华咨航评创新弯曲航道通航条件影响评价(通航论证)新路径_基于平安大桥案例

日期: 2019-02-09

    华咨航评为平安大桥提供通航条件影响评价、航道通航数学模型、防洪影响评价技术服务,并积极创新弯曲航道通航条件影响评价(通航论证)新路径,基于平安大桥特殊的桥位案例,华咨航评工程师在平安大桥中创新弯曲航道通航条件影响评价(通航论证)新路径,推进弯曲航道尺度及通航水流条件的研究,为确保通航安全提供技术支撑。据悉,湖南娄底冷水江平安大桥东起资江东畔,沿平安大道往西,跨资江东路、资江和资江西路后,接环线潘禾公路,全长约3.2千米,大桥整体设计将充分结合自然、人文以及区域桥梁现状,在满足交通安全和舒适前提下,体现“一桥一景 ”的城市桥梁设计原则,加快构建冷水江市“一中心、三组团”的城市空间格局。


      华咨航评工程师基于平安大桥通航评估案例主要研究内容:综合考虑弯曲河段地域和平面形态的特点,选取不同等级、有一定代表性的山区弯曲航道、平原弯曲航道和河网地区弯曲航道;收集各类弯曲航道的河床特性、水文、代表船型,通航水流条件,船舶(队)航迹及操纵方法等;分析不同地域以及单一弯曲、弯曲分汊、连续弯曲不同形态弯曲河道的演变规律以及水流特性;并分析弯曲航道对船舶航行的影响因素;在分析不同类型弯曲航道通航水流条件和不同航道等级弯曲航道的弯曲半径和航宽的基础上进行概化模型设计,使模型的弯曲半径、试验流速与天然河流具有相似性;根据实测资料,建立8个不同弯曲半径的概化模型,研究不同流量级下的弯曲航道水流结构和变化特征,以及不同航道等级船舶的通航水流条件; 利用概化弯曲航道上进行遥控船模试验,得出在不同的水流条件下的航迹线,分析不同尺度船舶(队)在弯道上的航行特征,提出了弯曲航道宽度的确定方法。通过华咨通航条件影响评价技术服务团队研究,得出不出通航论证的主要研究成果:弯曲航道水流条件的试验成果:概化模型试验进行了8个不同弯曲半径的弯曲航道水流条件研究。主要研究在不同流量级下的弯曲河段水流结构和特征,以及不同航道等级的船舶通航水流条件。根据概化弯曲航道试验成果,分析得出弯曲航道水流条件,以及对弯曲航道通航水流条件技术指标要求的讨论,从而得出不同弯曲半径的弯曲航道的水流条件指标要求。弯道通航船模试验研究:弯曲航道通航船模试验研究是在弯曲半径为1679m、1000m、909m、600m、545m、374m、340m和280m的八种弯道上、采用1+12×1000t船队、1+6×1000船队、1+3×800t船队、1+2×500船队、1+2×300t船队和140TEU集装箱船六种船型、在四种水流速度、两种车档的工况下进行的。试验结果表明:船舶通过弯曲航道航行时,为了克服弯道水流的影响,在转弯时船舶姿态要产生明显的漂角和附加船宽。并且随弯曲半径减小和航道流速的加大,船舶航线还会产生一定的横漂。船模试验成果还表明:船舶通过弯曲航道航行时,弯道的弯曲半径越小、船队尺度越大、弯曲航道水流越急、船队车档越低,船舶通过弯道时的舵角、漂角和偏航距也就越大,从而导致附加船宽、航迹带宽和航道占宽加大,航行难度也越大。也就是说,弯道曲率半径与船长的比值R/L是弯道通航难度的重要控制条件,在R/L<3时、弯道通航的安全已难以保证。不同尺度船舶(队)弯道航行漂角的分析与计算,华咨通航论证工程师认为,船舶在弯道中航行,漂角是一个变化幅度较大的变量,其大小受多种因素的综合影响,通过船模试验,以及对已有实船观测成果的整理分析,弯道的弯曲半径及船舶(队)尺度即R/L是影响漂角变化的主要因素。华咨航道通航条件影响评价工程师认为,通过系列弯道概化模型试验和遥控自航船模试验的大量数据分析,推算出了漂角θ计算公式:式中: VH为对岸航速; V为对水航速; R为转弯半径; L为船长。由上式计算的漂角值与相应的船模实验值是基本接近的,其误差绝大部分在10%以内,说明该计算方法是可靠的,为弯曲航道通航宽度的研究提供了条件。综合分析弯道水流及船模试验成果,华咨通航评估工程师提出了弯曲航道单向和双向通航宽度的确定方法。即:在有漂角资料的情况下用漂角计算,在没有漂角资料时,可用漂角计算公式或加宽值的方法来计算。

      综上所述,平安大桥航评技术中,华咨航评工程师采用船舶通过弯曲航道时会产生偏离顺直河段正常航迹的附加船宽。目前,国内外对弯曲河段航道宽度的研究还不多。通过多个弯曲航道概化模型和系列化遥控船模试验的大量数据分析研究,给出了实用的弯曲航道通航宽度确定方法的数学表达式,这不仅能全面反映影响通航所需宽度的各种因素,且使用十分方便。通过研究,通航论证中,弯曲航道的水流条件主要决定于上游来水条件、过程和弯道自身河床形态。对弯曲航道通航来说,不同的船舶(队)所需的水流条件是不同的。通过弯道水流及船模试验,分析得出不同弯曲半径的弯曲航道的水流条件指标要求,研究成果为不同等级航道的航道尺度要求及水流条件的确定提供了基础资料和技术支撑,同时,也为《内河通航标准》、《航道整治工程技术规范》的修订提供了科学依据和技术支持。 通航条件影响评价单位华咨航评公司通过弯曲航道概化模型和自航船模试验,在整理大量的试验数据成果上,推算出了漂角θ计算公式,并通过已有实船试验成果的验证,符合良好,可用于今后工程设计和研究中通过计算直接得到弯曲段航道宽度。研究成果将为内河航道建设提供技术支持。本次华咨公司提供的通航条件影响评价、航道数学模型、防洪影响评价技术服务工作,工作质量和效率获得委托单位好评,为积极推动娄底冷水江市“一桥一景 ”的城市桥梁设计原则,加快构建城市“一中心、三组团”的城市空间格局发挥了积极作用。

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