一种堤防溃口沉船三参数选择模型的建立方法与流程

本发明涉及河流堤防抢险领域，尤其涉及一种堤防溃口沉船三参数选择模型的建立方法。

背景技术：

1、堤防是沿江河、湖泊及海洋沿岸修建的挡水建筑物，千百年来一直是人类抵御洪水灾害的主要工程手段。由于堤防溃决往往具有突发性、决口位置难以预测，特别是在超标准洪水发生时，堤防溃决引发的洪水往往对社会经济发展和人民生命财产造成巨大危害。堤防溃决后，尽早封堵溃口是减轻溃决洪水损失的必要措施。

2、封堵溃口的实施方案一般可按沉船、截流、堵口、后戗加固、抛土闭气五步实施。沉船操作可以快速减小溃口处的过流量及流速，从而减缓溃口冲刷加深、加宽的速度，沉船又是堵口抢险施工平台、拦石钢管栅的上部支撑体。由于堤防溃决时，河道水动力条件及现场操作极其复杂，为此封堵溃口方案制订过程中，选择适宜的船舶是堵口能否成功的关键。

3、现有技术中用于封堵溃口的沉船一般根据溃口规模，凭借过往经验和现场情况进行选择，需要不断进行调整，这种方式存在封堵效率低，时间长，适应性差的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种堤防溃口沉船三参数选择模型的建立方法，基于建立的溃口规模划分模型，可以针对任意堤防根据溃口水流流速、水头等量化溃口规模，能够解决现有技术封堵效率低、时间长、适应性差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明所设计的一种堤防溃口沉船三参数选择模型的建立方法，包括以下步骤，

3、提出施堵船舶选择原则和驳船三参数选择综合模型；三参数包括驳船长度、驳船吃水深度及驳船锚抓力，驳船长度应大于溃口长度；驳船吃水深度应大于溃口处水深，且大于推船吃水深度；驳船锚抓力应能保证船体能够在复杂水流条件下驶靠堤防溃口处；

4、基于溃口水头和水流流速，建立溃口规模分级模型，如下式；

5、；

6、式（2）中： g(△ h,v t)为溃口规模分级算子，△ h为堤防内外水头差，单位m； v t为堤防溃口横向水流流速，单位m/s；其中ⅰ级对应溃口规模较小、ⅱ级对应溃口规模适中、ⅲ级对应溃口规模较大；

7、基于溃口规模分级，建立驳船长度选择模型；

8、基于溃口规模分级，建立驳船吃水深度选择模型；

9、建立驳船锚抓力选择模型，根据溃口规模分级，确定锚抓力安全系数。

10、作为优选方案，驳船长度选择模型如下式：

11、；

12、式（3）中： b1为驳船长度选择模型， l b为驳船长度，单位m； l j为堤防溃口宽度，单位m； g为溃口规模； f1表示 b1与 l b、 l j、 g的关系；通过上式即可根据溃口状态和规模快速确定驳船长度。

13、进一步地，驳船吃水深度选择模型如下式：

14、；

15、式（4）中： b2表示驳船吃水深度选择模型， hb表示驳船的吃水深度，单位m； h j表示溃口处水流深度，单位m； h1表示推船吃水深度，单位m； h2表示驳船船体高度，单位m； f2表示 b2与 hb、 h j、 h1、 h2、 g的关系。

16、进一步地，驳船锚抓力选择模型如下式：

17、；

18、式（5）中： b3表示驳船锚抓力选择模型， fb表示垂直与堤岸方向上的船锚抓力，单位n； f1表示船队横移惯性力，单位n； f2表示溃口处横流水动力，单位n； f3表示溃口水位跌落形成的水动力，单位n； c表示安全系数； f3表示 b3与 fb、 f1、 f2、 f3、 g的关系。

19、进一步地，船锚抓力 fb可以表示为：

20、；

21、式（6）中： n表示船锚数量， g表示重力加速度，单位为m/s2； m a,i表示锚的质量，单位为kg； l a,i表示锚链的卧底长度，单位为m； w a,i表示单位长度锚链的质量，单位为kg/m； q i表示船锚出锚方向与堤岸的夹角； l a,i表示锚链的出链长度，单位为m； f i表示锚链在船头/尾处与铅锤方向的夹角； h w表示河道平均水深，单位为m。

22、再进一步地，船队横移惯性力 f1、溃口处横流水动力 f2及水位跌落形成的水动力 f3可以通过下式计算：

23、；

24、式（7）中： m d表示驳船的排水重量，单位为kg； a b表示驳船制动时的加速度，单位为m/s2； c w表示水动力系数； r w表示水体密度，单位为kg/m3； l a,w表示驳船水线长度，单位为m； v b表示驳船驶靠溃口的速度，单位为m/s；△ w表示堤防的剖面宽度，单位为m。

25、本发明的有益效果：

26、充分考虑了堤防溃口问题的复杂性和堵口操作的特殊性，提出了船舶选择基本原则和模型方法，明确了堵口驳船地具体要求，为堵口方案制订提供了依据。

27、基于建立的溃口规模划分模型，可以针对任意堤防根据溃口水流流速、水头等量化溃口规模。依据溃口规模，进一步根据建立的驳船长度、驳船吃水深度及驳船锚固力计算模型，结合溃口长度、水流速度、溃口水深等参数，可以快速计算出施堵船舶长度、吃水深度（载重）、船体高度、船锚数量、船锚重量及抛锚位置等参数，实现任意堤防溃口抢险施堵船舶的精准选择。本发明将为短时间堤防快速封堵提供科学依据。因此，本发明的方法具有较好的适用性，适应所有河道堤防堵口沉船选择。