澜沧江船舶航行阻力及通航水力指标研究

采用螺旋桨推力与船舶航行阻力相平衡的原则,以兹万科夫水流阻力计算公式为基础,根据澜沧江实船静水航速试验资料,以船舶浸水面积与水流佛劳德数为典型参数,对原兹万科夫公式进行了修正。提出了适合于澜沧江代表船舶的水流阻力计算公式。结合坡降阻力计算,探讨了多种工况下的船舶推力和航行阻力的计算问题,提出了一系列急流滩消滩流速—比降组合。并建立了应用方便、结构简单合理的澜沧江通航水力指标,即船舶能自航上滩的最大流速—比降关系式,为澜沧江航道的规划、设计及整治提供了理论基础。     

山区河流船舶实航线路影响因素分析

在内河船舶标准化和大型化快速发展的背景下,航道设计规范与通航代表船型不相符导致航道等级与航道通航能力不协调,从而引发船舶碰撞、搁浅、触礁等恶性事件发生。通过收集长江上游复杂航道的水文、地形和船舶航行资料,利用二维水流数模型对研究河段水流进行模拟,明确了长江上游复杂通航河段的地形条件、水动力特征、通航现状及碍航机理。根据航道规范和理论计算,对长江上游航道宽度、水深、弯曲半径和流速-比降组合值对应的船舶上滩指标进行计算、分析和评价,得到了研究河段对应的规范设计尺度。     

弯曲航道通航宽度和水流条件确定方法探讨

为消除因地形和水流条件等因素限制了弯曲航道尺度,导致船舶航行不安全的隐患,通过调研,整理分析了全国主要通航河流各等级航道弯曲航道情况,对弯曲航道影响船舶航行的因素进行了总结分析。采用弯曲航道概化模型试验和弯曲航道遥控船模试验,结合已有研究成果和有关标准及规范,研究不同弯曲半径的弯曲段航道宽度,提出了适用于不同航道等级内河弯曲航道通航尺度的确定方法;初步探讨了弯曲航道水流条件,提出了弯曲航道通航水流条件技术要求的确定方法。为内河水运工程建设、航道治理、维护标准的确定提供技术支持和科学依据。     

消滩水力指标的确定方法讨论

消滩水力指标是山区河流航道整治设计中必须首先明确的问题.归纳和评述了现行的5种消滩水力指标确定方法:实船实验法、经验分析法、阻力计算法、能量分析法和船模试验法.指出在目前航道界较常用的一种阻力计算法-兹万科夫法,有着明显优势和在计算中还存在一些有待解决的问题,如驳船船队阻力、倒比降滩段比降阻力计算以及浅水和狭窄水道对船舶阻力的影响等.     

三峡工程导流明渠施工通航船队航行阻力计算分析

本文应用船舶阻力经验公式,对三峡工程明渠施工通航船队,进行了航行阻力计算分析,并建立了水流阻力与航速;水面坡降与相应航速降以及最大允许流速与相匹配的水面坡降等3种关系曲线。通过水力学和船模试验验证,以及对明渠典型航段的航行阻力组成和相应航速降的分析,表明计算成果与试验成果基本一致。证明本文成果可在明渠通航试验方案优化改善通航条件时参考应用,并可推广到其它内河船队的阻力估算和分析。     

乌江水上安全预测预警系统研发及应用

航道渠化工程的建设在提升航道通航等级的同时也给船舶航行带来了安全隐患。针对山区内河航道受上游电站无规律下泄非恒定流和流域暴雨汇流等因素导致的下游航道水位骤涨、流速激增、流态复杂等问题,研发了一套水上安全预测预警系统。基于物联网现场实时数据采集和历史水文资料,研究了航道地形和上下游监测站的水文相关关系,并建立了包含水位、流速、流量的水文数学预测模型,实现了准确、及时、有效的水文监测和预测预警。该系统在乌江涪陵段进行了验证和示范应用,结果表明系统监测数据准确、预测结果精度符合要求,对内河水域特别是山区河流的通航管控、防洪度汛和应急处置具有重要意义。     

多因素耦合的内河限制性航道维护底宽确定方法

航道维护底宽是内河航道养护管理工作的重要指标之一。为探究限制性航道维护底宽的确定方法,基于航海学和可靠性理论,分析计算了满足通航标准、船舶运动特性、航行可靠性的航道底宽,构建了内河限制性航道维护底宽的效益-费用模型。其中效益模型由船舶运输、节能减排、替代公路运输以及防洪等效益构成,费用模型由一次性疏浚及日常维护等费用构成。在此基础上,耦合多因素综合分析计算了京杭运河镇江段的航道维护底宽,结果表明该航段40 m维护底宽较为合理。该限制性航道维护底宽确定方法较好地考虑了内河限制性航道多因素多目标需求,具有较高实用价值。     

斜交桥墩布设防撞装置影响通航研究

随着船舶大型化、航道等级提升以及船撞桥墩事故频发,山区河流通航河段早期建设涉水桥墩存在较多的斜交桥墩,即桥墩与水流方向普遍存在夹角,通过安装防撞装置对该类桥墩进行防护是主要的方式之一。为揭示斜交桥墩布设防撞装置引起阻水特性改变对船舶运动的影响,通过数值分析软件ＦＬＵＥＮＴ建立二维数值分析模型,研究高雷诺数下桥墩设防方式、斜交角、桥墩间距对船舶受力及运动的影响。研究结果表明:斜交角与船舶艏摇力矩成正比;布设防撞装置引起船舶船艏力矩增大,船舶通航所需的安全航行间距增大;设防桥墩与船舶间距在0～18ｍ（1倍装置宽度）范围内对通航有显著影响。本研究成果对于山区河流的安全通航问题具有一定的参考价值。     

一种新型船舶拦截系统在大坝防护中的应用

近年来随着某些内河航道等级的不断提高,通航船舶数量也不断增多,如何降低船舶失控后的撞击风险,保护水上建筑物的安全逐渐成为研究的热点。在分析目前船舶拦载系统发展现状的基础上,介绍了一套全新的"自适应恒阻力船舶拦截系统",它可在大跨度范围内实现对船舶的有效拦截,并能够适应平原河流水位的变化、不影响漂浮物通过。该系统在内河应用尚属首次,可为水上建筑物的大范围防护提供参考。     

电站日调节非恒定流对航道整治效果的影响

我国大部分河流的中上游相继修建了水电枢纽,在恒定流条件下进行的航道整治方案能否适应电站运行后的水流条件变化,这是坝下航道整治必须回答的问题.通过向家坝电站下游近坝段和尚岩滩群航道整治物理模型试验与同比尺船模试验,研究了电站日调节非恒定泄流对坝下航道设计水位、航道流速、消滩与船舶航行情况进行了研究.结果表明:向家坝电站瞬时下泄流量不小于设计最小通航流量,日调节期间坝下各滩险的航道水深满足要求;电站日调节的涨水流速一般稍大于落水期同流量下的流速,并使得航道最大流速稍有增加;电站日调节将引起个别滩段、部分时段的消滩水力指标不能满足要求;电站日调节时船舶上下行的操舵范围与漂角、对岸航速极值范围较恒定流时增大、且涨水期间的操舵范围大于落水期间.