武桥水道航道整治工程流场数值模拟试验研究

作     者：岳俊飞 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄立文

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：武桥水道 CARDINAL 数值模拟 流场 

摘      要：武桥水道位于长江中游武汉市主城区,上起汉阳杨泗庙,下至武汉长江大桥,全长5km,为一顺直狭窄水道。其上游为白沙洲水道,下至汉口水道。武桥水道内的洲滩深槽包括白沙洲、潜洲、荒五里边滩、汉阳边滩和武昌深槽等,碍航已久,此区域水流条件复杂,航行条件恶劣,多次发生船舶碰撞等安全事故,也威胁着武汉长江大桥的安全。目前,主要的维护手段是疏浚和改行非通航孔,严重时禁航施工,航道维护极其困难,但尚未对其实施航道整治工程。随着国民经济的快速发展,武桥水道的航道现状已不能适应地方经济的发展需求,也与长江水运黄金水道不相符,与“畅中游矛盾,与长流干线航道整治规划不相适应,因此,迫切需要实施武桥水道航道整治工程。 武桥水道地理位置特殊,周边环境复杂,包括武汉长江大桥、防洪、港口以及其它涉水工程。其中,沿江两岸均由防洪大堤守护,右岸鲇鱼套附近为重点险工段;港口主要有左岸杨泗庙集装箱码头、晴川阁码头以及右岸武昌轮渡等,其它涉水工程主要包括白沙洲水厂取水头、平湖门水厂取水头和武船码头等。武桥水道在航道整治工程前后水域流场发生变化,会影响到进出整治工程水域船舶和过往船舶的安全通航,及周边涉水工程的正常作业,因此,对武桥水道航道整治工程前后的流场进行模拟、分析就很有必要。 本文使用CARDINAL模式,模拟分析了在枯水期、中枯水期和洪水期三种水文条件下,武桥水道航道整治工程前、后水流流场的变化,即工程实施对该水域流场的影响。本文对武桥水道航道整治工程水流流场的数值模拟分为二维数值模拟和三维数值模拟两部分。在二维数值模拟部分中,模拟分析了在三种水文条件下,工程前、工程后和工程下移300m三种情况下的流场状况,设置采样点,分析其流速、流向的变化和流速等值线,并验证了其断面流速分布和断面分流比;而在三维数值模拟中,模拟分析了在三种水文条件下,工程实施后的水流表层和底层的流场状态,并分析了相关采样点的流向、流速变化、垂直分布和流速等值线。 武桥水道航道整治工程流场数值模拟试验研究,分析工程前后主流流场的变化,可以为该水域船舶的安全航行、航路选择提供参考信息;分析工程前后武汉长江大桥水域流场的变化,可以了解该工程对大桥通航环境的影响;分析工程前后缓流区的面积大小,可以了解工程前后该水域的冲淤变化,为航道疏浚提供参考信息;流场数值模拟结果,可以为船舶操纵模拟试验提供精确的流场信息,提高其模拟精度。