【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶航行领域，具体涉及一种超标横流条件下航道宽度的确定方法。
技术介绍
1、我国内河航道的发展历史悠久，自古以来，内河交通就是经济发展和文化交流的重要手段之一。近年来，我国内河航道的发展步伐加快，取得了显著成效。一方面，我国加大了对内河航道建设和运输服务的支持力度，加强了内河航道基础设施建设和水运服务的改善。另一方面，内河航运企业也在技术创新、信息化、节能减排等方面不断加强自身能力，提高了内河航运的运营效率和服务质量。当前，内河航道发展面临着新的机遇和挑战。
2、我国天然河道中存在很多干、支流交汇河道和复杂航道，长江干支流通航里程7万公里，被称为中国的“黄金水道”，其干流、支流和湖泊相互贯通连接，组成中国最大的水运网络。此外，珠江由西江、北江、东江三条大河组成，流域上的交汇口也分布甚广。交汇河道处通常存在落差大，航道狭窄、弯曲，水流湍急的特点，故形成的交汇水流对船舶安全航行。另外，在长江上游及其支流的山区航道上往往滩多水急，航道平面形态复杂，岸边石梁突嘴众多，河床起伏较大，亦即存在较多的复杂航道。因此，在干支交汇河口及复杂航道内水流条件复杂，流态紊乱，横流较大，船舶安全航行所需要的航道宽度需要比顺直航道更大。
3、但是，目前对于干支流交汇及复杂航段的通航水流条件仍是借用《内河通航标准》中船闸引航道口门区的通航水流条件标准，即规定在航道内的横向流速不允许超过0.3m/s才能保证船舶通航安全。这种评价方法指标比较单一，为达到这一标准，通常的做法就是通过航道整治增大航道尺寸，以改善通航水流条件，减
4、上述不足之处容易导致对于干支流交汇及复杂航段的通航水流条件下的船舶通航参数的设计或判断结果不准确。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种超标横流条件下航道宽度的确定方法，以解决现有技术中超标横流作用下航道的通航水流条件判断指标比较单一，没有考虑航道等级、船舶操作性等因素对通航的影响，容易导致对于干支流交汇及复杂航段的通航水流条件下的船舶通航参数的设计或判断结果不准确的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、本专利技术公开一种超标横流条件下航道宽度的确定方法，包括以下步骤：
4、s1、收集航道基础资料；
5、s2、根据航道基础资料，构建平面二维水流数学模型；
6、s3、基于船舶运动方程建立船舶操纵运动数学模型；
7、s4、基于所述船舶操纵运动数学模型，对不同航道等级情况下以及不同超标横流作用下船舶航行姿态进行模拟仿真，得到不同航道等级情况下，超标横流作用下代表船舶的航行运动参数；
8、s5、根据超标横流作用下代表船舶的航行运动参数，经过模拟得到不同航道等级情况下，超标横流与航道宽度加宽值之间的定量关系。
9、作为优选，步骤s2中，所述平面二维水流数学模型采用平均水深有限元法进行构建，并对不同时段航道的参数进行模拟，具体包括以下步骤：
10、s2.1、设置模型的边界条件；
11、s2.2、基于平均水深有限元法的基础方程，对基础方程进行数值离散后得到非线性方程组；
12、s2.3、将上述非线性方程组进行求解，得到不同时段航道的参数值。
13、作为优选，不同时段航道的参数包括水位、水深、流速及流向。
14、作为优选，步骤s2.1中，平面二维水流数学模型边界条件包括进口边界、出口边界和岸壁边界，
15、作为优选，步骤s4中，超标横流作用下代表船舶的航行运动参数中船舶在任意时刻的位置和相关参数的表达式，如下所示：
16、
17、式中，参数中的脚标i代表第i时刻，脚标i+1代表第i+1时刻，δt为时间增量，xi为第i时刻船舶在x方向上的位置，xi+1为第i+1时刻船舶在x方向上的位置，yi第i时刻船舶在y方向上位置，yi+1为第i+1时刻船舶在y方向上位置，vx为船体与水流在x方向上的相对速度；vy为船体与水流在y方向上的相对速度；r为船舶的转艏角速度；ux为动坐标原点在x方向上的速度；uy为动坐标原点在y方向上的速度；vf为水流的绝对速度；ψf为水流运动的方向；ψ为船舶的艏向角。
18、作为优选，步骤s5中，根据超标横流作用下代表船舶的航行运动参数，经过模拟得到不同航道等级情况下，超标横流与航道宽度加宽值之间的定量关系，包括以下步骤：
19、s5.1、根据船舶横漂速度与横流的关系，在船舶操纵运动数学模型模拟不同横流条件下船舶的运动状态，然后得到航道的船舶横漂速度与横流的关系式；
20、s5.2、分析横流与航行漂角之间的对应关系，得到航道中的船舶航行漂角随横流速度的变化关系曲线；
21、s5.3、根据上述航道的船舶横漂速度与横流的关系式以及上述横流与航行漂角之间的对应关系，模拟出超标横流条件下的所需航道范围限值以及超标横流条件下所需航道的加宽值。
22、作为优选，步骤s5.1中，在船舶对岸航速vs＝0.5m/s，操纵舵角为25°的条件下，航道的横漂速度与横流流速综合关系式如下所示：
23、vf＝1.08vy-0.08；
24、式中：vf为横漂速度，m/s；vy为横流速度，m/s。
25、作为优选，步骤s5.3中，在水流速度为3.0m/s，船舶对岸航速为0.5m/s，航行舵角为25°的条件下，超标横流条件下的所需航道范围限值的关系式如下所示：
26、
27、式中：ld为横流区域长度安全值，m；bd为上行航迹带宽度，m；vs为船舶对岸航速，m/s；vy为横流速度，m/s。
28、作为优选，步骤s5.3中，所述超标横流条件下所需航道的加宽值范围是0.3～188.2m；其中，船舶在均匀横流区域航行，且平行于航道中心线，横向流速范围0.35m/s～0.6m/s，横流区域长度范围10～80m，船舶的对岸航速为0.5m/s。
29、作为优选，所述超标横流条件下所需航道的加宽值能够应用于ⅰ～ⅴ级航道，其中：
30、ⅰ级航道的船舶吨级为3000t，航宽为100m，代表船舶尺寸为总长×型宽×设计吃水
31、＝95×16.2×3.2m，对应的超标横流与航道加宽值范围是0.5～150.8m；
32、ⅱ级航道的船舶吨级为2000t，航宽为75m，代表船舶尺寸为总长×型宽×设计吃水
33、＝90×14.8×2.6m，对应的超标横流与航道加宽值范围是0.3～164.9m；
34、ⅲ级航道的船舶吨级为1000t，航宽为60m，代表船舶尺寸为总长×型宽×设计吃水
35、＝85×10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S2中，所述平面二维水流数学模型采用平均水深有限元法进行构建，并对不同时段航道的参数进行模拟，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，不同时段航道的参数包括水位、水深、流速及流向。
4.根据权利要求2所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S2.1中，平面二维水流数学模型边界条件包括进口边界、出口边界和岸壁边界。
5.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S4中，超标横流作用下代表船舶的航行运动参数中船舶在任意时刻的位置和相关参数的表达式，如下所示：
6.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S5中，根据超标横流作用下代表船舶的航行运动参数，经过模拟得到不同航道等级情况下，超标横流与航道宽度加宽值之间的定量关系，包括以下步骤：
7.根据权利
8.根据权利要求6所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S5.3中，在水流速度为3.0m/s，船舶对岸航速为0.5m/s，航行舵角为25°的条件下，超标横流条件下的所需航道范围限值的关系式如下所示：
9.根据权利要求6所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤S5.3中，所述超标横流条件下所需航道的加宽值范围是0.3～188.2m；其中，船舶在均匀横流区域航行，且平行于航道中心线，横向流速范围0.35m/s～0.6m/s，横流区域长度范围10～80m，船舶的对岸航速为0.5m/s。
10.根据权利要求9所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，所述超标横流条件下所需航道的加宽值能够应用于Ⅰ～Ⅴ级航道，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤s2中，所述平面二维水流数学模型采用平均水深有限元法进行构建，并对不同时段航道的参数进行模拟，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，不同时段航道的参数包括水位、水深、流速及流向。
4.根据权利要求2所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤s2.1中，平面二维水流数学模型边界条件包括进口边界、出口边界和岸壁边界。
5.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤s4中，超标横流作用下代表船舶的航行运动参数中船舶在任意时刻的位置和相关参数的表达式，如下所示：
6.根据权利要求1所述的超标横流条件下航道宽度的确定方法，其特征在于，步骤s5中，根据超标横流作用下代表船舶的航行运动参数，经过模拟得到不同航道等级情况下，超标横流与航道宽度加...
【专利技术属性】
技术研发人员：童思陈，王祥，张莹，孙开，蒋聘凤，张倩倩，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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