航道整治课程设计.docx
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航道整治课程设计
某浅滩航道整治
课程设计说明书治课程设计说明书
班级
姓名
学号
指导教师
1.滩险概况及整治方案1
2.设计标准的确定和推算1
2.1.设计水位1
2.2.浅滩基本水尺设计水位4
2.3.其它水尺设计水位5
2.4.用比降法确定各断面的设计水位6
2.5.床沙粒径的确定6
2.6.断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的河床糙率7
3.整治工程设计8
3.1.整治线宽度计算8
3.2.整治线的布置9
3.3.整治建筑物的布置10
3.4.挖槽的确定10
4.水力计算11
4.1.航道的冲刷校核11
确定计算横断面11
确定各计算断面水面曲线11
绘制水流平面图12
流速比较16
4.2.设计水位时挖槽稳定性校核16
5.坝的纵横断面的设计和工程量计算17
5.1.材料选用及粒径确定18
5.2.丁坝的断面尺寸18
5.3.坝根的保护18
5.4.坝头处理18
5.5.丁坝坝基处理18
5.6.丁坝坝面的防护措施19
6.挖槽纵横断面设计和工程量计算19
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
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（%）
1
36.60-36.79
1
1
0.27
20
32.80-32.99
8
48
13.15
2
36.40-36.59
0
1
0.27
21
32.60-32.79
11
59
16.16
3
36.20-36.39
0
1
0.27
22
32.40-32.59
13
72
19.73
4
36.00-36.19
1
2
0.55
23
32.20-32.39
9
81
22.19
5
35.80-35.99
1
3
0.82
24
32.00-32.19
10
91
24.93
6
35.60-35.79
0
3
0.82
25
31.80-31.99
13
104
28.49
7
35.40-35.59
0
3
0.82
26
31.60-31.79
16
120
32.88
8
35.20-35.39
1
4
1.1
27
31.40-31.59
19
139
38.08
9
35.00-35.19
3
7
1.92
28
31.20-31.39
19
158
43.29
10
34.80-34.99
1
8
2.19
29
31.00-31.19
31
189
51.78
11
34.60-34.79
1
9
2.47
30
30.90-30.99
16
205
56.16
12
34.40-34.59
3
12
3.29
31
30.80-30.89
17
222
60.82
13
34.20-34.39
4
16
4.38
32
30.70-30.79
22
244
66.85
14
34.00-34.19
3
19
5.21
33
30.60-30.69
22
266
72.88
15
33.80-33.99
2
21
5.75
34
30.50-30.59
14
280
76.71
16
33.60-33.79
5
26
7.12
35
30.40-30.49
22
302
82.74
17
33.40-33.59
3
29
7.95
36
30.30-30.39
44
346
94.79
18
33.20-33.39
4
33
9.04
37
30.20-30.29
12
358
98.08
19
33.00-33.19
7
40
10.96
38
30.10-30.19
7
365
100
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，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30.2m，即为基站的设计水位。
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/y*
K-1
（K-1）^2
P=m/（n+1）*100%
1
1970
31.05
1.23
1.98
0.98
0.96
4.76
2
1973
30.9
1.08
1.74
0.74
0.55
9.52
3
1962
30.78
0.96
1.55
0.55
0.3
14.29
4
1961
30.74
0.92
1.48
0.48
0.23
19.05
5
1968
30.67
0.85
1.37
0.37
0.14
23.81
6
1969
30.66
0.84
1.35
0.35
0.12
28.57
7
1960
30.6
0.78
1.26
0.26
0.07
33.33
8
1964
30.46
0.64
1.03
0.03
0
38.1
9
1955
30.4
0.58
0.93
-0.07
0
42.86
10
1959
30.38
0.56
0.9
-0.1
0.01
47.62
11
1967
30.38
0.56
0.9
-0.1
0.01
52.38
12
1974
30.35
0.53
0.85
-0.15
0.02
57.14
13
1963
30.29
0.47
0.76
-0.24
0.06
61.9
14
1956
30.26
0.44
0.71
-0.29
0.08
66.67
15
1957
30.26
0.44
0.71
-0.29
0.08
71.43
16
1965
30.26
0.44
0.71
-0.29
0.08
76.19
17
1972
30.23
0.41
0.66
-0.34
0.12
80.95
18
1958
30.17
0.35
0.56
-0.44
0.19
85.71
19
1971
30.14
0.32
0.52
-0.48
0.23
90.48
20
1966
29.84
0.02
0.03
-0.97
0.94
95.24
平均
30.441
0.621
合计
6.66E-16
4.19
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=0.4696
Cs=2Cv
Cs=3Cv
Cs=4Cv
p（%）
Φp1
Kp1
Zp1
Φp2
Kp2
Zp2
Φp3
Kp3
Zp3
0.01
5.82
3.73
32.14
6.87
4.23
32.45
7.98
4.75
32.77
0.1
4.445
3.09
31.74
5.09
3.39
31.93
5.77
3.71
32.12
1
2.983
2.4
31.31
3.27
2.54
31.4
3.55
2.67
31.48
5
1.868
1.88
30.99
1.94
1.91
31.01
1.99
1.93
31.02
10
1.34
1.63
30.83
1.33
1.62
30.83
1.31
1.62
30.83
50
-0.354
0.83
30.34
-0.22
0.9
30.38
-0.29
0.86
30.35
75
-0.73
0.66
30.23
-0.73
0.66
30.23
-0.72
0.66
30.23
90
-1.142
0.46
30.11
-1.04
0.51
30.14
-0.92
0.57
30.17
95
-1.338
0.37
30.05
-1.17
0.45
30.1
-0.98
0.54
30.16
99
-1.633
0.23
29.96
-1.32
0.38
30.06
-1.04
0.51
30.14
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y
x-x*
y-y*
（x-x*）^2
（y-y*）^2
（x-x*）（y-y*）
1
32.28
31.35
0.4
0.57
0.16
0.32
0.23
2
32.67
31.61
0.79
0.83
0.62
0.69
0.66
3
33.12
32.28
1.24
1.5
1.54
2.25
1.86
4
33.22
32.61
1.34
1.83
1.8
3.35
2.45
5
33.05
32.27
1.17
1.49
1.37
2.22
1.74
6
32.81
31.84
0.93
1.06
0.86
1.12
0.99
7
32.58
31.75
0.7
0.97
0.49
0.94
0.68
8
32.33
31.29
0.45
0.51
0.2
0.26
0.23
9
32.21
31.15
0.33
0.37
0.11
0.14
0.12
10
32.11
30.92
0.23
0.14
0.05
0.02
0.03
11
32
30.85
0.12
0.07
0.01
0
0.01
12
31.95
30.82
0.07
0.04
0
0
0
13
31.88
30.78
0
0
0
0
0
14
31.84
30.7
-0.04
-0.08
0
0.01
0
15
31.81
30.64
-0.07
-0.14
0
0.02
0.01
16
31.8
30.55
-0.08
-0.23
0.01
0.05
0.02
17
31.76
30.53
-0.12
-0.25
0.01
0.06
0.03
18
30.7
30.44
-1.18
-0.34
1.39
0.12
0.4
19
31.58
30.37
-0.3
-0.41
0.09
0.17
0.12
20
31.56
30.32
-0.32
-0.46
0.1
0.21
0.15
21
31.54
30.3
-0.34
-0.48
0.12
0.23
0.16
22
31.5
30.27
-0.38
-0.51
0.14
0.26
0.19
23
31.44
30.2
-0.44
-0.58
0.19
0.34
0.26
24
31.4
30.18
-0.48
-0.6
0.23
0.36
0.29
25
31.34
30.1
-0.54
-0.68
0.29
0.46
0.37
26
30.82
29.42
-1.06
-1.36
1.12
1.85
1.44
27
30.8
29.39
-1.08
-1.39
1.17
1.93
1.5
28
30.76
29.35
-1.12
-1.43
1.25
2.04
1.6
29
31.63
30.42
-0.25
-0.36
0.06
0.13
0.09
总计
924.49
892.7
-0.03
0.08
13.38
19.55
15.63
平均值
31.88
30.78
根据上表中数据，首先计算均方差
相关系数为：
显着水平检验：
n=29，n-2=27，显着水平α取0.01，查表得
，因为
，故γ是显着的，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30.2m，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
3.21
29.45
29.52
29.34
29.27
3.24
29.3
29.37
29.2
29.14
3.27
29.21
29.28
29.09
29.06
与基本水尺水位差平均值
0.16
0.23
0.05
----
设计水位
28.99
29.06
28.88
28.83
2.4.用比降法确定各断面的设计水位
当上下游两水文站之间的水面比降不太均匀时采用如下公式
以水尺2和水尺4计算，有
所以断面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的设计水位分别为
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（%）
7
0
563.05
100
5
45.04
518.01
92
3
22.52
495.49
88
2
11.26
484.23
86
1
39.41
444.82
79
0.5
33.78
411.04
73
0.25
101.34
309.7
55
0.1
197.05
112.65
20.01
0.05
112.65
0
0
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*d
7
5
6
45.04
8
0.48
3
4
22.52
4
0.16
2
2.5
11.26
2
0.05
1
1.5
39.41
7
0.105
0.5
0.75
33.78
6
0.045
0.25
0.38
101.34
18
0.068
0.1
0.18
197.05
35
0.063
0.05
0.08
112.65
20.01
0.016
加权平均粒径（mm）
0.987
2.6.断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的河床糙率
基站设计水位：
30.43
基站整治水位：
整治流量：
绘图水位：
29.55m
浅滩整治水位：
现给定断面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在整治水位时的过水断面面积分别为：
给定断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ之间的距离分别为：
给定水面宽度
，河道为宽浅河道，则
糙率的计算公式如下：
根据上述公式计算得断面Ⅰ、Ⅱ和断面Ⅱ、Ⅲ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
所以，整治线宽度
。
综合水力学法和输沙平衡法的计算结果，取整治线宽度
。
3.2.整治线的布置
根据上述计算有浅滩设计水位为28.83m，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+29.55-28.83=2.22m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500m的整治线，且左岸整治线上游与江心洲尾相连接。
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1－2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。
3.4.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）面积
。
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）设计水位下的通航水深
，当
时，与之较接近
（3）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
根据以上分析，取挖槽宽度
，挖槽水深
比较合理。
绘图水位时的挖槽水深为
4.水力计算
4.1.航道的冲刷校核
4.1.1.确定计算横断面
取每一丁坝坝头断面为计算断面。
根据丁坝布置的平面图可得2号和3号丁坝坝头在同一断面上，因此，所取的计算断面共有三个。
4.1.2.确定各计算断面水面曲线
浅滩河段修筑丁坝后，水面将发生变化，丁坝上游水位雍高，丁坝处水面比降增大，雍水高度
按如下公式计算：
水面曲线示意图（图4）
整治水位时各丁坝坝头断面的过水断面形态，由公式
求出各断面的平均水深如下：
各丁坝的雍水高度计算如下：
根据上述计算调整整治水位，各丁坝坝头顶高程分别为
4.1.3.绘制水流平面图
按“累积流量法”绘制水流平面图，其具体步骤如下：
①根据地形图确定计算断面，即为
（1）中所确定的计算断面；
②根据地形变化折点或平均将各断面沿河宽分成8个试算流带；
③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；
④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；
⑤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：
（表8~表10）
⑥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；
格子号数
1
2
3
4
5
6
7
8
格子宽b（m）
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
格子深H（m）
2.217
2.151
2.228
2.282
2.523
1.816
1.349
1.280
格子计算深H（m）
2.467
2.401
2.478
2.532
2.773
2.066
1.599
1.530
282.063
269.601
284.192
294.588
342.747
209.856
136.898
127.254
282.063
551.664
835.856
1130.444
1473.191
1683.047
1819.945
1947.199
流带宽
58.940
61.810
58.740
56.500
57.080
73.590
134.480
流带深
2.197
2.150
2.220
2.279
2.224
1.947
1.365
流带计算深
2.447
2.400
2.470
2.529
2.474
2.197
1.615
261.870
265.907
265.094
265.211
258.287
273.240
298.949
流带面积
144.226
148.344
145.088
142.889
141.216
161.677
217.185
流带平均流速
0.658
0.640
0.654
0.664
0.672
0.587
0.437
断面1（表8）
格子号数
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
格子宽b（m）
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
62.625
格子深H（m）
1.802
1.981
1.937
1.951
1.785
1.947
2.235
2.416
格子计算深H（m）
2.052
2.231
2.187
2.201
2.035
2.197
2.485
2.666
207.539
238.539
230.773
233.216
204.659
232.527
285.507
321.016
207.539
446.078
676.851
910.067
1114.725
1347.252
1632.759
1953.775
流带宽b（m）
82.590
74.700
75.790
84.060
72.160
58.780
52.810
流带深H（m）
1.836
1.938
1
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