【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利工程领域，涉及水运交通科技，尤其是内河生态航道尺度设计方法。
技术介绍
1、国内外对生态航道的定义、内涵、设计方法、评价等尚未形成统一架构，诸多研究仍处于起步阶段，但航道建设与生态保护相结合的核心思想基本一致。生态航道是建立在生境需求和航运需求的基础上，将生态的理念贯穿于航道建设全过程，从而形成以“航运通畅、生态友好、资源节约、协调发展”为根本特征的新型航道。
2、内河航道指在内陆水域中用于船舶航行的通道；而生态航道尺度是能同时满足船舶基本通航需求和生态保护要求的航道尺度。由于目前对于生态航道尺度还没有明确的界定，满足生态需求的航道尺度也还没有清晰的设计方法，同时也尚无相关研究成果可供参考。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种内河生态航道尺度设计方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种内河生态航道尺度设计方法，包括以下步骤；
4、s1、根据航道运营要求，确定设计船型和控制船型，计算设计航道尺度，并选取船舶对地航行速度；
5、s2、根据航道所在河流的水流特点，分析计算不同保证率下航道背景流特征；所述航道背景流特征包括航道背景流速及航道背景流向；
6、s3、分析工程所在区域的鱼类、底栖生物、典型水生生物的生态阈值；
7、s4、建立设计船型船舶模型，并组合航道背景流速、船舶对地航行速度，采用计算流体动力学模型开展数值模拟
8、s5、基于步骤s3确定的阈值，分析步骤s4计算的各组次的流速、紊动强度影响范围，取船体外侧航道宽度、深度方向上影响范围的最大值分别作为船舶航行的生态富裕宽度和生态富裕深度；
9、s6、基于步骤s5确定的生态富裕宽度和生态富裕深度计算生态航道宽度和生态航道深度；
10、s7、将生态航道宽度和生态航道深度分别与采用规范推荐公式计算的设计航道宽度、深度对比，综合确定生态航道尺度。
11、优选地，所述船舶航行水域的水动力情况包括水动力流速和水动力紊动强度指标。
12、优选地、在步骤s1中，设计代表船型和控制船型尺度按照《内河通航标准》、《长江干线通航标准》、《运河通航标准》规范确定；船舶对地航行速度根据通航管理的相关要求及船舶航行经验确定；
13、在步骤s2中，收集航道所在河流的不同季节、不同时段的水流流速和流向资料，对拟研究的航道流速分布进行频率分析，计算25%、50%、75%、90%不同保证率下流速，综合确定生态航道尺度设计所采用的航道背景流特征。
14、优选地，在步骤s3中，影响水生生物生长的生态阈值主要包括流速耐受阈值、紊动强度耐受阈值、声波及要素耐受阈值。
15、优选地，在步骤s4中，计算流体动力学模型包括flow-3d、fluent、cfx、star-ccm+、openfoam模型，建立设计船型船舶模型，组合航道背景流速、船舶对地航行速度，采用经率定和验证的计算流体动力学模型软件，开展三维水动力数值模拟。
16、优选地，在步骤s5中，根据步骤s3确定的生态阈值，在步骤s4计算的流速、紊动及要素成果图中分别绘制生态阈值等值线分析生态影响范围，取船体外侧航道宽度、深度方向上影响范围的最大值作为船舶航行的生态富裕宽度和生态富裕深度。
17、优选地，在步骤s6中，所述生态航道宽度计算公式为：
18、be=bfd+bfu+de1+de2+c
19、bfd=bsd+ldsinβ
20、bfu=bsu+lusinβ
21、其中，be为直线段双线生态航道宽度；bfd为下行船舶航迹带宽度；bfu为上行船舶航迹带宽度；de1为下行船舶外舷至航道边线的生态富裕宽度，并根据步骤s5的计算结果确定；de2为上行船舶外舷至航道边线的生态富裕宽度，根据步骤s5的计算结果确定；
22、bsd为下行船舶宽度；ld为下行船舶长度；β为船舶航行漂角，其中，ⅰ级-v级航道可取 3°，v级和ⅶ级航道可取 2°；
23、bsu为上行船舶宽度；lu为上行船舶长度；c为船舶会船时的安全距离，取上下行船舶宽度bsu和bsd的最大值；
24、其中，所述生态航道深度计算公式为：he=t+δhe
25、式中：he为生态航道深度；t为船舶设计吃水或营运吃水；δhe为生态富裕深度，根据步骤s5的计算结果确定，计算时应取下行和上行船舶生态富裕深度的最大值。
26、优选地，在步骤s7中，所述规范推荐的公式主要指《内河通航标准》、《运河通航标准》、《航道工程设计规范》和交通运输部规范中规定的航道尺度计算公式。
27、优选地，在步骤s7中，
28、当生态航道宽度be、生态航道深度he分别小于或等于设计航道宽度水深时，则生态航道尺度取用设计航道尺度；
29、当生态航道尺度大于设计航道尺度但在设计航道尺度的1.5倍以内时，取步骤s6确定的航道尺度为生态航道尺度；
30、当生态航道尺度大于设计航道尺度的1.5倍以上时，可通过调整船舶航速、调整背景流速，重复执行步骤s4-步骤s7，直至求得降低通航效率但满足生态要求的生态航道尺度。
31、由于采用了上述技术方案，本专利技术获得的有益效果包括：
32、本专利技术公开的一种生态航道尺度设计方法概念清晰，具有较强的实用性和可操作性，填补了生态航道尺度设计方法的空白，丰富了生态航道的相关理论与方法。
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1.一种内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，所述船舶航行水域的水动力情况包括水动力流速和水动力紊动强度指标。
3.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S1中，设计代表船型和控制船型尺度按照《内河通航标准》、《长江干线通航标准》、《运河通航标准》规范确定；船舶对地航行速度根据通航管理的相关要求及船舶航行经验确定；
4.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S3中，影响水生生物生长的生态阈值主要包括流速耐受阈值、紊动强度耐受阈值、声波及要素耐受阈值。
5.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S4中，计算流体动力学模型包括Flow-3D、Fluent、CFX、Star-CCM+、Openfoam模型，建立设计船型船舶模型，组合航道背景流速、船舶对地航行速度，采用经率定和验证的计算流体动力学模型软件，开展三维水动力数值模拟。
6.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计
7.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S6中，所述生态航道宽度计算公式为：
8.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S7中，所述规范推荐的公式主要指《内河通航标准》、《运河通航标准》、《航道工程设计规范》和交通运输部规范中规定的航道尺度计算公式。
9.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤S7中,
...【技术特征摘要】
1.一种内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，所述船舶航行水域的水动力情况包括水动力流速和水动力紊动强度指标。
3.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤s1中，设计代表船型和控制船型尺度按照《内河通航标准》、《长江干线通航标准》、《运河通航标准》规范确定；船舶对地航行速度根据通航管理的相关要求及船舶航行经验确定；
4.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤s3中，影响水生生物生长的生态阈值主要包括流速耐受阈值、紊动强度耐受阈值、声波及要素耐受阈值。
5.根据权利要求1所述的内河生态航道尺度设计方法，其特征在于，在步骤s4中，计算流体动力学模型包括flow-3d、fluent、cfx、star-ccm+、openfoam模型，建立设计船...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐元，刘红，侯仲荃，林芬芬，黄东海，
申请(专利权)人：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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