某浅滩航道整治课程设计说明书

航道整治课程设计 某浅滩航道整治课程设计说明书学 院： 专 业： 年 级： 姓 名： 学 号： 2019 年 月 日目录1.滩险概况及整治方案12.设计标准的确定和推算12.1.设计水位12.2.浅滩基本水尺设计水位42.3.其它水尺设计水位62.4.用比降法确定各断面的设计水位62.5.床沙粒径的确定72.6.断面、和断面、之间的河床糙率83.整治工程设计113.1.整治线宽度计算113.2.整治线的布置123.2.1 整治线的布置原则123.2.2 整治线的平面形态及设计123.3.整治建筑物的布置123.4.挖槽的确定133.5.航道的冲刷校核163.5.1.确定计算横断面163.5.2.确定各计算断面水面曲线163.5.3按“累积流量法”绘制水流平面图，其具体步骤如下：183.5.3航道冲刷校核233.6.设计水位时挖槽稳定性校核254.坝的纵横断面的设计和工程量计算254.1.材料选用及粒径确定264.2.丁坝的断面尺寸264.3.坝根的保护264.4.坝头处理274.5.丁坝坝基处理275.挖槽纵横断面设计和工程量计算2729 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. 设计水位保证率为95%的水位，即在一年中出现大于该水位值的水位的概率为95%，则可知一年中出现小于该水位值的水位的概率为5%,那么一年中水位低于该水位值的天数为：天。由航道整治课程设计指导书中的1963年长江上游某基站日平均水位表，根据所给资料按水位从42.19米到31.00米按20厘米分级，从30.99米到30.00米按10厘米分级的方法，统计出由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（%）136.60-36.79110.272032.80-32.9984813.15236.40-36.59010.272132.60-32.79115916.16336.20-36.39010.272232.40-32.59137219.73436.00-36.19120.552332.20-32.3998122.19535.80-35.99130.822432.00-32.19109124.93635.60-35.79030.822531.80-31.991310428.49735.40-35.59030.822631.60-31.791612032.88835.20-35.39141.12731.40-31.591913938.08935.00-35.19371.922831.20-31.391915843.291034.80-34.99182.192931.00-31.193118951.781134.60-34.79192.473030.90-30.991620556.161234.40-34.593123.293130.80-30.891722260.821334.20-34.394164.383230.70-30.792224466.851434.00-34.193195.213330.60-30.692226672.881533.80-33.992215.753430.50-30.591428076.711633.60-33.795267.123530.40-30.492230282.741733.40-33.593297.953630.30-30.394434694.791833.20-33.394339.043730.20-30.291235898.081933.00-33.1974010.963830.10-30.197365100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: 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/yK-1(K-1)2P=m/(n+1)*100%1197031.051.231.980.980.964.762197330.91.081.740.740.559.523196230.780.961.550.550.314.294196130.740.921.480.480.2319.055196830.670.851.370.370.1423.816196930.660.841.350.350.1228.577196030.60.781.260.260.0733.338196430.460.641.030.03038.19195530.40.580.93-0.07042.8610195930.380.560.9-0.10.0147.6211196730.380.560.9-0.10.0152.3812197430.350.530.85-0.150.0257.1413196330.290.470.76-0.240.0661.914195630.260.440.71-0.290.0866.6715195730.260.440.71-0.290.0871.4316196530.260.440.71-0.290.0876.1917197230.230.410.66-0.340.1280.9518195830.170.350.56-0.440.1985.7119197130.140.320.52-0.480.2390.4820196629.840.020.03-0.970.9495.24平均30.4410.621合计6.66E-164.19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=0.4696Cs=2CvCs=3CvCs=4Cvp(%)p1Kp1Zp1p2Kp2Zp2p3Kp3Zp30.015.823.7332.146.874.2332.457.984.7532.770.14.4453.0931.745.093.3931.935.773.7132.1212.9832.431.313.272.5431.43.552.6731.4851.8681.8830.991.941.9131.011.991.9331.02101.341.6330.831.331.6230.831.311.6230.8350-0.3540.8330.34-0.220.930.38-0.290.8630.3575-0.730.6630.23-0.730.6630.23-0.720.6630.2390-1.1420.4630.11-1.040.5130.14-0.920.5730.1795-1.3380.3730.05-1.170.4530.1-0.980.5430.1699-1.6330.2329.96-1.320.3830.06-1.040.5130.14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30.1m，即为基站的设计水位。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yx-xy- y(x-x)2(y-y)2(x-x)(y-y)132.2831.350.40.570.160.320.23232.6731.610.790.830.620.690.66333.1232.281.241.51.542.251.86433.2232.611.341.831.83.352.45533.0532.271.171.491.372.221.74632.8131.840.931.060.861.120.99732.5831.750.70.970.490.940.68832.3331.290.450.510.20.260.23932.2131.150.330.370.110.140.121032.1130.920.230.140.050.020.03113230.850.120.070.0100.011231.9530.820.070.040001331.8830.78000001431.8430.7-0.04-0.0800.0101531.8130.64-0.07-0.1400.020.011631.830.55-0.08-0.230.010.050.021731.7630.53-0.12-0.250.010.060.031830.730.44-1.18-0.341.390.120.41931.5830.37-0.3-0.410.090.170.122031.5630.32-0.32-0.460.10.210.152131.5430.3-0.34-0.480.120.230.162231.530.27-0.38-0.510.140.260.192331.4430.2-0.44-0.580.190.340.262431.430.18-0.48-0.60.230.360.292531.3430.1-0.54-0.680.290.460.372630.8229.42-1.06-1.361.121.851.442730.829.39-1.08-1.391.171.931.52830.7629.35-1.12-1.431.252.041.62931.6330.42-0.25-0.360.060.130.09总计924.49892.7-0.030.0813.3819.5515.63平均值31.8830.78根据上表中数据，首先计算均方差 相关系数为： 显著水平检验：n=29，n-2=27，显著水平取0.01，查表得，因为，故是显著的，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30.1m，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3.2129.4529.5229.3429.273.2429.329.3729.229.143.2729.2129.2829.0929.06与基本水尺水位差平均值0.160.230.05-设计水位28.8728.9428.7628.712.4. 用比降法确定各断面的设计水位由地形图可初步估计该河段比降较为均匀，利用比降插入法确定三个断面的设计水位 L=水尺2与基本水尺的距离为1228m断面距水尺2的距离为145m断面距水尺2的距离为648m断面距水尺2的距离为970m所以断面、的设计水位分别为=28.91m=28.82m=28.76m 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(%)70563.05100545.04518.0192322.52495.4988211.26484.2386139.41444.82790.533.78411.04730.25101.34309.7550.1197.05112.6520.010.05112.6500 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*d75645.0480.483422.5240.1622.511.2620.0511.539.4170.1050.50.7533.7860.0450.250.38101.34180.0680.10.18197.05350.0630.050.08112.6520.010.016加权平均粒径(mm)0.9872.6. 断面、和断面、之间的河床糙率 基站设计水位：30.1m 超高值=0.9+6*0.005=0.93m 基站整治水位：30.1+0.93=31.03m 浅滩整治水位：28.71+0.93=29.64m 断面整治水位：28.91+0.93=29.84m断面整治水位：28.82+0.93=29.75m断面整治水位：28.76+0.93=29.69m 基站整治流量： 绘图水位：29.55m 利用Autocad 就算出断面、在整治水位时的过水断面面积和其他参数分别为表8断面 断面面积121211481243断面流速0.48 0.50 0.47 湿周661 685 682 水力半径0.55 0.60 0.55 测得断面、和断面、之间的距离分别为： m04.31543.5042312=llm12 =28.91-28.82=0.09m23 =28.82-28.76=0.06m糙率的计算公式如下： 根据上述公式计算得断面、和断面、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 综合水力学法和输沙平衡法的计算结果，取整治线宽度b。3.2. 整治线的布置根据上述计算有浅滩设计水位为28.71m，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1.5+29.55-28.71=2.34m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470m的整治线，且左岸整治线上游与江心洲尾相连接。3.2.1 整治线的布置原则1.整治线必须依托主导河岸。整治线的方向和位置必须依靠主导河岸，整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河岸为依托。2.整治线与水流方向交角要小。整治线应与枯水河槽相适应，特别注意洪水流向对枯水河槽的影响。3.整治线宜通过浅滩上最大流速区。为了使整治建筑物能发挥最大作用，在水位比较高时仍能冲刷浅滩脊，整治线一般应通过浅滩上的最大流速区。4.全面考虑两岸工农业需要和防洪要求。过渡段应以枯水水流动力轴线偏离河心位置为起点，终点在下深槽沱口稍下一点保证过渡段与下深槽平顺衔接。3.2.2 整治线的平面形态及设计通常情况下，冲积性河道总是弯曲的。整治线适宜的形式是由两反向河弯并在中间内插一个长度适中的直线段构成，规划布置时参照优良河段选择弯曲半径R 和直线段长度L 。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12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。左岸下挑丁坝与水流角度是130，右岸下挑丁坝与水流角度是130，布置详见CAD 图。确定坝头断面的设计水位和整治水位平均比降J =0.000183，基本水尺的设计水位为28.71 m 、整治水位是29.64m ，各坝头断面的水位计算见下表。表9丁坝编号1#2#3#4#与基本水尺的间距1030520758207设计水位28.9028.8128.8528.75整治水位29.8329.7429.7829.683.4. 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）28.71-579.12*0.000183=28.60m，则面积A=278.44m2。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） B= 60m 时的Km 值大于B=80m时的Km 。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（3） 根据以上分析，取挖槽宽度，挖槽水深比较合理。（4） 在本设计中拟采用绞吸船。故取超深为：0.5m，超宽为：4m。所以本设计中的挖槽水深为：H=+0.5=2m挖槽和横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，沙质土壤边坡为1：31：5。由前面计算已知：床沙中值粒径d50=0.28mm ，床沙加权平均粒径Dm =0.987mm ，查阅土力学相关资料可知床沙土质为粗砂，查课本表11-1 得本航道水下坡比取1：3。挖槽纵断面底坡与挖槽后的水面线一致，做到与上下深槽平顺衔接，避免进出口处出现横流、急流。表10断面编号1-12-23-3与基本水尺的间距1150825447设计水位28.9228.8628.79整治水位29.8529.7929.72 3.5. 航道的冲刷校核3.5.1. 确定计算横断面每一丁坝坝头断面为当然的计算断面，上深槽因某种原因可不取计算断面，下深槽计算断面的位置按最下游一座丁坝投影长度的2.5 倍确定。在丁坝布置的平面图上2 号和3号丁坝坝头在同一断面上，因此，共取三个计算断面。3.5.2. 确定各计算断面水面曲线对于丁坝群束窄的河道，水面将发生变化，丁坝上游水位雍高，丁坝处水面比降增大。进行雍水高度计算时，可将丁坝拦截及其影响的坝田范围内的横断面面积从河道过水总面积中扣除，假定筑坝前后糙率不变，按天然河道计算方法，自下游向上游逐段推算。按如下公式计算：水面曲线示意图（图4） 流量模数的计算公式：K=AC由曼宁公式计算谢才系数：C=局部阻力系数下采用下式估算：3#断面的水力半径R=2.02，谢才系数C=28.11流量模数K=1250.3328.11 =49990.752#断面至3#断面的沿程水头损失：=508.69=0.068由CAD 可以量出，扩散河段的过水面积， A大=1250.32m2、A小=864.44m2，则 =0.1992#断面至3#断面的局部水头损失：=0.199（）=0.002413E2=29.83+ +0.068+0.002413=29.91E3=29.88+=29.90E=29.91-29.90=0.010.152#断面的水力半径R=2.98，谢才系数C=29.98流量模数K=864.4429.98 = 44715.141#断面至2#断面的沿程水头损失：=530=0.0889由CAD 可以量出1#断面的面积为1313.85 m2 。E2=+ =29.88+0.0889=29.99E1=29.93+=29.94E=29.99-29.94=0.050.15表11断面断面面积(m2)1250.32864.441313.85断面流速(m/s)0.460.670.44B(m)618284288Z(m)29.9329.8829.833.5.3按“累积流量法”绘制水流平面图，其具体步骤如下：根据地形图确定计算断面；根据地形变化折点或平均将各断面沿河宽分成7个试算流带；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；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；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： 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；确定计算断面：各断面试算条带如下：表12利用表12绘制累积流量图：调整后的断面1累积流量图调整后的断面2累积流量图调整后的断面3累积流量图调整后的断面4累积流量图3.5.3航道冲刷校核根据沙莫夫启动流速公式：计算各断面各条带的平均流速表13利用表13绘制横断面流速比较图：由各断面流速比较图可知各断面流带平均流速与启动流速的比值均有略大于1.3的情况存在，可知冲刷略强，需要稍微加宽整治线宽度，使其比值在1.1-1.3。3.6. 设计水位时挖槽稳定性校核根据3.4挖槽的确定中计算可知挖槽前浅滩的平均水深为h0=0.592m，挖槽后浅滩的平均水深为hn=1.5m，则= =2.53挖槽宽度Bn=60m ，相对挖槽宽度b =且由前述计算流带流速和启动流速比较，说明挖槽稳定。4. 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。4.1. 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。4.2. 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。丁坝工程量计算坝顶宽采用2m ，上游坡面取1:1.4，下游坡面取1:2，坝高取3m ，则坝底宽为8.8m ，按梯形断面计算丁坝断面面积。表13丁坝工程量计算1#2#3#4#坝长（m）238 130 148 280 断面面积（m2）16.20 16.20 16.20 16.20 工程量（m3）3855.60 2106.00 2397.60 4536.00 总工程量（m3）12895.20 4.3. 坝根的保护为