[发明专利]一种船舶通过弯曲分汊河道口门区的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种船舶通过弯曲分汊河道口门区的控制方法及系统，涉及弯曲分汊河道建模技术领域，该方法包括：获取多个历史弯曲分汊河道口门区每个分汊的历史水流信息，并生成历史水流信息集合；获取多个历史船舶通过任意所述历史弯曲分汊河道口门区时的历史通过信息和历史船舶信息集合；根据所述虚拟弯曲分汊，建立所述历史船舶信息与所述历史水流信息集合的映射关系，根据所述映射关系，设置弯曲分汊河道通航控制模型；获取待通航船舶的待通航船舶信息和待通航弯曲分汊口门区的待通航水流信息，并根据所述弯曲分汊河道通航控制模型，预测所述待通航船舶在弯曲分汊水流的影响下会通过的所述虚拟弯曲分汊，控制待通航船舶施加相应动力摆脱虚拟弯曲分汊。

技术领域

本发明属于弯曲分汊河道建模技术领域，更具体地，涉及一种船舶通过弯曲分汊河道口门区的控制方法及系统。

背景技术

随着我国综合国力的提升，我国的港口航道的建设已经趋于饱和的状态，但是对于内河航道的建设大多发生在60年代，因此很多内陆的水利枢纽面临重新改造的需求，尤其是在复杂地形上兴建的水利枢纽——弯曲分汊河流。同样，在水利工程中建造的发电建筑物和通航建筑物也在不断增加，而在复杂地形—弯曲分汊河段建立通航建筑物显得尤其重要。弯曲分汊河道的水流条件相对复杂，水流不仅受到弯道的离心力的作用，而且也容易受到河流分汊带来的影响，现有的对弯曲河道的研究和分汊河道的研究已经有很多，但是他们大多是研究的单一弯道或者是单一分汊河段的研究；很少有人研究在弯曲分汊河道情况，对这方面的研究还不够完善，所以对弯曲分汊河段的口门区的通航水流条件进行研究，探索弯曲分汊河道的同行水流特性，以及提出能够改善弯曲分汊河道口门区通航水流条件的有效措施具有很重要的实际意义和工程价值。

弯曲河道的水流主要受到河床的形态变化的影响，例如：地形、岸坡和流量。同时，顺直形的河道又与弯曲分汊河道的水流变化不同，主要的原因就是由于边界条件的不同导致的。在弯道处最容易产生的特殊的水流现象之一就是横向环流，由于水流在竖直方向上存在侧向压力梯度，底部水流向内侧流动，表层水流向外侧流动，靠近河岸处将形成平衡性垂向流速分量。该流速分量在在凹岸方向向下，凸岸方向向上，从而形成对弯道环流。

研究弯曲河段水流的主要方法包括理论分析、物理模型试验和数值模拟计算等。1986年英国的河道防洪设施机构分别针对明渠水流和弯道水流进行了长期的试验研究，得到了大量的试验数据，为弯道水流的进一步研究提供了详细的参考。Kyong等在韩国建筑技术研究所修建了“S”形的弯道模型，通过试验对弯道水流的水力特性进行研究，并对泥沙在连续弯道水流中的掺混作用进行了深入的研究，发现横向掺混和纵向掺混作用与弯道环流的产生、发展和演变有很大的关系。

分流区和汇流区是分汊河段水流运动最显著的特征。分流区的分流点是变化的，一般是高水位下移、低水位上提，类似于弯道顶冲部位的变化，这是由水流动量的大小与河道平面形态共同决定的；自分流点起水流分为左右两支，而流线的弯曲方向往往相反，且表层流线比较顺直，而底层流线由于受到地形的影响往往比较弯曲；分流区的纵比降往往是支汊小于主汊；分流区的断面平均流速逐渐减小，断面上的等速线有两个高速区，靠近主汊的一侧流速最大，靠近支汊的一侧次之。对于汇流区的水位，支汊一侧水位也高于主汊一侧水位，水位沿程降低，主汊一侧比支汊一侧降低的更快一些，因而其纵比降是主汊一侧高于支汊一侧。同时需要注意，由于两岸存在水位差，故汇流区同样存在横降比。汇流区的断面平均流速沿程增大，来自主汊一侧和支汊一侧的垂线平均流速也加大，但是主汊一侧大于支汊一侧。

针对分汊河道的研究也有很多，Taylor通过试验研究了分流比和水深比的关系，Grace等人研究了在不同主汊、支汊宽度比和不同分汊角度的情况下分流比的变化规律，此外还有Law，Ramamurthy等人从能量的角度通过分汊水槽对分流分沙比例进行了定性研究，结合概化模型试验以及理论分析，王伟峰研究了关于弯曲分汊河道内边滩和洲头低滩的演变机理，以及弯曲分汊河道内水流紊动特性。顾莉构建了顺直型分汊河道的物理模型试验系统，对不同汊道宽度比和上游流量对于水流在分汊河道内紊动能分布的影响进行了系统的探究。