急弯河段通航水流条件与航道宽度关系研究-论文.pdf

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1、第35卷第4期水道港口Vol_35No．42014年8月JournalofWaterwayandHarborAug．2014急弯河段通航水流条件与航道宽度关系研究王常红，何文辉，程小兵，李旺生(1．交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2．中国交通建设股份有限公司，北京100088)摘要：急弯河段水流流态复杂，船舶过弯所需的航道宽度要远大于直线段航道宽度，也大于一般的弯区河段航道宽度。根据汉江下游马口滩急弯河段船模航行试验成果，总结分析了船舶在弯道段航行时占用的航宽与水流的关系，表明船舶以大致相同的航速

2、上、下航行通过弯道时，上行时占用的航宽比下行时要小的多。流速或流向角越大，船舶的航迹带宽度越大，占用的航宽也越大。在此基础上建立了马口滩急弯河段航宽计算公式。关键词：弯道河段；通航水流条件；船模试验；航迹带宽度；附加航宽中图分类号：U641；TV131．6文献标识码：A文章编号：1005—8443(2014)04—0353—05航道条件主要包括航道尺度条件(航道宽度、水深和弯曲半径)和航道水流条件(流速、流向和流态)，对于弯曲航道而言，航道条件对航行安全的影响较大。弯曲航道必须具备一定的宽度和水深条件才能通航n，同时航道的曲率半径也不能太小。

3、对于急弯河段航道而言，由于弯曲半径小，加之弯道水流流速的分布不均以及流向的不断变化，使船舶运动}青况比较复杂，不仅要时刻调整航向顺弯航行，还要绕其本身重心不停转动[3]，船舶的操作难度增加。船舶通过弯曲航道时，弯道的曲率半径越小，水流越急，船舶通过弯道时的舵角、漂角和偏航距就越大，从而导致航迹带宽度和附加航宽加大。并且船舶尺度越大，其航迹带宽度和附加航宽也越大]。为保证船舶安全通过弯道，需要增加航道的宽度。现行《航道整治工程技术规范》b对一般航道直线段的单线和双线通航宽度给出了计算公式，对于弯曲段航道宽度如何确定和计算没有明确规定。直线段的航

4、宽计算公式也只考虑和规定了航迹带宽度、船间距离和船离岸边的距离3个静态计算项，没有考虑由水流等动态因素引起的流致偏航距等内容。《内河通航标准》也没有给出弯曲段航道宽度的具体确定方法，只是指出内河航道弯曲段的宽度应在直线段航道宽度的基础上加宽，其加宽值可通过分析计算或试验研究确定。目前针对高等级航道急弯河段船舶过弯航路及航宽研究方面少见较优的研究成果。本文根据汉江下游马口滩急弯河段试验研究成果，统计分析了马口滩急弯段航宽与水流的关系，探讨了急弯河段航宽计算公式。1典型河段概况图1马口滩河势示意图Fig．1RiverregimesketchofM

5、akoubeach收稿日期：2013—05—21；修回日期：2013—12—31基金项目：交通运输建设科技项目(20113280001520)作者简介：王常红(1982一)，女，山东省人，副研究员，主要从事港口航道工程工作。Biography：WANGChang-hong(1982-)，female，associateprofessor．354水道港口第35卷第4期马口滩段位于汉江下游河段的下段，上起杨池口，下至朱家河，全长10．9km。马口滩河段属于典型的急弯河段(图1)，河宽狭窄。河段两岸均筑有堤防，河床蜿蜒于两堤之间，由于堤防及护岸的约

6、束，主流的平面摆动受到限制，为典型的两堤一江河段。马口弯道在20世纪经历了形成一发展一自然裁弯的发展过程，在遭遇1983年特大洪水(仅次于1964年大水)以后，马口弯道基本结束了自然裁弯的演变阶段，形成一个新的马口弯道。新的马口弯道较老河道航道里程缩短了5．9km，中枯水弯曲半径仅400In，水流条件差。目前受两岸堤坝影响，弯道演变受到限制，曲率半径基本保持不变。马口弯道碍航主要是曲率半径小、船舶交会困难，同时，凹岸深槽的存在或发育与否对弯道段的航宽也有影响。2不同水流条件下的船模试验通过弯曲河段的船舶的航行是处于一种顺水过弯、左右摇晃、首尾

7、难兼顾的局面，顺流船舶航速大、冲程大，停船后减速非常缓慢，控制能力差；逆流船舶航速小，冲程小，停船后降低船舶对岸速度容易，控制能力强。船舶在有流弯曲航道航行，由于流舷角的存在，流速越大，流舷角越大，船舶向低流势(凹岸)一侧漂移速度越快。马口滩弯道属于典型的急弯曲型航道，弯曲角度达140。，碍航问题主要是曲率半径小、船舶交会困难，规划的航道尺度是2．4m~90m~500m(水深×双线航宽x弯曲半径)，但在弯道段船舶安全交会的航宽需要加宽，其具体航宽值需要通过试验确定。试验选择1+4×1000t顶推船队作为代表船型，船队尺度为175．2cm~21

8、．6cm~2om，试验航速为2．5m／s、3．0m／s、3．5m／s和4．0m／s(静水航速)。2．1弯道水流条件与船舶过弯航宽试验～一一一撕一一撕一一耙～一一一一