航道课程设计

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1、一、 设计水位、最低通航水位计算由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：水位级别（m）出现次数累计次数保证率(%)水位级别(m)出现次数累计次数保证率(%)42.19-.00000.035.59-.40041.141.99-.80000.035.39-.20261.641.79-.60000.035.19-.00171.941.59-.40000.034.99-.80182.241.39-.20000.034.79-.60192.541.19-.00000.034.59-.403123.340.99-.80000.034.39-.204164.440.79-.6

2、0000.034.19-.002184.940.59-.40000.033.99-.802205.540.39-.20000.033.79-.605256.840.19-.00000.033.59-.403287.739.99-.80000.033.39-.204328.839.79-.60000.033.19-.0073910.739.59-.40000.032.99-.80104913.439.39-.20000.032.79-.6095815.939.19-.00000.032.59-.40137119.538.99-.80000.032.39-.2098021.938.79-.6000

3、0.032.19-.00119124.938.59-.40000.031.99-.801210328.238.39-.20000.031.79-.601611932.638.19-.00000.031.59-.401813737.537.99-.80000.031.39-.202015743.037.79-.60000.031.19-.102418149.637.59-.40000.030.99-.901819954.537.39-.20000.030.89-.801621558.937.19-.00000.030.79-.702223764.936.99-.80000.030.69-.602

4、225971.036.79-.60110.330.59-.501327274.536.59-.40010.330.49-.402529781.436.39-.20120.530.39-.304534293.736.19-.00130.830.29-.201635898.135.99-.80141.130.19-.107365100.035.79-.60041.130.09-.000365100.0以分组下限值为纵坐标，累积频率为横坐标，绘制累积频率曲线0510152025303540450.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0累积频率(%)水位(

5、m)由图可求得年累积频率为的水位为 将上游基站最枯水位和保证率统计如下：年份保证率为95%的水位(m)年最枯水位(m)以历年最枯水位为零点的95%水位(m)197031.0530.551.23197330.930.731.08196230.7830.750.96196130.7430.680.92196830.6730.580.85196930.6630.630.84196030.630.550.78196430.4630.30.64195530.430.390.58195930.3830.20.56196730.3830.360.56196330.3230.150.54197430.3530

6、.330.53195630.2630.190.44195730.2630.250.44196530.2630.170.44197230.2330.080.41195830.1730.160.35197130.1430.110.32196629.8429.820.02以历年最枯水位为零点的95%水位为依据，利用皮尔逊曲线拟合，得到基站历年水位累积频率曲线：最后从累积频率曲线上查出（因重现期年，）即年一遇、保证率为的设计最低水位为。另外加上历年最枯水位，即得到年一遇、保证率为的设计最低水位为。用水位相关分析法求出回归方程，推求浅滩基本水尺设计水位利用数据拟合表示基站的水位变化，而表示表示浅滩的水位

7、变化。拟合结果如下图：故有浅滩的设计水位为利用瞬时水位法计算其他水尺的设计水位：1#水尺2#水尺3#水尺4#水尺水尺水位29.450 29.520 29.340 29.270 29.300 29.370 29.200 29.140 29.210 29.280 29.090 29.060 相对水位1.006 1.009 1.002 1.000 1.005 1.008 1.002 1.000 1.005 1.008 1.001 1.000 平均值1.006 1.008 1.002 1.000 设计水位29.12729.05828.94928.896 计算断面设计水位：利用比降图解法求解1-1断面设

8、计水位为2-2断面设计水位为3-3断面设计水位为二、计算浅滩床沙特征粒径：筛孔直径(毫米)753210.50.250.10.05筛内泥沙重量(克)045.0422.5211.2639.4133.78101.34197.05112.65小于某粒径的沙重(克)563.1518.01495.49484.23444.82411.04309.7112.650小于某粒径的沙重占总重的重量百分比(%)10092.00188.00186.00179.00273.00255.00420.00710特征曲线：筛孔直径(毫米)753210.50.250.10.05平均粒径di(毫米)642.51.50.750.38

9、0.180.08各组沙重(克)45.0422.5211.2639.4133.78101.34197.05112.65各组泥沙重量百分比pi(%)0.080 0.040 0.020 0.070 0.060 0.180 0.350 0.200 pidI0.480 0.160 0.050 0.105 0.045 0.067 0.061 0.015 各断面的面积、湿周如下：断面1-1面积1639.562湿周658.9462断面2-2面积1737.567湿周692.5783断面3-3面积1763.851湿周687.6876三、 糙率计算1-1断面到2-2断面的糙率：2-2断面到3-3断面的糙率：四、 整

10、治线宽度计算水力学法计算整治线宽度：其中，；取整治线宽度五、 计算各坝头断面的设计水位和整治水位制表如下：19各整治建筑物坝头设计水位坝头编号设计水位坝头编号设计水位129.22 229.12 429.07 各整治建筑物坝头整治水深坝头编号设计水深坝头编号设计水深12.82 22.92 42.84 六、 计算挖槽水深取进出口两个断面分别计算挖槽水深，取他们的平均值作为挖槽后的水深。，令为相对挖泥深度；为相对挖泥宽度、指挖泥前浅滩断面在设计水位条件下的水面宽度、平均水深。、指挖泥后浅滩断面在整治水位条件下的水面宽度、平均水深。，则公式可简化为对于断面，取，说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均

11、流速，容易产生冲刷。此外，为了求出，可根据公式取极值，故挖槽内获得最大流速的条件为：上式为挖槽最佳的计算式。则有以上两种情况都求得。即说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均流速，容易产生冲刷对于，取，说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均流速，容易产生冲刷。此外，为了求出，可根据公式取极值，故挖槽内获得最大流速的条件为：上式为挖槽最佳的计算式。则有以上两种情况都求得。即说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均流速，容易产生冲刷。对于断面，取，说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均流速，容易产生冲刷。此外，为了求出，可根据公式取极值，故挖槽内获得最大流速的条件为：上式为挖槽最佳的计算式。则

12、有以上两种情况都求得。即说明挖槽内的流速将大于挖槽前浅滩上得平均流速，容易产生冲刷七、 计算整治水位时的水流平面图水流平面图是由一组分布适当的流线和若干与流线正交的计算断面组成的流网，相邻流线构成流带，各流带通过的单元流量相同。各流带的平均流速可按下式确定：式中：为某流带的平均流速 、分别为某流带的宽度与平均水深 为通过某流带的单元流量其中：Q为通过计算断面的总流量 m为流带数对比较顺直且过水断面沿程变化不大的河段，可采用均匀流公式描述其水流运动，从而得：式中：、分比为所考虑流带的宽度、平均水深、平均流速、糙率、比降及相应的单元流量。由于水流平面图实际反映的是流量沿河宽的相对分配，所以在计算中

13、，若各流带的比降及糙率各自相差不大，则可视为常数，此时，仅需计算及即可。因为在一定条件下与流量成正比，故称为条件流量。根据本滩河段顺直、流速沿程变化不大的具体情况，水流可视为处于均匀流状态。用累积条件流量法将水流划分为7条流带，作图如下：进口条件流量图格子号数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 起点距15.28 28.00 54.64 83.35 103.70 122.04 140.56 173.27 202.37 244.14 292.79 325.86 375.36 414.31 430.00 格子深0.42 0.37 0.47 0.54 1.06 1.

14、40 1.47 1.63 1.52 1.42 1.35 1.58 1.57 1.57 1.80 格子宽15.28 12.72 26.64 28.71 20.35 18.34 18.52 32.71 29.10 41.77 48.65 33.07 49.50 38.95 11.01 0.23 0.19 0.28 0.40 1.10 1.75 1.89 2.25 2.01 1.79 1.65 2.14 2.13 2.13 2.67 3.57 2.44 7.46 11.37 22.30 32.02 35.00 73.51 58.44 74.93 80.17 70.92 105.20 82.78 29

15、.43 3.57 6.01 13.47 24.83 47.14 79.15 114.15 187.66 246.10 321.03 401.21 472.13 577.33 660.11 689.54 流带宽240.147.2827.9523.7238.5620.4127.75流带深1.411.361.521.711.511.451.571.771.662.012.441.991.872.12424.6878.6456.1057.9277.1138.2458.78调整后流带水深1.411.361.521.711.511.451.57调整后流带宽度55.4559.3449.4141.0249.8

16、752.5146.711.771.662.012.441.991.872.1298.0898.7199.18100.1699.7398.3798.95流带面积78.0780.5375.0670.0975.5876.5273.28流带平均流速1.271.231.321.421.311.291.35启动流速0.5780.570.580.610.580.580.59中段条件流量图 出口条件流量图中段断面累积条件流量曲线划分各流带并进行调整：格子号数123456789起点距31.6889.20149.49216.71274.92330.36364.32404.12430.04格子深31.6857.52

17、60.2967.2258.2155.4433.9639.8035.94格子宽1.812.002.121.861.651.731.791.732.02 2.703.163.492.812.302.482.652.483.2385.40181.93210.43188.67133.91137.6289.9598.75116.1185.40267.33477.76666.44800.35937.971027.921126.671242.77流带宽50.0928.5033.8160.6780.41112.2164.36流带深1.932.102.182.001.791.691.722.993.443.66

18、3.182.652.402.46149.6098.11123.73193.10212.79269.32158.45调整后流带水深1.932.102.182.001.791.691.72调整后流带宽度59.9351.0646.8254.9467.3772.9370.752.703.163.492.812.302.482.65178.99175.76171.32174.88178.28175.05174.18流带面积115.55107.20101.96110.05120.79123.33121.48流带平均流速0.860.930.970.900.820.810.82启动流速0.610.620.62

19、0.610.600.600.60出口断面累积条件流量曲线划分各流带并进行调整：格子号数12345678910起点距13.1222.6437.1446.4270.4392.62125.26176.33219.87242.29格子深13.129.5214.509.2824.0122.1932.6451.0743.5422.42格子宽21.0320.8822.4821.0223.0625.9923.3219.3815.7715.78 3.453.413.863.454.024.914.103.012.142.1445.2932.4755.9432.0096.64108.98133.85153.789

20、3.0347.9545.2977.76133.70165.70262.34371.32505.17658.95751.98799.93流带宽100.2768.6521.4013.477.7110.5320.85流带深23.4719.8115.8115.4815.6215.9316.094.143.122.142.072.102.172.21415.62214.4245.8927.8916.2122.8746.06调整后流带水深2.351.981.581.551.561.591.61调整后流带宽度27.9135.6453.4554.3152.3951.3652.104.143.122.142.0

21、72.102.172.21115.68111.31114.62112.45110.16111.53115.10流带面积65.5070.5884.4884.0581.8381.7983.83流带平均流速1.521.411.181.181.211.211.18启动流速0.630.610.590.590.590.590.59以上绘制了三个断面的累积条件流量图，它们分别为进口、中段、出口断面。由以上计算可以看出，三个断面的计算流速均大于断面的启动流速，所以之前设计的整治线宽度不足，需要加宽，由试算可以得到，该浅滩的整治线宽度为。八、 设计水位时挖槽稳定性校核：根据公式，可求得开挖前挖槽范围内平均流速：

22、式中：为施挖前挖槽范围内平均水深施挖后挖槽内的平均流速：式中：为平均开挖深度； 为开挖断面面积令施挖后挖槽范围内平均流速增大倍数为，则：开挖前挖槽范围内平均流速：断面b1-1666.281639.571.5725.8166389.001.250.342-2681.751737.581.6326.1172429.481.280.323-3679.981763.871.7026.0874079.871.300.32开挖后挖槽中的平均流速：断面1-175.071.160.051.741.230.422-275.211.160.041.721.230.393-358.590.920.031.541.1

23、80.38上式计算成果表明：挖槽范围内开挖后的流速均大于开挖前的流速，基本满足稳定校核中提出的流速要求。但挖槽中段与出口的流速反比进口段的流速小，尚需采取工程措施增大中段与出口端的流速。九、坝的纵横断面的设计和工程量计算按抛石坝设计。作出1号丁坝纵横断面设计图。横断面应表示出坝的顶宽，上下游边坡比等。纵断面应表示出坝的纵坡比、坝头坡比、河底线、坝根与河岸的连接情况、高程尺寸尺以及设计水位、整治水位的具体数字等，工程量按规定表示，且紧贴纵断面设计图的底部用断面法计算。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

24、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。抛石丁坝的一些要求如下：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。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

25、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。3. 坝根的保护为了防止中、洪水位时水流冲刷河岸，切断坝根，要做好坝根与河岸的衔接。在坝根与河岸坡面连接段，根据岸坡的地形，采取坝顶纵坡，紧靠坝根上下游河岸，各建一定长度的护岸。其长度视土质、流速、坝轴线与水流交角而定。4. 坝头处理坝头处水流湍急，承受的动水压力大，并产生绕过坝头的螺旋流，在坝头稍下地方形成冲刷坑，必须加固。5. 丁坝坝基处理山区河流流速较大，丁坝的坝面、坝头等部位容易产生破坏。因此，在修筑丁坝时

26、，一定要采取可靠的防护措施。山区河流的河床多为基岩和卵石覆盖，坝基一般不采取处理。在卵石粒径较小且松散的地方，可先沿坝轴线平抛一层块石护底，然后在进行筑坝。6. 丁坝坝面的防护措施山区河流坝面的破坏一方面是水流的冲蚀，另一方面是流木得撞击力以及堆积增大的作用力。丁坝的工程量计算：设计水位计算见前，取丁坝的断面设计见图所示，由图的断面尺寸，可以求得丁坝的工程量。1号丁坝的总工程量十、 挖槽纵横断面设计和工程量计算挖槽设计，应该最大限度地满足航行要求，能保证船舶安全顺利地通过；要尽可能地使挖槽回淤量较少，具有良好的稳定性；应该考虑技术上得可能性，经济上的合理性，使工程量最少，并易于施工。1. 有利

27、于船舶安全航行(1) 挖槽中心与主流向交角不应过大，在可能条件下不应超过，斜交的水流可能会引起船舶发生海损事故。(2) 挖槽本身不应弯曲，在必要的情况下，允许有一个角度不大的转折，在转折处航道应当适当放宽，以便于船舶航行。(3) 挖槽与上下游必须平顺相接，在交接处可将挖槽逐渐放宽成喇叭口形。挖槽必须有足够的宽度和深度，并符合该水域航道尺度的规定。(4) 对于有冰冻的港口航槽选线时，应注意排水条件和冰凌对船舶航行的影响。2. 经济合理应使挖槽的工程量（土方量）少或较少，因此挖槽应尽可能布置在水深较大处。3. 施工可能性挖槽的设计，应充分考虑施工的可能性，使挖槽水域能正常从事疏浚施工。4. 水利最

28、佳水利最佳是指挖槽内水利条件要好，挖槽不易加淤或少淤积，使挖槽稳定。挖槽水深利用之前所求的水深，取挖槽断面的形状，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，沙质土壤的边坡为，卵石浅滩可取得边坡为，泥质浅滩的边坡为。挖槽纵断面底坡宜与挖槽后的水面线一致，做到与上下深槽平顺衔接，避免进、出口出现横流、急流。利用断面法计算挖槽工程量：工程量的计算表 断面平均挖槽深度挖槽面积断面平均值断面的距离工程量D-D0.22513.513.86254.133522.242A-A0.23714.2213.95382.25331.69B-B0.22813.6814.28384.55490.66C-C0.24814.8814.46164.32375.778E-E0.23414.04