申请/专利权人：黄河勘测规划设计研究院有限公司

申请日：2019-04-09

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109829263B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;E02B3/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.06.25#实质审查的生效;2019.05.31#公开

摘要：本发明公开了一种减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，步骤1、在港池防波堤口门处位于进港航道迎浪侧，对进港航道进行局部开挖拓宽槽，拓宽槽的平面形状为平行四边形结构；平行四边形的长边与进港航道轴线之间夹角为拓宽角；平行四边形两条短边的其中一条短边与进港航道迎浪侧的航道边缘相重合；拓宽槽的拓宽距离为平行四边形位于迎浪侧的长边与位于迎浪侧的防波堤堤头的垂直距离；拓宽槽长度等于平行四边形的长边长度；拓宽槽宽度为平行四边形的短边与拓宽角的正弦值的乘积；步骤2、根据测得的进港航道水深、进港航道边坡坡度、入射波高、入射波波峰周期、波浪入射角，确定开挖的拓宽槽各项参数。本发明优点在于具有投资小、效果显著。

主权项：1.一种减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤1、在港池防波堤口门处位于进港航道迎浪侧，对所述进港航道进行局部开挖拓宽槽，所述拓宽槽的平面形状为平行四边形结构；所述平行四边形的长边a或c与进港航道轴线之间的逆时针夹角为拓宽角θ1；平行四边形的两条短边b、b1，其中一条短边b1与进港航道迎浪侧的航道边缘相重合；拓宽槽的拓宽距离d为平行四边形位于迎浪侧的长边c与位于迎浪侧的所述港池防波堤堤头的垂直距离；拓宽槽的长度l1等于平行四边形的长边长度；拓宽槽的宽度B1为平行四边形的短边与所述拓宽角θ1的正弦值的乘积；步骤2、根据测得的进港航道水深h、进港航道边坡坡度γ、入射波波峰周期Tp、波浪入射角θ，确定开挖的拓宽槽各项参数如下： 公式1； 公式2； 公式3； 公式4； 公式5；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择0.98；当26º≤θ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择3.91~4.889；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择1.22~1.95；当26º≤θ≤36º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.98~1.22；当36ºθ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.24~0.73；拓宽槽深度h1=进港航道水深h；拓宽槽边坡坡度γ1=进港航道边坡坡度γ；其中：Δθ是θ与θ1的角度差；g是重力加速度；s是时间单位秒；exp是以自然常数e为底的指数函数；L是有限水深波浪的波长；л是圆周率。

全文数据：减小港内波高的航道局部拓宽设计方法技术领域本发明涉及进港航道设计方法，尤其是涉及减小港内波高的航道局部拓宽设计方法。背景技术航道对波浪的折射作用对港内泊稳条件有着重大影响。近年来，国内外的众多港口工程建设实例中发现，进港航道的建设将会导致港域波高重新分布；从防波堤布置来看，原本掩护条件较好的波向浪在深水航道开挖后港内波高并不能满足泊稳要求，而原本掩护条件相对较差的波向浪的波高却远远小于预期值。当波浪以20°~60°（特别是30°~40°）的角度入射航道时，波能呈临界角汇聚型入射航道，港内波高最大，港内泊稳条件最差。此时，入射波浪对应波向为强浪向，在港口前期平面规划中需要尽量避免常浪向与强浪向重合，即避免常浪向与航道的夹角介于20°~60°之间。但是，在港口航道的平面规划中有时由于原有建筑的干扰、地形的限制和出于其它考虑，使得规划的航道与常浪向的夹角刚好处于20°~60°范围之内，导致港内泊稳条件不能完全得到保证，此时需要采取其他工程措施（如修建水工建筑物）来减小港内的波高以改善泊稳条件，这就需要投入高昂的建设费用，且施工难度极大。发明内容本发明目的在于提供一种减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，以改善港内船舶的泊稳条件。为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：本发明所述减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，包括下述步骤：步骤1、在港池防波堤口门处位于进港航道迎浪侧，对所述进港航道进行局部开挖拓宽槽，所述拓宽槽的平面形状为平行四边形结构；所述平行四边形的长边a或c与进港航道轴线之间的逆时针夹角为拓宽角θ1；平行四边形的两条短边b、b1，其中一条短边b1与进港航道迎浪侧的航道边缘相重合；拓宽槽的拓宽距离d为平行四边形位于迎浪侧的长边c与位于迎浪侧的所述港池防波堤堤头的垂直距离；拓宽槽的长度l1等于平行四边形的长边长度；拓宽槽的宽度B1为平行四边形的短边与所述拓宽角θ1的正弦值的乘积；步骤2、根据测得的进港航道水深h、进港航道边坡坡度γ、入射波高Hm0、入射波波峰周期Tp、波浪入射角θ，确定开挖的拓宽槽各项参数如下：，8s≤Tp≤15s公式1；，Tp≤8s公式2；公式3；公式4；公式5；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择0.98；当26º≤θ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择3.91~4.889；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择1.22~1.95；当26º≤θ≤36º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.98~1.22；当36ºθ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.24~0.73；拓宽槽深度h1=进港航道水深h；拓宽槽边坡坡度γ1=进港航道边坡坡度γ；其中：Δθ是θ与θ1的角度差；g是重力加速度；s是时间单位秒；exp是以自然常数e为底的指数函数；L是有限水深波浪的波长；л是圆周率。本发明优点在于具有投资小、效果显著、施工维护简便、适用范围广的优点，特别适用于具有深水航道、外海常浪向与进港航道夹角介于20o~60o的港域，能够大幅减小港内波高，保障船舶进出、停靠港口的安全，增加码头作业天数。同时，本发明不会对海域环境造成破坏，方便实际工程中的设计运用。附图说明图1是本发明的航道局部拓宽平面示意图；图中，方框内的数值为该区域的高程，单位米。图2是图1的I部放大示意图。图3是本发明的设计流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。如图1-3所示，本发明所述减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，包括下述步骤：步骤1、在港池1的防波堤2口门处位于进港航道3迎浪侧，对进港航道3进行局部开挖拓宽槽4，所述拓宽槽4的平面形状为平行四边形结构。如图2所示，所述平行四边形的长边a或c与进港航道轴线5之间的逆时针夹角为拓宽角θ1；平行四边形的两条短边b、b1，其中一条短边b1与进港航道3迎浪侧的航道边缘相重合；拓宽槽4的拓宽距离d为平行四边形位于迎浪侧的长边c与位于迎浪侧的所述港池防波堤堤头6的垂直距离；拓宽槽4的长度l1等于平行四边形的长边长度；拓宽槽4的宽度B1为平行四边形的短边与所述拓宽角θ1的正弦值的乘积；步骤2、根据测得的进港航道水深h、进港航道边坡坡度γ、入射波高Hm0、入射波波峰周期Tp、波浪入射角θ（即波浪的波向与进港航道轴线5之间的逆时针夹角），确定开挖的拓宽槽4各项参数。现以实际工程为例加以说明：实际工程中，已知波浪入射角θ=36o、进港航道3内水深h=20.87m（水位1.87m，进港航道3的底高程-19m）、进港航道3的边坡坡度γ=1:7，入射波有效波高Hm0=2m，入射波波峰周期Tp=10s。拓宽方案各尺寸参数的确定方法为：1）先依据式（1）计算出Δθ=20.08-20.341+exp36-27.9531.847≈20o，再根据式（3）计算拓宽角度θ1=36-19.8≈16o；2）由式（4）计算出拓宽距离d=60+601+exp36-32.990.079=60m；3）由式（5）计算出有限水深波长L=123m，并确定相对拓宽宽度B1L=0.98，l1L=4.88，最终得出拓宽宽度B1=120.5m，拓宽长度l1=600.2m。4）确定拓宽槽4的深度h1=进港航道水深h=20.87m；拓宽槽4的边坡坡度γ1=进港航道边坡坡度γ=1:7。该开挖方案实施后港内波高较开挖前有较大幅度的减小，波高比值最小为0.4左右，即波高减幅可达60%。本发明设计原理简述如下：当外海来波与航道夹角为20°~60°时，为了减小港内波高，改善港内泊稳条件。本发明提供了一种航道局部拓宽方案及其设计方法，即在防波堤口门附近依托进港航道开挖一个平行四边形深槽。利用平行四边形拓宽槽内与拓宽槽外的水深差，使得外海来波入射到拓宽槽时，开挖的拓宽槽长边和短边对入射波浪产生折射作用，使得港池口门处的波高重新分布，将防波堤口门处的波折射至港外，从而使得进港波高大大减小，改善港内船舶的泊稳条件。简而言之，航道采用平行四边形局部拓宽的实质就是相当于在进港航道旁开挖一辅助短航道，利用短航道的折射和遮蔽作用来减小入港波能。

权利要求：1.一种减小港内波高的航道局部拓宽设计方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤1、在港池防波堤口门处位于进港航道迎浪侧，对所述进港航道进行局部开挖拓宽槽，所述拓宽槽的平面形状为平行四边形结构；所述平行四边形的长边a或c与进港航道轴线之间的逆时针夹角为拓宽角θ1；平行四边形的两条短边b、b1，其中一条短边b1与进港航道迎浪侧的航道边缘相重合；拓宽槽的拓宽距离d为平行四边形位于迎浪侧的长边c与位于迎浪侧的所述港池防波堤堤头的垂直距离；拓宽槽的长度l1等于平行四边形的长边长度；拓宽槽的宽度B1为平行四边形的短边与所述拓宽角θ1的正弦值的乘积；步骤2、根据测得的进港航道水深h、进港航道边坡坡度γ、入射波高Hm0、入射波波峰周期Tp、波浪入射角θ，确定开挖的拓宽槽各项参数如下：，8s≤Tp≤15s公式1；，Tp≤8s公式2；公式3；公式4；公式5；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择0.98；当26º≤θ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽长度l1L选择3.91~4.889；当20º≤θ26º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择1.22~1.95；当26º≤θ≤36º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.98~1.22；当36ºθ≤60º时，拓宽槽的相对拓宽宽度B1L选择0.24~0.73；拓宽槽深度h1=进港航道水深h；拓宽槽边坡坡度γ1=进港航道边坡坡度γ；其中：Δθ是θ与θ1的角度差；g是重力加速度；s是时间单位秒；exp是以自然常数e为底的指数函数；L是有限水深波浪的波长；л是圆周率。

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