航道課程設(shè)計

1、一、 設(shè)計水位、最低通航水位計算由1963年長江上游某基站日平均水位表得1963年水位保證率曲線計算表：水位級別（m）出現(xiàn)次數(shù)累計次數(shù)保證率(%)水位級別(m)出現(xiàn)次數(shù)累計次數(shù)保證率(%)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以分組下限值為縱坐標(biāo)，累積頻率為橫坐標(biāo)，繪制累積頻率曲線0510152025303540450.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0累積頻率(%)水位(

5、m)由圖可求得年累積頻率為的水位為 將上游基站最枯水位和保證率統(tǒng)計如下：年份保證率為95%的水位(m)年最枯水位(m)以歷年最枯水位為零點的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以歷年最枯水位為零點的95%水位為依據(jù)，利用皮爾遜曲線擬合，得到基站歷年水位累積頻率曲線：最后從累積頻率曲線上查出（因重現(xiàn)期年，）即年一遇、保證率為的設(shè)計最低水位為。另外加上歷年最枯水位，即得到年一遇、保證率為的設(shè)計最低水位為。用水位相關(guān)分析法求出回歸方程，推求淺灘基本水尺設(shè)計水位利用數(shù)據(jù)擬合表示基站的水位變化，而表示表示淺灘的水位

7、變化。擬合結(jié)果如下圖：故有淺灘的設(shè)計水位為利用瞬時水位法計算其他水尺的設(shè)計水位：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 相對水位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 設(shè)計水位29.12729.05828.94928.896 計算斷面設(shè)計水位：利用比降圖解法求解1-1斷面設(shè)

8、計水位為2-2斷面設(shè)計水位為3-3斷面設(shè)計水位為二、計算淺灘床沙特征粒徑：篩孔直徑(毫米)753210.50.250.10.05篩內(nèi)泥沙重量(克)045.0422.5211.2639.4133.78101.34197.05112.65小于某粒徑的沙重(克)563.1518.01495.49484.23444.82411.04309.7112.650小于某粒徑的沙重占總重的重量百分比(%)10092.00188.00186.00179.00273.00255.00420.00710特征曲線：篩孔直徑(毫米)753210.50.250.10.05平均粒徑di(毫米)642.51.50.750.38

9、0.180.08各組沙重(克)45.0422.5211.2639.4133.78101.34197.05112.65各組泥沙重量百分比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 各斷面的面積、濕周如下：斷面1-1面積1639.562濕周658.9462斷面2-2面積1737.567濕周692.5783斷面3-3面積1763.851濕周687.6876三、 糙率計算1-1斷面到2-2斷面的糙率：2-2斷面到3-3斷面的糙率：四、 整

10、治線寬度計算水力學(xué)法計算整治線寬度：其中，；取整治線寬度五、 計算各壩頭斷面的設(shè)計水位和整治水位制表如下：19各整治建筑物壩頭設(shè)計水位壩頭編號設(shè)計水位壩頭編號設(shè)計水位129.22 229.12 429.07 各整治建筑物壩頭整治水深壩頭編號設(shè)計水深壩頭編號設(shè)計水深12.82 22.92 42.84 六、 計算挖槽水深取進出口兩個斷面分別計算挖槽水深，取他們的平均值作為挖槽后的水深。，令為相對挖泥深度；為相對挖泥寬度、指挖泥前淺灘斷面在設(shè)計水位條件下的水面寬度、平均水深。、指挖泥后淺灘斷面在整治水位條件下的水面寬度、平均水深。，則公式可簡化為對于斷面，取，說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均

11、流速，容易產(chǎn)生沖刷。此外，為了求出，可根據(jù)公式取極值，故挖槽內(nèi)獲得最大流速的條件為：上式為挖槽最佳的計算式。則有以上兩種情況都求得。即說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均流速，容易產(chǎn)生沖刷對于，取，說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均流速，容易產(chǎn)生沖刷。此外，為了求出，可根據(jù)公式取極值，故挖槽內(nèi)獲得最大流速的條件為：上式為挖槽最佳的計算式。則有以上兩種情況都求得。即說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均流速，容易產(chǎn)生沖刷。對于斷面，取，說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均流速，容易產(chǎn)生沖刷。此外，為了求出，可根據(jù)公式取極值，故挖槽內(nèi)獲得最大流速的條件為：上式為挖槽最佳的計算式。則

12、有以上兩種情況都求得。即說明挖槽內(nèi)的流速將大于挖槽前淺灘上得平均流速，容易產(chǎn)生沖刷七、 計算整治水位時的水流平面圖水流平面圖是由一組分布適當(dāng)?shù)牧骶€和若干與流線正交的計算斷面組成的流網(wǎng)，相鄰流線構(gòu)成流帶，各流帶通過的單元流量相同。各流帶的平均流速可按下式確定：式中：為某流帶的平均流速 、分別為某流帶的寬度與平均水深 為通過某流帶的單元流量其中：q為通過計算斷面的總流量 m為流帶數(shù)對比較順直且過水?dāng)嗝嫜爻套兓淮蟮暮佣?，可采用均勻流公式描述其水流運動，從而得：式中：、分比為所考慮流帶的寬度、平均水深、平均流速、糙率、比降及相應(yīng)的單元流量。由于水流平面圖實際反映的是流量沿河寬的相對分配，所以在計算中

13、，若各流帶的比降及糙率各自相差不大，則可視為常數(shù)，此時，僅需計算及即可。因為在一定條件下與流量成正比，故稱為條件流量。根據(jù)本灘河段順直、流速沿程變化不大的具體情況，水流可視為處于均勻流狀態(tài)。用累積條件流量法將水流劃分為7條流帶，作圖如下：進口條件流量圖格子號數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 起點距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 格子寬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 流帶寬240.147.2827.9523.7238.5620.4127.75流帶深1.411.361.521.711.511.451.571.771.662.012.441.991.872.12424.6878.6456.1057.9277.1138.2458.78調(diào)整后流帶水深1.411.361.521.711.511.451.57調(diào)整后流帶寬度55.4559.3449.4141.0249.8

16、752.5146.711.771.662.012.441.991.872.1298.0898.7199.18100.1699.7398.3798.95流帶面積78.0780.5375.0670.0975.5876.5273.28流帶平均流速1.271.231.321.421.311.291.35啟動流速0.5780.570.580.610.580.580.59中段條件流量圖 出口條件流量圖中段斷面累積條件流量曲線劃分各流帶并進行調(diào)整：格子號數(shù)123456789起點距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格子寬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流帶寬50.0928.5033.8160.6780.41112.2164.36流帶深1.932.102.182.001.791.691.722.993.443.66

18、3.182.652.402.46149.6098.11123.73193.10212.79269.32158.45調(diào)整后流帶水深1.932.102.182.001.791.691.72調(diào)整后流帶寬度59.9351.0646.8254.9467.3772.9370.752.703.163.492.812.302.482.65178.99175.76171.32174.88178.28175.05174.18流帶面積115.55107.20101.96110.05120.79123.33121.48流帶平均流速0.860.930.970.900.820.810.82啟動流速0.610.620.62

19、0.610.600.600.60出口斷面累積條件流量曲線劃分各流帶并進行調(diào)整：格子號數(shù)12345678910起點距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格子寬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流帶寬100.2768.6521.4013.477.7110.5320.85流帶深23.4719.8115.8115.4815.6215.9316.094.143.122.142.072.102.172.21415.62214.4245.8927.8916.2122.8746.06調(diào)整后流帶水深2.351.981.581.551.561.591.61調(diào)整后流帶寬度27.9135.6453.4554.3152.3951.3652.104.143.122.142.0

21、72.102.172.21115.68111.31114.62112.45110.16111.53115.10流帶面積65.5070.5884.4884.0581.8381.7983.83流帶平均流速1.521.411.181.181.211.211.18啟動流速0.630.610.590.590.590.590.59以上繪制了三個斷面的累積條件流量圖，它們分別為進口、中段、出口斷面。由以上計算可以看出，三個斷面的計算流速均大于斷面的啟動流速，所以之前設(shè)計的整治線寬度不足，需要加寬，由試算可以得到，該淺灘的整治線寬度為。八、 設(shè)計水位時挖槽穩(wěn)定性校核：根據(jù)公式，可求得開挖前挖槽范圍內(nèi)平均流速：

22、式中：為施挖前挖槽范圍內(nèi)平均水深施挖后挖槽內(nèi)的平均流速：式中：為平均開挖深度； 為開挖斷面面積令施挖后挖槽范圍內(nèi)平均流速增大倍數(shù)為，則：開挖前挖槽范圍內(nèi)平均流速：斷面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開挖后挖槽中的平均流速：斷面1-175.071.160.051.741.230.422-275.211.160.041.721.230.393-358.590.920.031.541.1

23、80.38上式計算成果表明：挖槽范圍內(nèi)開挖后的流速均大于開挖前的流速，基本滿足穩(wěn)定校核中提出的流速要求。但挖槽中段與出口的流速反比進口段的流速小，尚需采取工程措施增大中段與出口端的流速。九、壩的縱橫斷面的設(shè)計和工程量計算按拋石壩設(shè)計。作出1號丁壩縱橫斷面設(shè)計圖。橫斷面應(yīng)表示出壩的頂寬，上下游邊坡比等?？v斷面應(yīng)表示出壩的縱坡比、壩頭坡比、河底線、壩根與河岸的連接情況、高程尺寸尺以及設(shè)計水位、整治水位的具體數(shù)字等，工程量按規(guī)定表示，且緊貼縱斷面設(shè)計圖的底部用斷面法計算。利用塊石拋筑丁壩，一般平原河流中多用直徑小于的石塊，每塊重量通常小于，以適應(yīng)機械化較低時用人工拋筑，但在流急的山區(qū)河流，有涌潮的河

24、口或受風(fēng)浪作用的海堤工程，石塊應(yīng)大些，如川江上拋筑的塊石有達數(shù)噸重的。拋石丁壩的一些要求如下：1. 材料選用及粒徑確定拋石壩的石質(zhì)，要選未風(fēng)化的不溶與水的巖石，忌用頁巖和疏松的礫巖等。一般多用花崗巖、砂巖、玄武巖和石灰?guī)r。塊石應(yīng)具有合理的級配，壩深不宜采用片狀石，壩體應(yīng)按設(shè)計要求嵌砌牢固。2. 丁壩的斷面尺寸實體丁壩橫斷面多呈梯形。壩頂寬一般采用，川江上寬達左右。施工機具是確定頂寬的重要因素。為使拋石丁壩的壩身穩(wěn)定，總是將上下游面做成一定邊坡，一般上游坡面為，下游坡面為左右。為了防止丁壩全部長度驟然同時過水，而引起河床的急劇變化，應(yīng)將丁壩設(shè)計成斜向河心的縱坡。試驗證明，有縱坡的丁壩較平頂?shù)亩?/p>

25、可以減輕壩根附近的沖刷。縱坡的大小，決定于壩長和與丁壩相接的河岸高度，一般為。為使丁壩在較大范圍的水位下起作用，也可以設(shè)計成兩個以上的縱坡，壩頭部分較緩，壩身中段次之，近岸部分較陡。3. 壩根的保護為了防止中、洪水位時水流沖刷河岸，切斷壩根，要做好壩根與河岸的銜接。在壩根與河岸坡面連接段，根據(jù)岸坡的地形，采取壩頂縱坡，緊靠壩根上下游河岸，各建一定長度的護岸。其長度視土質(zhì)、流速、壩軸線與水流交角而定。4. 壩頭處理壩頭處水流湍急，承受的動水壓力大，并產(chǎn)生繞過壩頭的螺旋流，在壩頭稍下地方形成沖刷坑，必須加固。5. 丁壩壩基處理山區(qū)河流流速較大，丁壩的壩面、壩頭等部位容易產(chǎn)生破壞。因此，在修筑丁壩時，一定要采取可靠的防護措施。山區(qū)河流的河床多為基巖和卵石覆蓋，壩基一般不采取處理。在卵石粒徑較小且松散的地方，可先沿壩軸線平拋一層塊石護底，然后在進行筑壩。6. 丁壩壩面的防護措施山區(qū)河流壩面的破壞一方面是水