基于数字航道的水沙模型在航道维护中应用研究

摘要

数字航道实现了航道图的数字化、标准化，航标等通航设施的信息化、网络化，但在航道演变预测、航道维护辅助决策等方面仍然缺乏深入研究。本文主要从数据资源挖掘与交换，水沙模型构建、航道冲淤预测等方面对基于数字航道的水沙模型在航道维护中的应用进行研究，取得以下研究成果:
　　1、分析了长江数字航道S-57格式电子航道图的理论数据模型、数据结构和封装解析方法，研究了S-57格式电子航道图，CAD航道图的数据提取、坐标转换方法，以及数字高程模型建立和空间数据分析计算的方法，实现了从国际标准S-57格式电子航道图中提取符合二维水沙模型要求的水深数据，解决了数字航道与数学模型的数据交换问题。
　　2、选取长江黑沙洲水道作为实验河段，建立了基于数字航道的二维水沙模型。进口边界条件采用大通站逐日平均来流量过程和逐日平均来沙量过程，对于黑沙洲水道下游高安圩缺少水位边界资料的情况，采用一维非恒定流模型HEC-RAS从芜湖水位推算水面线至高安圩，得到其水位过程。根据河段临时测点的水位、流速、含沙量数据以及数字航道的地形数据对水沙模型进行了验证，模拟结果与实测吻合较好，满足规范要求。
　　3、利用验证通过的二维水沙模型，根据数字航道的实测电子航道图，及时更新二维水沙模型地形数据，输入预测的水文条件，对实验河段冲淤情况展开预测，并将预测结果用于航道预防性维护管理。实现了基于冲淤幅度预测的航道水深测量任务调度、枯水期航道维护疏浚决策，以及航标动态管理。
　　综上，通过挖掘数字航道中的丰富数据资源，建立二维水沙数学模型，可实现辅助决策和预防性维护，提高航道维护质量和效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 课题的提出

1．3 研究现状

1．3．1 水沙模型发展进程

1．3．2 二维水沙模型应用进展

1．3．3 国内外航道维护现状

1．4 主要研究内容和关键技术

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 需解决的关键技术

第二章 数宇航道与二维水沙模型的数据交换方法

2．1 数字航道

2．1．1 数字航道的概念

2．1．2 数字航道的研究内容

2．1．3 数字航道建设的意义

2．1．4 电子航道图

2．2 MIKE21 FM水动力模型简介

2．3 模型控制方程

2．3．1 二维水流基本方程

2．3．2 二维泥沙基本方程

2．3．3 数值计算方法

2．4 数据提取与处理的技术路线

2．5 CAD航道图与电子航道图的数据提取

2．5．1 CAD航道图数据提取

2．5．2 电子航道图的数据提取

2．5．3 数据坐标转换与检验

第三章 二维水沙数学模型的建立及验证

3．1 实验河段概况

3．1．1 地理位置

3．1．2 水文条件

3．1．3 地质地貌

3．1．4 河床演变及通航条件

3．2 模型的建立

3．2．1 模型计算范围及网格划分

3．2．2 模型采用资料

3．2．3 模型主要参数的选择

3．3 模型验证

3．3．1 水位验证

3．3．2 流速验证

3．3．3 流向验证

3．3．4 含沙量验证

3．3．5 地形验证

第四章 二维水沙数学模型在航道维护中的应用

4．1 概述

4．2 水沙数据的选取

4．3 航道冲淤变化的预测

4．4 基于冲淤幅度预测的航道水深测量任务调度

4．5 基于冲淤幅度预测的航道疏浚维护决策

4．6 基于冲淤幅度预测的航标管理

4．6．1 内河航标的布设

4．6．2 优化航标配布

4．6．3 长江电子航道图航标数据的更新

第五章 总结与展望

5．1 研究成果与结论

5．2 研究展望

致谢

参考文献