纵向流速、超限横向流速所对应的分块数。
[0008]进一步的，所述超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积参数W的计算公式为：公式为：其中，、分别为第分段的超限纵向流速、超限横向流速；、分别为口门区水流表面最大纵向流速、最大横向流速；、分别为规定的口门区水流表面最大纵向流速限值、最大横向流速限值；、分别为第分段的超限纵向流速、超限横向流速在其作用方向上的作用长度。
[0009]进一步的，纵向流速与航线方向一致，对船舶航行产生纵向阻力，其作用方向为沿船长方向；横向流速垂直于航线方向，对船舶产生横向推力，其作用方向为沿船宽方向；超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用长度为、的计算公式为的计算公式为
其中，、分别为代表船型的船长和型宽。
[0010]进一步的，所述口门区水流表面纵向超限流速比、横向超限流速比的计算公式为式为本专利技术提出的其中另一个技术方案是：一种利用超限流速比辅助评估口门区通航条件的方法，所述超限流速比由上述超限流速比的构建方法计算得出，该利用超限流速比辅助评估口门区通航条件的方法包括,S10、采集监测口门区水流表面最大纵、横向流速极值，与限值进行比较；S20、当口门区水流表面纵、横向流速极值小于限值，则口门区通航水流条件良好；S30、当口门区纵、横向流速极值大于限值，利用超限流速比指标，辅助评估口门区的通航水流条件。
[0011]步骤S30中包括步骤S3001，S3001、当口门区水流表面纵向超限流速比小于0.9、横向超限流速比小于0.5，口门区通航水流条件满足船舶航行要求。
[0012]步骤S30中包括步骤S3001，S3002、当口门区水流表面纵向超限流速比大于0.9、横向超限流速比大于0.5，口门区通航水流条件不能满足船舶航行要求，需要在口门区修建辅助导流建筑物。
[0013]本专利技术的有益效果是：本方案构建了超限流速比的构建方法及辅助评估口门区通航条件的方法，该构建过程既考虑了口门区纵向流速、横向流速又考虑了船舶及口门区的几何特征，可充分反映超限流速对船舶的作用，具有代表性和可比性。综合利用已有流速极值指标和本专利技术提出的超限流速比指标，可实现对口门区通航水流条件的全面评估，具有实用性和有效性。
附图说明
[0014]图1是船闸下游口门区河段概化模型布置图；图2是口门区水流表面超限流速分布范围示意图；图3是布置导流屏结构后口门区超限流速分布范围示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图1
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3对本专利技术作进一步详细描述。
[0016]实施例1超限流速比的构建方法，超限流速比指标用于表示口门区水流表面纵向流速、横向流速超过限值的程度，定义为超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积与纵向流速、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积的比值。所述超限流速比指标的构建方法包括：其中，全文中阐明的“限值”一词均为《船闸总体设计规范（JTJ 305
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2001）》及《内
河通航标准（GB50149
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2004）》中的口门区水流表面最大流速限值的规范限值。
[0017]S1、建立船闸引航道口门区模型；具体的，口门区流场结构特征主要包含斜向水流和回流漩涡，斜向水流和空间尺度较大的回流旋涡均可分解为平行于船舶航线的纵向流和垂直于航线的横向流。纵向流速与航线方向一致，主要影响船舶航行阻力；横向流速垂直于航线方向，主要影响船舶横向漂移。
[0018]S2、将所述口门区模型水流表面分成大小相等的分块，得到口门区纵、横向分块数，并计算每一分块体的面积；具体的，所述口门区纵向、横向均匀分块数为、，每一分块面积的计算公式为（1）其中，、分别为口门区的长度和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.超限流速比的构建方法，其特征在于，超限流速比指标用于表示口门区水流表面纵向流速、横向流速超过限值的程度，定义为超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积与纵向流速限值、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积的比值，所述超限流速比指标的构建方法包括：S1、建立船闸引航道口门区模型；S2、将所述口门区模型水流表面分成大小相等的分块，得到口门区纵、横向分块数，并计算每一分块体的面积；S3、根据每一所述分块的中心点作为该所述分块的流速的测量点，测量得到每一分块的纵向流速和横向流速；S4、以口门区水流表面纵向流速和横向流速限值为基准，将超过限值的纵向流速、横向流速分段，统计每一分段超限纵向流速、横向流速所对应的面积；S5、将每一分段超限纵向流速、横向流超限纵向流速与其作用方向上的作用长度的乘积求和，求取超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积；S6、根据所述超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积与纵向流速限值、横向流速限值在口门区几何尺寸方向上的空间累积的比值，计算得到反映口门区超限流速对船舶作用的通航条件指标。2.如权利要求1所述的超限流速比的构建方法，其特征在于，所述口门区纵向、横向均匀分块数为、，每一分块面积的计算公式为其中，、分别为口门区的长度和宽度。3.如权利要求2所述的超限流速比的构建方法，其特征在于，所述口门区第分段超超限纵向流速、超限横向流速所对应的面积、的计算公式为其中，、分别为第分段超限纵向流速、超限横向流速所对应的分块数。4.如权利要求3所述的超限流速比的构建方法，其特征在于，所述超限纵向流速、超限横向流速对船舶作用的空间累积参数W的计算公式为：横向流速对船舶作用的空间累积参数W的计算公式为：
其中，、分别为第分段的超限纵向流速、超限横向流速；、分别为口门区水流表面的最大纵向流速、最大横向流速；、分...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐春风，彭伟，欧阳群安，普晓刚，詹锐彪，周桂德，宋辉，范婷，吴琼林，
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：
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