[發明專利]一種船舶通過彎曲分汊河道口門區的控制方法及系統

在審

• 申請號: 202310073394.2
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN116280096A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 李元博;安小剛;康雄才;王俊文;馬興佳
• 申請（專利權）人: 湖南省水運建設投資集團有限公司;交通運輸部水運科學研究所
• 主分類號: B63B79/40
• 分類號: B63B79/40;B63B79/20;B63B79/00;G06F30/28
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發明公開了一種船舶通過彎曲分汊河道口門區的控制方法及系統，涉及彎曲分汊河道建模技術領域，該方法包括：獲取多個歷史彎曲分汊河道口門區每個分汊的歷史水流信息，并生成歷史水流信息集合；獲取多個歷史船舶通過任意所述歷史彎曲分汊河道口門區時的歷史通過信息和歷史船舶信息集合；根據所述虛擬彎曲分汊，建立所述歷史船舶信息與所述歷史水流信息集合的映射關系，根據所述映射關系，設置彎曲分汊河道通航控制模型；獲取待通航船舶的待通航船舶信息和待通航彎曲分汊口門區的待通航水流信息，并根據所述彎曲分汊河道通航控制模型，預測所述待通航船舶在彎曲分汊水流的影響下會通過的所述虛擬彎曲分汊，控制待通航船舶施加相應動力擺脫虛擬彎曲分汊。

技術領域

本發明屬于彎曲分汊河道建模技術領域，更具體地，涉及一種船舶通過彎曲分汊河道口門區的控制方法及系統。

背景技術

隨著我國綜合國力的提升，我國的港口航道的建設已經趨于飽和的狀態，但是對于內河航道的建設大多發生在60年代，因此很多內陸的水利樞紐面臨重新改造的需求，尤其是在復雜地形上興建的水利樞紐——彎曲分汊河流。同樣，在水利工程中建造的發電建筑物和通航建筑物也在不斷增加，而在復雜地形—彎曲分汊河段建立通航建筑物顯得尤其重要。彎曲分汊河道的水流條件相對復雜，水流不僅受到彎道的離心力的作用，而且也容易受到河流分汊帶來的影響，現有的對彎曲河道的研究和分汊河道的研究已經有很多，但是他們大多是研究的單一彎道或者是單一分汊河段的研究；很少有人研究在彎曲分汊河道情況，對這方面的研究還不夠完善，所以對彎曲分汊河段的口門區的通航水流條件進行研究，探索彎曲分汊河道的同行水流特性，以及提出能夠改善彎曲分汊河道口門區通航水流條件的有效措施具有很重要的實際意義和工程價值。

彎曲河道的水流主要受到河床的形態變化的影響，例如：地形、岸坡和流量。同時，順直形的河道又與彎曲分汊河道的水流變化不同，主要的原因就是由于邊界條件的不同導致的。在彎道處最容易產生的特殊的水流現象之一就是橫向環流，由于水流在豎直方向上存在側向壓力梯度，底部水流向內側流動，表層水流向外側流動，靠近河岸處將形成平衡性垂向流速分量。該流速分量在在凹岸方向向下，凸岸方向向上，從而形成對彎道環流。

研究彎曲河段水流的主要方法包括理論分析、物理模型試驗和數值模擬計算等。1986年英國的河道防洪設施機構分別針對明渠水流和彎道水流進行了長期的試驗研究，得到了大量的試驗數據，為彎道水流的進一步研究提供了詳細的參考。Kyong等在韓國建筑技術研究所修建了“S”形的彎道模型，通過試驗對彎道水流的水力特性進行研究，并對泥沙在連續彎道水流中的摻混作用進行了深入的研究，發現橫向摻混和縱向摻混作用與彎道環流的產生、發展和演變有很大的關系。

分流區和匯流區是分汊河段水流運動最顯著的特征。分流區的分流點是變化的，一般是高水位下移、低水位上提，類似于彎道頂沖部位的變化，這是由水流動量的大小與河道平面形態共同決定的；自分流點起水流分為左右兩支，而流線的彎曲方向往往相反，且表層流線比較順直，而底層流線由于受到地形的影響往往比較彎曲；分流區的縱比降往往是支汊小于主汊；分流區的斷面平均流速逐漸減小，斷面上的等速線有兩個高速區，靠近主汊的一側流速最大，靠近支汊的一側次之。對于匯流區的水位，支汊一側水位也高于主汊一側水位，水位沿程降低，主汊一側比支汊一側降低的更快一些，因而其縱比降是主汊一側高于支汊一側。同時需要注意，由于兩岸存在水位差，故匯流區同樣存在橫降比。匯流區的斷面平均流速沿程增大，來自主汊一側和支汊一側的垂線平均流速也加大，但是主汊一側大于支汊一側。

針對分汊河道的研究也有很多，Taylor通過試驗研究了分流比和水深比的關系，Grace等人研究了在不同主汊、支汊寬度比和不同分汊角度的情況下分流比的變化規律，此外還有Law，Ramamurthy等人從能量的角度通過分汊水槽對分流分沙比例進行了定性研究，結合概化模型試驗以及理論分析，王偉峰研究了關于彎曲分汊河道內邊灘和洲頭低灘的演變機理，以及彎曲分汊河道內水流紊動特性。顧莉構建了順直型分汊河道的物理模型試驗系統，對不同汊道寬度比和上游流量對于水流在分汊河道內紊動能分布的影響進行了系統的探究。