一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法及系统，该方法包括：获取多个历史河道口门区的历史水流信息；获取与每个所述历史河道口门区相对应的历史导流墩的历史导流墩信息；获取待预测河道口门区的水流信息；建立水流信息贴合模型，并通过所述水流信息贴合模型，逐一将所述水流信息与所述历史水流集合进行比较，生成最小贴合值和最大贴合值；建立导流墩设置预测模型，结合最小贴合值、最大贴合值、水流信息和所述历史水流信息集合，计算水流信息与所述历史水流信息集合中历史水流信息的相似度，找出与水流信息最相似的历史水流信息，确定与最相似的历史水流信息相对应的最相似的历史导流墩信息。对应的最相似的历史导流墩信息。对应的最相似的历史导流墩信息。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法及系统


[0001]本专利技术属于河道口门区水流特性分析
，更具体地，涉及一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法及系统。

技术介绍

[0002]口门区是船舶进出引航道的要道。在通航期内，引航道、口门区及连接段应避免出现乱流、泡漩等恶劣流态，当条件限制而无法避免时，应采取工程或非工程的措施，使其达到无害程度。
[0003]由于规范要求的通航水流条件限值相对较高，在实际应用中发现很难满足规范要求值，国内很多学者就通航水流条件方面做了大量的研究工作：周华兴等先后对通航水流条件的限值进行了研究探讨，发现横向流速不是瞬时值，而是船舶长度范围内各测点的平均值，实际过程中对限值的定义应该取平均横向流速小于等于0.3m/s更合适。李一兵等通过分析实船和船模试验资料，对船闸引航道口门外连接段的通航水流条件进行了探讨，并提出了满足船舶、船队安全通过连接段的水流流速限值标准；周勤等结合嘉陵江苍溪、新政、金溪、凤仪场枢纽等实际工程，通过水工模型试验结合船模试验等方法，进一步探讨了船闸引航道口门区及连接段通航水流条件的标准，并提出对于山区河段Ⅳ级航道，其水流控制指标可取纵向流速小于2.6m/s，横向流速小于0.4m/s，且航行状态良好；陈作强在总结了现行通航水流条件规范存在的问题，并依托不同地域，不同航道等级，通过物理模型试验、船模试验及现场水流测试试验，对不同布置方式下，通航建筑物引航道口门区及连接段的通航水流条件进行了研究，并提出了相应的水流条件限值；周淑芹以二维水流方程为理论基础，采用有限元方法进行了数值计算，并进行了相关物模试验，对引航道口门区通航水流条件的限值进行了误差分析，提出误差控制在
±
0.05m/s以内时，满足精度要求；赵志舟以乌江主要枢纽为原型，建立了峡谷型弯曲河道通航枢纽建筑物概化模型，提出了适宜于弯曲河道通航条件的通航建筑物布置方式；卢文蕾概化物理模型对船闸引航道弯道口门区与连接段的通航水流条件进行了试验研究，指出受河道弯曲的影响，在凸岸船队的航行条件不易满足，要求船队长度与引航道口门距弯道的长度的关系应满足。此外，美国陆军工程兵团对田纳西流域梯级航电工程进行过研究；法国、德国分别对罗纳河和莱茵河等河流的进行梯级开发和附近的航道整治，这些国家的研究机构也进行过一些研究，获得了一定的研究成果。
[0004]为改善引航道口门区通航条件，一些学者根据具体枢纽实例从减小水流流向与航线的夹角、降低水流的流速以及改善口门区流态等方面入手研究，提出了对应的改善措施，但无论采用哪种改善措施，都必须分析研究上、下游引航道口门区不利流态的成因，最后根据成因，采取相应的措施进行优化。
[0005]到目前为止，国内外关于改善口门区水流条件的方法已经有了很多种以导墙结构形式的结构，如透空导航墙、透空隔水墙、开孔导流墩以及浮式导流堤等，最常用的研究方法大多为物理模型试验和数值模拟研究。
[0006]最后，国内对导流墩的研究也相对较多，这也是一种对改善口门区通航水流条件的有效的方法之一。李君涛依据实际工程对导流墩在狭窄连续弯曲河道情况下对口门区的不良流态的影响做出了规律性的研究。杨宇通过在口门区增加导流堤和开挖滩地的方法有效的解决了回流区流速较大的问题。李君涛从理论上分析了口门区的不良流态对船舶航行的影响和导流墩削弱口门区的斜流和回流的作用机理，证明了导流墩是改善口门区水流条件的有效措施。王云莉详细阐述了口门区不良流态回流和斜流的形成机理，并且对不良流态的改善措施的机理进行了介绍，发现在工程措施当中，尤以导航堤开孔、布置导流墩和修筑丁潜坝三种工程措施最好。李金合通过布置导流墩和增加导流堤的长度的方式改善了口门区的水流流态，发现了导流堤的长度会对水流条件产生较大的影响且导流墩能够有效地减小水流的扩散和发展。黎国森通过对变高式岛堤与淹没式导流墩的配合布置，很好的解决了中水期的碍航问题，并且发现淹没式导流墩能够明显减小河面上的乱流现象。刘超等人对泵站侧向进水进行了三维的紊流模拟，采用了底坎+Y形导流墩的组合方式，发现其可以消除侧向回流，改善进水河段的流速分布。普晓刚对土谷塘上下游引航道的水流条件进行分析，发现导流堤外扩与导流墩相结合的措施更能有效改善水流效果。胡浩对复杂条件下的船闸口门区进行布置以及对水流条件进行改善，提出了桩基墩式结构的导流墩对口门区的水流进行改善。柏承绍对分汊河段洲尾的斜流改善做了数值模拟，发现在洲尾平行布置顺坝或者导流墩并不能有效改善横流的大小，需要通过多种工程措施结合才能有效改善斜流的情况。
[0007]虽然国内外关于口门区的通航水流改善措施已有很多学者对其进行研究，已经取得了相对较多的成果，但是对复杂条件下—弯曲分汊河道的船闸口门区的研究相对较少，而且都需要人工测量设计导流墩的设置位置，导致效率大大降低。

技术实现思路

[0008]为解决以上技术问题，本专利技术一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，包括：
[0009]获取多个历史河道口门区的历史水流信息，并生成历史水流信息集合，其中所述历史水流信息包括：历史水流横向流速、历史水流纵向流速、历史水流回流长度、历史水流回流流速；
[0010]获取与每个所述历史河道口门区相对应的历史导流墩的历史导流墩信息，并生成历史导流墩信息集合，其中所述历史导流墩信息包括：历史导流墩数量、历史导流墩设置角度、历史导流墩间距；
[0011]获取待预测河道口门区的水流信息，所述水流信息包括：水流横向流速、水流纵向流速、水流回流长度、水流回流流速；
[0012]建立水流信息贴合模型，并通过所述水流信息贴合模型，逐一将所述水流信息与所述历史水流集合进行比较，生成最小贴合值和最大贴合值；
[0013]建立导流墩设置预测模型，结合所述最小贴合值、所述最大贴合值、所述水流信息和所述历史水流信息集合，计算所述水流信息与所述历史水流信息集合中所述历史水流信息的相似度，找出与所述水流信息最相似的所述历史水流信息，确定与最相似的所述历史水流信息相对应的最相似的所述历史导流墩信息，按照最相似的所述历史导流墩信息，在
所述待预测河道口门区设置导流墩。
[0014]进一步的，所述水流信息贴合模型为：
[0015]所述历史水流信息集合为{{A1，B1，C1，D1}，{A2，B2，C2，D2}
…
{A
i
，B
i
，C
i
，D
i
}}，则
[0016][0017][0018]其中为所述最大贴合值，为所述最小贴合值，A
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流横向流速，B
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流纵向流速，C
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流回流长度，D
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流回流流速，A
′
为所述水流横向流速，B
′
为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，其特征在于，包括：获取多个历史河道口门区的历史水流信息，并生成历史水流信息集合，其中所述历史水流信息包括：历史水流横向流速、历史水流纵向流速、历史水流回流长度、历史水流回流流速；获取与每个所述历史河道口门区相对应的历史导流墩的历史导流墩信息，并生成历史导流墩信息集合，其中所述历史导流墩信息包括：历史导流墩数量、历史导流墩设置角度、历史导流墩间距；获取待预测河道口门区的水流信息，所述水流信息包括：水流横向流速、水流纵向流速、水流回流长度、水流回流流速；建立水流信息贴合模型，并通过所述水流信息贴合模型，逐一将所述水流信息与所述历史水流集合进行比较，生成最小贴合值和最大贴合值；建立导流墩设置预测模型，结合所述最小贴合值、所述最大贴合值、所述水流信息和所述历史水流信息集合，计算所述水流信息与所述历史水流信息集合中所述历史水流信息的相似度，找出与所述水流信息最相似的所述历史水流信息，确定与最相似的所述历史水流信息相对应的最相似的所述历史导流墩信息，按照最相似的所述历史导流墩信息，在所述待预测河道口门区设置导流墩。2.如权利要求1所述的一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，其特征在于，所述水流信息贴合模型为：所述历史水流信息集合为{{A1，B1，C1，D1}，{A2，B2，C2，D2}
…
{A
i
，B
i
，C
i
，D
i
}}，则}}，则其中为所述最大贴合值，为所述最小贴合值，A
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流横向流速，B
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流纵向流速，C
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流回流长度，D
i
为所述历史水流信息集合中第i个所述历史水流回流流速，A
′
为所述水流横向流速，B
′
为所述水流纵向流速C
′
为所述水流回流长度D
′
为所述水流回流流速，ΔA为A
i
与A
′
的差值，ΔB为B
i
与B
′
的差值，ΔC为C
i
与C
′
的差值，ΔD为D
i
与D
′
的差值。3.如权利要求2所述的一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，其特征在于，还包括：为了减小所述水流信息贴合模型的误差，设置误差消除因子，添加到所述水流信息贴合模型中，具体为：贴合模型中，具体为：其中p、q、r、g为所述误差消除因子，用于保证ΔA，ΔB，ΔC，ΔD为正数，及动态调整ΔA，ΔB，ΔC，ΔD的值。4.如权利要求3所述的一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，其特征在于，所述导流墩设置预测模型为：
其中，M为所述水流信息，N为与M最相似的所述历史水流信息。5.如权利要求4所述的一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计方法，其特征在于，所述按照最相似的所述历史导流墩信息，在所述待预测河道口门区设置导流墩，包括：根据所述历史导流墩信息中的所述历史导流墩数量、所述历史导流墩设置角度、所述历史导流墩间距，在所述待预测河道口门区设置相应的导流墩。6.一种复杂水流特性河道口门区导流墩的设计系统，其特征在于，包括：获取历史水...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琼琳，陈以浩，周千凯，安小刚，唐时荣，
申请(专利权)人：交通运输部水运科学研究所，
类型：发明
国别省市：