适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法及系统与流程

技术特征：
1.一种适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，包括以下步骤：收集目标河道实测资料，根据所述实测资料分析目标河道的水文断面冲淤变化特点；基于所述目标河道的水文断面冲淤变化特点，拟合出目标河道的水面宽度与流量的函数表达式；根据所述实测资料确定目标河道在设计通航条件下对应的流量，将所述流量代入函数表达式中计算出设计通航条件下对应的期望水面宽度；以所述期望水面宽度为基础，根据所述设计通航条件拟合出设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式，利用所述设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式计算出设计防沙平底船的目标宽度和目标长度。2.根据权利要求1所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，所述收集目标河道实测资料，根据所述实测资料分析目标河道的水文断面冲淤变化特点，包括：收集目标河道代表水文测站历年实测数据以及目标河道水文断面实测地形，所述历年实测数据包括：目标河道的日均流量和日均水面宽度；基于所述历年实测数据，根据目标河道水文断面实测地形计算出目标河道汛期、非汛期、全年的河道河槽冲淤量；根据所述目标河道汛期、非汛期、全年的河道河槽冲淤量分析出目标河道的水文断面冲淤变化特点。3.根据权利要求1所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，所述基于所述目标河道的水文断面冲淤变化特点，拟合出目标河道的水面宽度与流量的函数表达式，包括：根据所述目标河道的水文断面冲淤变化特点确定目标河道水文代表断面；获取目标河道水文代表断面对应的目标河道的水面宽度和流量；整理目标河道实测洪水要素资料，根据所述目标河道实测洪水要素资料和目标河道水文代表断面对应的目标河道的水面宽度和流量拟合出目标河道的水面宽度与流量的函数表达式：其中，b表示为目标河道水文代表断面对应的目标河道的水面宽度，q表示为目标河道水文代表断面对应的目标河道的流量，α1表示为目标河道实测洪水要素资料中的第一待定参数，β1表示为目标河道实测洪水要素资料中的第二待定参数。4.根据权利要求3所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，根据所述实测资料确定目标河道在设计通航条件下对应的流量，将所述流量代入函数表达式中计算出设计通航条件下对应的期望水面宽度，包括：根据所述实测资料中确定目标河道的日均流量；对所述日均流量进行统计分析，根据所述设计通航条件的设计参数计算出目标河道在设计通航条件下对应的流量q
s
；将所述目标河道在设计通航条件下对应的流量q
s
代入到所述流量代入函数表达式中计算出目标河道在设计通航条件下的期望水面宽度b
s
。
5.根据权利要求4所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，所述以所述期望水面宽度为基础，根据所述设计通航条件拟合出设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式，利用所述设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式计算出设计防沙平底船的目标宽度和目标长度，包括：根据如下公式计算出设计防沙平底船的吃水深度：h
c
＝h
s
‑
h1‑
σh2‑
h0其中，h
c
表示为设计防沙平底船的吃水深度，h
s
表示为设计通航条件对应的航道设计水深，h1表示为设计防沙平底船触底安全富裕深度，σ表示为考虑多泥沙河流发生大于预设规模淤积时的调整系数，h2表示为目标河道内的备淤深度，h0表示为设计防沙平底的船航行下沉量；根据设计防沙平底船的吃水深度计算出设计防沙平底船的目标宽度，针对单线航道，根据如下公式计算出设计防沙平底船的目标宽度：其中，b
c1
表示为单线航道下的设计防沙平底船的目标宽度，m
l
表示为目标河道左岸边坡系数，m
r
表示为目标河道右岸边坡系数，γ表示为航迹带宽与设计防沙平底船宽度限值的比值，δ表示为设计防沙平底船至航道边缘的安全距离与防沙平底船航迹带比值，ω表示为预设比例因子，θ表示为设计防沙平底船的航行漂角，sinθ表示为设计防沙平底船的航行漂角的正弦值；根据单线航道下的设计防沙平底船的目标宽度和目标河道在设计通航条件下的期望水面宽度计算出单线航道下的设计防沙平底船的目标长度：其中，l1表示为单线航道下的设计防沙平底船的目标长度，d表示为设计防沙平底船至航道边缘的安全距离，b
s
表示为目标河道在设计通航条件下的期望水面宽度；针对双线航道，根据如下公式计算出设计防沙平底船的目标宽度：其中，b
c2
表示为双线航道下的设计防沙平底船的目标宽度，δ1表示为设计防沙平底船上行至航道边缘处安全距离与设计防沙平底船航迹带宽度比值，δ2表示为设计防沙平底船下行至航道边缘处安全距离与设计防沙平底船航迹带宽度比值，η表示为上、下行防沙平底船会船时的安全距离与设计防沙平底船航迹带比值；根据双线航道下的设计防沙平底船的目标宽度和目标河道在设计通航条件下的期望水面宽度计算出双线航道下的设计防沙平底船的目标长度：
其中，l2表示为双线航道下的设计防沙平底船的目标长度，d1表示为设计防沙平底船上行时至航道边缘处的安全距离，d2表示为设计防沙平底船下行时至航道边缘处的安全距离，c表示为上、下行防沙平底船会船时的安全距离。6.根据权利要求1所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，所述方法还包括：根据设计防沙平底船的目标宽度和目标长度构建模拟船只模型；利用预设场景构建算法构建预设规模泥沙的目标河道场景模型；将所述模拟船只模型合并到目标河道场景模型中进行行进模拟，获取模拟结果；根据所述模拟结果确定模拟船只模型的行进速率与下沉高度；根据所述行进速率与下沉高度结合设计防沙平底船表面部件的屈服强度计算出设计防沙平底船的目标安全系数；将所述目标安全系数与预设安全系数进行比较，当所述目标安全系数大于等于预设安全系数时，确认所述设计防沙平底船的设计指标合格，当所述目标安全系数小于所述预设安全系数时，确认所述设计防沙平底船的设计指标不合格。7.根据权利要求1所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，所述方法还包括：确定目标河道上游最大流量和下游河道最小流量；以所述目标河道上游最大流量和下游河道最小流量为目标，以流量平衡约束为约束条件，构建基于目标河道的多目标流量调度模型；对所述多目标流量调度模型进行求解，获得非劣解集；在所述非劣解集中随机挑选多个目标解，根据所述目标解确定目标河道中的风险因子；获取每个目标解的特征参数，根据每个目标解的特征参数构建每个风险因子的边缘分布；根据每个风险因子的边缘分布以及每个风险因子的属性值构建关于目标河道的综合风险平评估模型；根据所述目标河道的水文断面冲淤变化特点，利用所述目标河道的综合风险平评估模型评估出目标河道的潜在高风险概率；获取所述目标河道的河床地形图，对所述河床地形图进行数据化处理，获得处理数据；获取目标河道的历年洪水资料，根据所述历年洪水资料获得每次洪水侵蚀时的淤泥沉积量和河道水流量；根据所述处理数据和每次洪水侵蚀时的淤泥沉积量和河道水流量绘制目标河道的洪水淤泥沿河道水流量的河床高低变化关系图；计算所述目标河道的洪水淤泥沿河道水流量的河床高低变化关系图中每个分段的平均分值；根据每个分段的平均分值计算目标河道的综合分值，根据所述目标河道的综合分值计
算出目标河道岸坡的稳定性指数；根据目标河道的潜在高风险概率和目标河道岸坡的稳定性指数计算出设计防沙平底船尺寸的修正系数；利用所述修正系数对设计防沙平底船的目标宽度和目标长度进行修正以获得设计防沙平底船的最终尺寸数据。8.根据权利要求6所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，根据所述模拟结果确定模拟船只模型的行进速率与下沉高度，包括：基于所述模拟结果，获取所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的流压力系数和所受到的推压力以及所述目标河道场景模型的横向流速；基于所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的流压力系数和所述目标河道场景模型的横向流速，计算所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的横向流压转船力矩：式中，m为所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的横向流压转船力矩，m的单位为n
·
m，ρ为多泥沙河流的密度，ρ的单位为kg
·
s2/m4，g为重力加速度，g的取值为9.8m/s2，a为所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的流压力系数，v为所述目标河道场景模型的横向流速，v的单位为m/s，l为所述计通航条件中预先规定的垂线间长，l的单位为m，w为所述计通航条件中预先规定的横向间距，w的单位为m，α为所述模拟船只模型的航向与所述目标河道场景模型的流向的夹角，sinα为所述模拟船只模型的航向与所述目标河道场景模型的流向的夹角正弦值，π为圆周率，π的取值为3.14，l为所述模拟船只模型的重心至所述模拟船只模型受到的合力作用点之间的距离，单位m；基于所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中的横向流压转船力矩和所收到的推压力，计算所述模拟船只模型的行进速率：式中，v1为所述模拟船只模型的行进速率，β为所述模拟船只模型的舵角，f为所述模拟船只模型在所述行进模拟过程中所收到的推压力。9.根据权利要求8所述适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法，其特征在于，根据所述模拟结果确定模拟船只模型的行进速率与下沉高度，还包括：基于所述模拟船只模型的行进速率，计算所述模拟船只模型的下沉高度：式中，h
′
为所述模拟船只模型的下沉高度，h
c
为设计防沙平底船的吃水深度，h0为设计防沙平底的船航行下沉量。10.一种适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计系统，其特征在于，该系统包括：分析模块，用于收集目标河道实测资料，根据所述实测资料分析目标河道的水文断面冲淤变化特点；拟合模块，用于基于所述目标河道的水文断面冲淤变化特点，拟合出目标河道的水面
宽度与流量的函数表达式；第一计算模块，用于根据所述实测资料确定目标河道在设计通航条件下对应的流量，将所述流量代入函数表达式中计算出设计通航条件下对应的期望水面宽度；第二计算模块，用于以所述期望水面宽度为基础，根据所述设计通航条件拟合出设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式，利用所述设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式计算出设计防沙平底船的目标宽度和目标长度。

技术总结
本发明公开了一种适用于多泥沙河流的防沙平底船尺寸设计方法及系统，其方法包括：收集目标河道实测资料，根据所述实测资料分析目标河道的水文断面冲淤变化特点，基于所述目标河道的水文断面冲淤变化特点，拟合出目标河道的水面宽度与流量的函数表达式，根据所述实测资料确定目标河道在设计通航条件下对应的流量，将所述流量代入函数表达式中计算出设计通航条件下对应的期望水面宽度，以所述期望水面宽度为基础，根据所述设计通航条件拟合出设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式，利用所述设计防沙平底船的宽度和吃水深度的表达式计算出设计防沙平底船的目标宽度和目标长度。保证了最终设计出的防沙平底船更加实用，避免了成本的浪费。了成本的浪费。了成本的浪费。


技术研发人员：张金良 崔振华 罗秋实 谢亚光 梁艳洁 崔鹏 靖娟 马莅茗 焦营营
受保护的技术使用者：黄河勘测规划设计研究院有限公司
技术研发日：2021.07.16
技术公布日：2021/10/23