[发明专利]一种基于最大横流累积频率的航道有效宽度设计方法

说明书

技术领域：

本发明属于港口航道工程技术领域，特别是涉及一种基于最大横流累积频率的航道有效宽度设计方法。

背景技术：

随着我国水运事业的迅速发展，为满足运量快速增长的需求，适应船舶大型化的发展需要，沿海各大港口不断扩大进港航道的规模。在进港航道设计中，需要确定航槽断面设计水深处两底边线之间的宽度，亦称航道有效宽度。虽然世界各国航道有效宽度设计的方法各不相同，但均把航迹带宽度列为航道有效宽度中的重要组成部分。目前确定航迹带宽度的方法有多种，如根据规范公式计算、通过船舶航海模拟器试验等，各有利弊。但无论采取何种方法，均需要提供船舶航行时所受到的横流设计值。由于航道横流设计值选取原则不明确，常选取某一较大横流值作为设计值，对于建设和维护成本影响较大。当航道横流设计值选取过大时，航道有效宽度偏于安全，船舶航行的安全性增加，但航道的建设及维护的成本也将明显提高；当航道横流设计值选取过小时，航道有效宽度偏于不安全，虽然较为经济，但通航的安全性却有所降低。可见，解决航道有效宽度设计中横流设计值的选取问题具有重大的现实意义。

鉴于目前对海港航道有效宽度设计方法的研究尚处于起步阶段，现行的航道有效宽度设计中存在着航道横流设计值选取原则不明确的问题，因此，如何克服现有技术的不足，已成为当今港口航道工程技术领域中亟待解决的重大难题之一。

发明内容：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足而提供一种基于最大横流累积频率的航道有效宽度设计方法，本发明的航道横流设计值选取科学合理，通过建立航道有效宽度累积频率概念，从而满足论证海港航道宽度对不同大小船舶通航安全的需求。

根据本发明提出的一种基于最大横流累积频率的航道有效宽度设计方法，其特征在于包括由如下具体步骤而得到航道有效宽度；其中：

步骤一，求得航道沿程最大横流值的累积频率曲线：以一个涨落潮周期内的航道沿程最大横流值作为随机变量，求得至少一年时间内各个涨落潮周期内的航道最大横流值，并按从大到小的顺序排列，然后计算对应航道横流值的经验累积频率，绘制航道沿程最大横流值的累积频率曲线；其中：

先建立工程区域潮流数学模型，对航道沿程最大横流与涨潮潮差或落潮潮差之间的关系进行验证，若两者具有较好的相关关系，则可以通过涨潮潮差的累积频率曲线推求航道沿程最大横流的累积频率曲线；若两者相关关系较差，则可采用潮流数学模型依次计算全年内各个涨落潮过程中的航道沿程最大横流值，然后求得其累积频率曲线；所述累积频率可由经验累积频率计算公式得到，详见式（1）：

P=mn+1×100%---(1)]]>

式中P代表经验累积频率，n代表样本容量，若选取年限为一年，则取n=706，m代表沿程最大横流由大到小排序的序号；

步骤二，建立并验证潮流数学模型：根据港口位置，建立工程海域二维平面潮流数学模型并采用有限体积法对其求解；对于开边界，由东中国海潮波数学模型提供；对于闭边界，取法向流速为0，利用实测水文资料对模型参数进行率定，验证达到精度要求后进行工程后的潮流数值模拟；所述二维平面潮流数学模型的控制方程分别为式（2）的连续方程、式（3）和式（4）的运动方程：