洪剑;江木春
【摘 要】An observation method is put forward for the ship wave in inland waterway,main steps of the method are described,and its applicability and feasibility are proved by engineering examples.%本文提出了内河航道船行波浪观测的一种方法，描述了该方法的主要步骤，用工程实例证实了其适用性和可行性。
【期刊名称】《港工技术》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】3页(P76-78)
【关键词】内河航道;船行波浪;观测方法
【作 者】洪剑;江木春
【作者单位】中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071;中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071
【正文语种】中 文
【中图分类】U661.1
长湖申线浙境段航道宽30.0～100 m，航道水深2.0～6.0 m左右，水深浅，而过往船只在繁忙季节日交通量上万只，现有的岸坡形式，为T型块石砌岸，大部分护岸破坏严重。本航道工程设计要求对船行波浪进行观测，测出船行波的各要素，以便设计人员计算水动力对护岸作用和影响。 1 船行波的特性
船行波即是因船舶航行而激起的波浪，其形成是由船体运动时对水的排挤，产生水质点运动的综合作用，其运动可视为二维简单推进波，由于水深不大，主要是以椭圆余弦波为主。
船行波的运动形态是一个复杂的过程，大体跟水深条件有关，在波长一半以上水深区，波浪运行是按规律的，当波浪到第一次“触底”的时候，这时的水深约为波长的一半，随着水深的减少，波长和波速逐渐减小，波高逐渐增大，到了波浪破碎区外不远处，波浪的波峰尖起，波谷变坦而宽，当深度减少到一定程度或到护岸时，波峰变得过分陡而不稳定，于是出现各种形式的波浪破碎。船行波在运动过程中，受水下地形和护岸的影响而产生折射、反射和绕射以及破碎等作用，对近岸的泥沙运动、淤积和护岸侵蚀变形有重要的作用，长湖申线浙境段航道建设工程，绝大部分护岸破坏，其主要原因是船行波浪对岸的冲刷，因此测量船行波对航道两岸的设计具有重要意义，是设计人员研究和考虑的重要因素。 护岸结构设计需要对内河航道船行波浪进行观测，主要测出船行波的波浪要素是波长、波向、波高、波速、频率和波浪周期，同时要测量形成船行波的行船航速、行船至岸的距离，并记录行船的吨位，测时水流的流速、波峰顶、风速、风向和潮汐等要素值，及其他周围行船和水面杂物情况。
2 船行波测量方法的基本思路
在充分研究船行波的特性及其作用后，为了测得设计所需要的船行波的要素，分析现行的测波方法如浪龙、ADCP等测量方法，均不适合内河浅水船行波测量，需采用非常规的其他的方法完成船行波测量项目。经探讨和研究可采用以简单的数学模型和简易的测量设备完成的一种方法。其方法的基本思路:波高测量可以通过水位观测的方法，测出同一波浪的波峰和波谷通过水尺最高和最低读数值求得即H=H峰-H谷；波周期可以通过测出相邻两波峰（或波谷）通过同一位置的时间T求得；波速测量可以通过测出同一船行波浪通过已知距离的时间就可以计算波速V=S/t；波长根据波速和周期计算λ=v×T；波向测量可以通过测出同一波浪的纵向和横向的波速计算出来，即波向α=αrctan（V横/V纵）。
3 内河航道船行波浪测量方法
内河船行波测量分解如图1。
图1 船行波测量平面示意
图中A、B、C和D为矩型分布的观测桩（附水尺板），其中A、B、D为实际观测点，C为校核点，BC边与岸线平行并位于护岸的坡脚处，且在非波浪破碎区。用秒表测出同一波束船
行波通过AB和AD的时间T AB和T AD时，应同步观测同一波浪的波峰和波谷在同一观测桩（如A点）的水位读数即为H峰和H谷，另外还需同步观测相邻波浪的波峰（或波谷）通过同一观测桩的时间差即为T。
船速和船舶航行时离岸边的距离测量:船速的测量可以用秒表测定船舶航行通过观测桩的距离S AD所需的时间T船，则船速V船=S AD/T船。船舶航行时离岸边的距离，采用GPS定位测量、免棱镜全站仪或经纬仪前方交会定位测量等方法，均可观测到船舶的航行轨迹，通过计算船舶航行轨迹坐标与实测河岸的坐标差求得船舶航行时离岸边的距离。
3.1 船行波的波速和波向测量
由于船行波的波速和波向都是不断变化的，很难直接测得，因此通过观测与河岸垂直的横波分量和与河岸平行的纵波分量来求得，用秒表分别测出同一束船行波通过S AB和S AD的时间T AB和T AD，即可计算出船行波的横波波速V横=S AB/T AB，船行波的纵波波速V纵=S AD/T AD，这就可以计算出观测处的平均波速V=（V2纵＋V2横）1/2，据tanα=V横/V纵，可算出相应的波向角α=arctan（V横/V纵）。注意这里的波速指的这个观测辖区的平均值。波向是指与船行波纵向（AD）的夹角，如果需要坐标角可以根据A、B和D的坐标方位
角计算出来。
3.2 船行波波高测量
船行波波高是通过观测同一束船行波的波峰和波谷经过同一观测桩A（或B）的水位H峰和水位H谷求得的，船行波波高H=H峰-H谷，如图2所示。
图2 船行波波高及周期立面示意
3.3 船行波周期和频率测量
通过观测相邻的船行波的波峰（或波谷）经过同一观测桩A（或B）的时刻T1和T2求得周期T=T2-T1，即可计算船行波的频率f=1/T。船行波波长根据船行波的波周期和波速计算所得，波长L=V×T。
4 内河船行波浪测量的步骤和注意事项
1）船行波观测点的选定。根据测量地形图，选择在水下地形平顺和护岸破坏程度大，行船通畅且便于观测的河段，设计观测桩的位置坐标。注意根据水深情况，考虑观测桩（垂直
水面带刻度的木桩或水尺板）的长度和现场安置观测桩的安全性。
2）安置观测桩。按事先设计（图1）的观测桩坐标，采用RTK或全站仪放样，在河道中设立4个观测桩A、B、C和D。需注意各观测桩均应在波浪非破碎区，设置好后应实测观测桩之间的相对距离S AB、S BC、S AD和S DC，并及时做好记录。
3）选择观测日。选择在无风和无雨天观测。
4）船舶航行时离岸边的距离测量。最简单的方法是用免棱镜全站仪直接测出行船到岸的距离，最好直接测出船的航迹。注意及时做好自动记录。
5）船速测量。可指派一人站在岸上用秒表测定船舶航行一段距离S BC所需的时间T BC，注意与此同时记录行船船速的吨位、载荷和水流等情况，并及时做好记录。
6）船行波波速和波向测量。可指派一人站在岸上用两块秒表分别测出同一波束船行波通过AB和AD的时间T AB和T AD，并及时做好记录。注意采用同一人观测确保两表记录时间同步，两块表记录的对应那一段距离的时间不得混淆。
7）船行波波高测量。可指派一人站在岸上观测同一束船行波的波峰和波谷经过同一观测桩瞬间水位H峰和水位H谷，并及时做好记录。此步应与波速和波向测量同时进行。波高观测需注意力高度集中，准确观测水尺读数。
8）船行波周期测量。可指派一人站在岸上观测同一波浪相邻波峰（或波谷）经过同一观测桩的时间T，并及时做好记录。此步应与波高、波速和波向测量同时进行。
9）内业计算和资料整理。根据外业观测数据，进行分析，如果数据合理再根据设计的内河航道船行波浪测量方法所描述的计算公式得到船行波的各项要素，否则需重新进行观测。
5 工程实例
在长湖申线浙境段建设工程中，该工程全长约77.0 km，项目组按照以上所述的船行波测量方法和操作步骤，使用了秒表、全站仪、水尺板等设备。在湖州船闸上游段和下游段，各选择1个观测点，并选择在无风、无流、无雨，天气良好时进行观测，在每1个观测点分别对不同吨位的船型进行了船行波测量，每种吨位的船舶观测2次。每一次观测过程、观测数据、观测因素按规定的实施步骤控制得到以下数据，见表1。
表1 外业观测数据表测波点 下游 上游观测桩之间距离/m AB 8.08.08.08.08.08.08.0 AD 20.020.020.020.08.08.08.0船舶吨位800500200快艇800500200行船情况到岸边距离/m 30.030.030.030.030.030.030.0经过AD时间/s 9.16.47.15.03.43.53.5波通过已知距离时间/s AB 6.06.66.04.54.34.54.7 AD 10.06.57.35.53.93.73.7波高/m A点0.480.350.240.600.470.300.21 B点0.540.410.320.760.580.360.27波周期/s B点1.81.41.20.91.51.61.9
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议