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内 河 引 航,甘浪雄 主 讲武汉理工大学航运学院,第一章 内河航道,第一节 河流基本知识,河流是指陆地表面上的线性凹地与在其上流动的河水的总称，是在壳构造运动的基础上，水流与河床长期地相互作用下形成的。河不是一种天然水体，它由一定区域内的地面水及地水下所补给，并在重力作用下经常或周期性地沿着由它本身所造成的连续延伸的线性凹地流动着。水利、航运、养殖及人类生存、供水巨大的作用。,一、河流的基本组成,河流最基本的组成可分为两部分 ： 1陆地表面的线性凹地-河谷； 2河谷上流动的河水。 河谷的形成与地质过程、地流的冲淤变化有关。河谷一般由谷底、冲积层、谷坡、阶地、河床、河槽、河漫滩等部分组成。根据其组成特点可分为阶地河谷与无阶地河谷两大类。,1谷底：河谷的最下部分。 2冲积层：淤积在谷底上的泥沙、砾石、卵石、石块等。 3河床：河床的经常或被水流淹没的部分。 4河槽：河床中经常或正被水流淹没的部分。 5河漫滩：冲积极层的一部分，因泥沙等淤积在近岸边而形成，洪水时被淹没，而中枯时则露出水面以上。 6谷坡：河漫滩以上两侧较高的陆地部分。 7阶地：分布在谷坡上，排列较平坦，呈阶梯状的地形。是由河流下蚀和侧蚀作用形成的。 河水是地表水在重力作用下沿河谷流动的水流。正是由于河水的存在使得水上运输才有可能。,二、河流的分类与分段,河流与地壳、气候、土壤、植被、河道演变、人工用水等各种自然地理因素密切相关。每条河流都具有各自的特征。河流，根据地质地貌，水文特征和航行条件可分为山区河流与平原河流两大类。 1、山区河流 山区河流流经地势高峻，地形复杂的山区。沿程多为开阔段与峡谷相间，平面形态极为复杂，两岸与河心常有巨大突出，岸线极不规则，急弯卡口比比皆是。由于山区坡面陡峻，降雨强长较大，汇流时间短，洪水的猛涨猛落是山区河流重要的水文特点。山区河流的水面纵比降一般都比较大。山区河流的流速大。山区河流的流态十分紊乱。山区河流的河床多为原生基岩、乱石或卵石组成，山区河道易于遭受突然而强烈的外界因素影响，而产生河床的显著变形。总的来说山区河流流速大，水位变幅大，流态紊乱，航道尺度水，航行条件较差。,2、平原河流 平原河流流经地热平坦、土质疏松的平原地区。其特点为具有度广的河漫滩，河床多为卵石挟沙、粗沙、中沙、细沙以至粘土。大流与河河床的相互作用下，河流往往在广阔的河漫滩上左右摆动。因而平原河流航道多变，不稳定。 平原河流由于集水面积大，汇流时间长。洪水期一般没有猛涨猛落的现象，持续时间也相对较长，水位变化幅度亦不大。 3、山区河流与平原河流特点比较 平原河流相对于山区河流而言流速水，水位变幅小，水流平顺，流态平缓，航道尺度较大。但航道不稳定，时有浅滩碍航，属宽浅型的河段。总的来说航行条件比山区河流要好。常将河流划分为河源、上游、中游、下游和河口五个段。同一河流，不同的部门从不同的角度出发，有不同的划分结果，但一般来说，都有共同的特点。,1河源：河流的发源地 2上游：地处山区峡谷地带，具有山区河流的基本 特征。 3中游：位于上游和下游之是，一般流经丘陵地区，因而同时具有山区河流与平原河流的某些特征。 4下游：地处平原地区，具有平原河流的基本特征。 5河口段：河流流入海洋、湖泊、水库、沼泽、沙漠或另一河流的出口处。 （ 注：上述河流的分类与分段方法，对于较小的河流不完全适合。）,三、河道特征,河道特征包括河槽的平面形态，河流的断面积和比降等。山区河流，平原河流。河流的断面分为纵断面及横断面。一般纵断面是指导沿河流中线或线的剖面，以横座标为河长，纵座标为高程，即可绘出河流的纵断面图。如图1-1所示。 图11 河流纵断面示意图 河槽中某处垂直于流向的断面称为河流在该处的横断面。它的下界为河底，两侧为河槽斜坡，上界为水面线。横断面也称为过水断面。它是计算流量的重要因素。,第二节 航道尺度和航道等级,凡是能进行水上运输的天然河流称天然河道，它与河运、湖泊、水库等统称内河水道。 水道中具有一定深度、宽度、净空高度和弯曲半径，能供船舶安全航行的水域称之为航道，通常用航标标示。习惯上，将航道中水深大、流速大的水域称为主航道，其它相对主航道而言，能缩短航程、提高航速、减少航行时间（缩短营运周期），从而提高经济效益的汊道或主流两侧的缓流区称为副航道或经济航道。经济航道有三种：缓流航道；短捷航道；经济迂回航道。,一、内河航道尺度,航道尺度是指一定水位下的航道深度、航道宽度、航道曲率半径和通航高度。 航道标准尺度指在全年通航期内，为保证船舶安全通航，根据河流通航条件而确定的通行保证率下，航道中所必须维护的最小航道尺度。故航道标准尺度又称航道保证尺度。,1航道标准深度（h） 航道标准深度是航道在枯水期内所应维护的最小水深，是航道的主要尺度。它的确定一般应从营运经济和航道条件两个方面进行分析论证。航道中应维护的最小水深为： h=T+h 式中：h航道标准深度（m）； T允许通船舶的最大吃水深度（m）； h剩余水深（m）。,设计时，需根据我国各河流实际航行经验，综合考虑下述因素，进行分析确定。 1）船舶航行时，因船体下沉需增加的水深。 在理论上已有不少半经验公式，其中以霍密尔公式较为简便： 式中：Tcp平均吃水增量，即船舶动吃水量（m）； h航道水深（m）； V船舶对水速度（m/s）； T船舶吃水（m）； M与船型（L/b）有关的系数见表1-1。 表11 吃水增量系数m数,2）为保证推进器的安全而需增加的水深。 3）为保证舵效应，以达到操纵灵活安全而应增加 的水深。 4）防止船舶因波浪或其它原因偶然触及河底需 增加的水深。增加的水深用h1表示。 5）顶推船编队后的吃水增值h2。 综上所述，船舶所需剩余水深为： h= TCP+ h1+ h2 当前，长江航道局对长江干线主要航区的航道标准深 度规定为：川江 2.9m中游 2.9m下游 南京以下4.0 m南京以上10.5 m,2航道标准宽度（B） 航道标准宽度是指在设计最低通航水位时具有航道标准水深的航道宽度。也就是整个通航期内航道中应保证的最小宽度。航道标准宽度是制定，必须考虑以下几个方面的因素：船舶（队）的尺度、航（队）型、船性；航道形态、水流流态、气象情况等。 内河航道中，若不考虑风流等外界因素对船舶，只考虑船舶到航道边界的安全距离d，船与船之间的安全距离c，则有：单线航道:B单=Lsin +bcos +2d双线航道:B双=L1sin1+b1cos2+ L2sin2+b2cos2+2d+c 在具体航道中，一般以该航道计划通航的最大船队尺度为计算标准。为更安全取见，取cos=1,一般规定 c=1/2(b+ Lsin); d=1/4(b+ Lsin);则上述航道标准宽度计算公式可改写为：单线航道B单=1.5(b+Lsin)；双线航道B双=3(b+Lsin)。,图1-3 航道标准宽度示意图,3航道最小弯曲半径（R） 航道弯曲半径是指航道弯曲处，其轴线圆半径长度。也叫航道曲率半径或航道曲度半径。为此把保证最长的下行船队能弯曲河段所必须的航道弯曲半径称为航道最小弯曲半径。图1-4 曲度半径 按我国通航标准规定，船舶（队）航行所需要的航道最小弯曲半径，在14级航道为45倍船舶（队）长度；在56级航道为4倍船舶（队）长度，如长江航道局规定川江的航道最小弯曲半径为750m。 实际工作中，常在航行图或航道图上量取航道的曲率半径，现将几何作图法介绍如下：,图1-4 曲度半径,4净空高度（D） 航道整治部门和桥梁工程部门一般把桥梁（电缆）下缘低点到设计最高通航水位面的垂直距离称为净高。常把过河建筑物下缘最低点至当地零水位面的垂直距离称为净空高度（D）。 不同水位期，建筑物下的实际通航高度是不同的。必须使船舶的最高点与过何建筑的最下缘间有一定的安全距离。距离就是剩余高度（D）。铁路桥的桥梁下缘还配有维修滑车，一般高1.5m，净空高度与舰艇（队）高度，吃水及水位等的关系如图1-5所示。 要衡量本船是否能安全通过桥梁或电缆，即看本船的水上高度（船舶的最大高度与吃不的差）是否小于或等于实际通航最大高度，也就是要比较实际剩余高度与规定剩余高度的大小。5净空宽度（E） 净空宽度是指设计最低通航水位时，桥梁或其它跨河建筑物的两墩内缘间的水平最小直线距离，简称净宽。,图1-5,二、内河航道等级,交通部重新制订颁发了全国内河通航标准。这个标准适用于全国通航内河。标准中的有关规定搞要如下： 1属于下列范围的，应近具体条件研究确定：湖泊、水库航道及其水上过河物建筑通航净空尺度；流速3m/s以上，滩多、水势乱的山区河流的船型船队、航道及水上过河建筑物的通航尺度。 2通航海船的内河航道，其受海船控制的那部分尺度，应根据船资料研究确定。国境河流，按我国有关规定和具体条件参照标准执行。 3以拖运木排为主或重要的木排运输航道，如本标准尺度不够时，可按林业部门的标准（或规范）执行。 4标准将通航载重量50吨级至300吨级驳船的航道依次分为七级，见表1-3。每级有几种船队型式，以适应广泛的需要。具体河流的航道等级，应在近、远期规划的基础上通过技术经济论证选定。 5凡不易扩建或改建的永久性工程应按核定的远期航道等级执行。,6一至五级航道分节驳顶推为代表队型；六至七级航道以拖带、机动驳顶拖和分节驳项推为代表队型。表列船型主尺度，在船舶设计建造时允许做少量调整，但所组成的船队须适应标准规定的各项通航尺度。表无吃水是标准装载量时的数值，其最大吃水和最大装量可根据具体航道、水文及运输等条件确定。水文和气象条件、船舶的结构、强度、和抗风浪能力的大小，可将内河航道分为A、B、C三个航区，即J级航段，按滩地流速大小划分为J1、J2、J3三档。J1级航段：航区内滩地流速为5.5m/s以上至6.5m/s的航段J2级航段：航区内滩地流速为4.5m/s以上至5.5m/s的航段J3级航段：航区内滩地流速为3.5m/s以上至4.5m/s的航段 航区等级按A级、B级、C级高低顺序排列，如表1-4所示。不同的J级航段分别从属于所在水域的航区等级。 低等级航区的船舶不得在高等级航区内航行。各级航区的船舶，如不满足急流航段的特殊要求，不得航经该急流航段。,表14 长江干流、珠江、黑龙江、黄河等水系主要通航河流航区等级的划分。 长江干流：宜昌以上为C级航区，其中自宜宾至兰家沱为J3级航段，自铜锣峡至奉节为J2级航段，自奉节至南津关为J1级航段；自宜昌至江阴为B级航区；自江阴至吴淞口，包括横沙岛以内水域，为A级航区。珠江水系：黑龙江水系：黄河水系：,第三节 河流动力学基本原理,河流是水流与河床相互作用的产物。水流作用于河床，使河床发生变化；河床又反过来作用于水流，影响水流的结构。二者构成一个矛盾的统一体，相互依存，相互影响，相互制约，永远处于变化和发展的过程中。,一、泥沙运动的基本形成,河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可分为推移质和悬移质两大类。 1推移质运动 泥沙所采取的运动形成，与其本身粒径的大小、在河床上所处的位置以及水流条件等因素有关。在河流中泥沙一颗一颗地沿河床滚动、滑动或跳跃前进，运动一阵、停止一阵，呈间歇性。运动着的泥沙与静止的泥沙经常彼此交换。前进的速度远较水流速度为小。这一类泥沙叫做推移质，在水流挟运的泥沙中属于比较粗的一部分。当河床上有一定数量的推移质向豢运动的时候，河床表面往往形成起伏的沙波。 这种滑动或滚动着的泥沙，在运动中始终保持与床面接触，所以叫接触质。在床面附近采取跳跃式前进的泥沙，叫跃移质。跃移质是推移质的主要运动形式。,2悬移质运动 在一定水流条件下，泥沙在水中浮游前进，顺水流前进的速度与水流的速度基本上相同。浮游的位置时上时下，较细的泥沙能上升至接近水面；较粗的泥沙有时甚至回到河床上“休息”，与床面泥沙（简称床沙）发生置换现象，这一类泥沙叫做悬移质，在水流所挟运的泥沙中属于比较细的一部分。 在平原冲积型河流中，悬移质占河流输沙的绝大部分； 悬移质可分为床沙质和冲泻质。悬移质中较粗的一部分泥沙以及绝大部分推移质泥沙是直接来自上游及本河段的河床，是从床沙中被水流带起进入运动的泥沙，因此称为床沙质。悬移质中较细的一大分部以及推移质中的极小的部分是床沙中很少或几乎不存在的，它们起源于流域内坡面上的冲蚀，是被水流长途挟带输入到河段，因此称为冲泻质。 在一定的水流与河床组成条件下，水流在单位时间内所能挟带并通过河段下泄的悬移质泥沙的数量叫悬移质输沙率。,3沙波运动 推移质运动达到一定规模的地方，河床表面便形成起伏的沙波。沙波是推移质运动的一种主要形式。如图1-6所示，为一般波波的纵剖面。向上隆起的方叫做波峰，向下凹入的地方叫做波谷；相邻两波谷之间或相邻两波峰之间的距离，叫做波长；波谷至波峰的铅直距离叫做波高hs。 在航行中，经常见到的沙齿、沙嘴、沙角等是沙波运动在河道里的具体表现，对上水船舶的航行安全，有很大的影响。,图1-6 沙波纵剖面图,4河流的工作 河流的工作是通过泥沙运动来体现的，其结果是泥沙冲积物的形成、消亡或河槽的变形。有侵蚀、搬运和深积三个过程。 锓蚀是指水流的冲刷。侵蚀的结果，给河流带来很多泥沙来源，以及溶解在水中的物质。 河流的侵蚀作用是河流发育壮大的主要因素。侵蚀分为两种：一种称深侵蚀，指侵蚀作用朝纵深方向发展，使河流的深度和长度（溯源侵蚀）增加；一种称霸则侵蚀，指侵蚀作用进向两岸，使河床加宽或发生平面变形。 所谓搬运就是指河床水以推移或悬移的形成，把侵蚀下来的泥沙、石块往下游输送。 沉积是指导泥沙在水流挟带过程中，由于流速的减小，使水流挟沙能力降低，泥沙颗粒便由运动状态变为静止状态，深积于河槽中。任何一条何流的流速都是从上游往下游递减，故挟沙能力也是从上游往下游递减。而沉积则从上游往下游递增。 侵蚀、搬运、沉积是河流工作的统一过程。没有侵蚀就没有什么可以搬运，没有搬运就不可能产生沉积。河流的工作是永远朝着一个方向进行的。,二、河道演变基本原理,河道演变是指河道在自然情况下或受人工建筑物干扰时所发生的变化。这种变化是水流和河床相互作用的结果。水流和河床的相互作用是以泥沙运动为钮带的。在一种水流情况下，通过泥沙的冲刷使河床升高或束窄；在另一种水流情况下，通过泥沙的冲刷使河床降低或拓宽。因此河道演变的基本规律是以泥沙运动的基本规律为基础的。 河道演变的具体原因总是归纳为输沙的不平衡。河床的纵向变形是由于纵向输沙不平衡所引起的，河床的横向变形是由于横向输沙不平衡所引起的，河床的局部变开形是由于局部输沙不平衡所引起的。,河床发生淤积时，其淤积极速度将逐渐减小，直至冲刷停止。河床和水流的“自动调整作用”。 一般地说，对于任何一个具体河段，影响河道演变的主要因素通常有如下四项： 河段的来水量及其变化过程； 河段的来沙量、来沙组成及其变化过程； 河段的河谷比降； 河段的河床形态及地质情况。 对于冲积平原河道来说，前两个因素起主导作用；而对于山区河流来说，后两个因素常起主导作用。此外，人为的因素对河道演弯的影响也是很大的。,三、泥沙冲积物,泥沙的运动与流速有密切关系，而在河槽中流速的分布是极不均匀的，加之河槽底部常常起伏不平，使泥沙在河槽中发生冲刷积物。它们对船舶航行有着不同程度的妨碍和影响。介绍几种与船舶航行有关的常见泥沙积物。,1边滩 河槽中与某岸相连的大块带泥沙冲积物称边滩。通常它与凸岸相连接。边滩开始时很小，以后随着泥沙沉只的增加而逐渐变大，在紊流作用下，它的平面特征是斜伸向下游的。与大的边滩相连或河岸相连的小突咀称沙嘴。依附于边滩而伸向下游或对岸的形似锯齿的小沙嘴称沙齿。在两相邻沙齿间，有一深坑，称为沙齿后坑。一般沙齿上方水面平滑，水色较亮，呈淡黄色。沙齿后方水色较暗。上水船经过时，船波在沙齿上就显得特别明显。驾驶员可利用这些特征来辨别沙齿的位置，确定缓流航道的离岸距离。,图1-7 边滩平面图,2冲积堆 在干、支流交汇处，因流速变慢，原来由支流或山溪所挟带出的粗颗粒泥沙，如砾石、沙石甚至块石等，便在河口处沉积下来，形成冲积堆。3沙包 在宽浅散乱和游荡型浅滩河段上，因河面宽阔、水流分散，流速减慢，或因沉航、沉树等偶然因素，常在河床上形成一些碍航的泥沙淤积体，称沙包。这种沙包前坡陡峭，后坡平缓，沙波则相反，前坡平缓，而后坡陡峭。（图1-9）沙包大多数是不稳定的，当它的形成原因消失之后，很快就会被冲刷掉。,图1-9,4江心洲 河槽中四周环水的水上或水下泥沙冲积物称江心洲。水下江心洲一般称潜洲。江心洲的形成原因有：（1）边滩尾部被水流冲刷而脱离边兴。这种江心洲是不稳定的。（2）两条河流汇流后，水流的流速和挟沙能力降低，引起泥沙 沉积，形成江心洲。（3）河槽平面形状发生急变，使水流情况也随之改变，如在河槽束窄处的上方有壅水，泥沙因之沉积，这种江心洲是十分稳定的。（4）河道裁弯取直。 江心洲与边滩一样，随着时间的推移而变化。在比较稳定的江心洲上，常会长满植物，江心洲也会逐渐向下游移动或在一定条件下与河岸连接起来，大的江心洲也可能被某一次洪水分割成几个小的江心洲。 植物对江心洲的增长和稳定有巨大的影响，植物越茂盛，江心洲增长越快，它抵抗冲刷的能力也越大。,第四节 弯曲河段,一、弯曲河段的组成,弯曲河段是由正反相间的曲率达到一定程度的弯道和介于其间的长短不等的过渡段连接而成的，河段具有一定曲率的部分称为弯曲道段，连接上下两弯曲道段的直线部分称为过渡段。弯道中心线的半径称为半径（R）。弯道段自进口至出口所包含的中心角称为弯道中心角（ ）。上下两过渡段中点沿弯道中心线的长度与两点之间直线长度比值称为弯曲系数，通常所指的弯曲河段，其弯曲系数大于1.5。弯道水深较大的一岸称为凹岸，对岸水深较浅的一岸称为凸岸.,1弯道环流 弯道环流，是由于弯疲乏水流受重力与离心的作用，而形成 一种表层水流流向凹岸，底层水流流向凸岸的封闭水流。这种封闭水流与纵向水流结合在一起，便形成一种旋转前行的螺旋流。这个螺旋流在横面内的投影，即为弯道环流。 2弯道水流动力轴线 在天然河道内，一般在弯道进口段或者在弯道上游的过渡面，主流常偏靠凸岸。进入弯道以后，主流即逐渐向凹岸转移，至弯顶稍上部位，主流才偏靠凹岸。主流逼近凹岸的位置叫做“顶冲点”，自“顶冲点”向下相当长的距离内，主流贴近凹岸，如图1-11所示。 在弯道段，水面纵比降有以下特点：弯道上段，其水面纵比降凸岸常大于凹岸，弯道下段情况相反。,二、弯曲河段的水流泥沙特征,1凹岸崩退和凸岸淤长 弯曲河段的河道演变最本质的问题则是在环流作用下所引起的横向输沙不平衡。流向凹岸以的挟沙较少的表层水流，到达凹岸并折向河底的过程，将从凹岸的挟沙较多的底层水流，在流向凸岸并转向水面的过程中，将在靠近凸岸处逐渐释放多余的泥沙。当水流在向下和向上运动时，泥沙的重力作用将使水流对泥沙的这种攫取和释放作用加强。这种运动过程的结果，必然导致凹岸崩退和凸岸淤长。 2弯道的发展及消亡 河环的起点和终点相距很近，称为狭颈，狭颈两端水位高差较大，一遇漫坪不流，就可能冲开并发展成新河。这就是自然裁弯。 裁弯之后，新河由于比降大，流速大，水流挟沙力也大，受到强烈的冲刷，断面迅速展宽加深。老河则与比此相反，由于比降小、流速小、水流挟沙力也小，加之流入的水又往往是底层较浑的水，因此形成强烈的淤积，断面迅速减小。,三、弯曲河段的演变规律,从上述演变过程可以看出，弯曲河段是经常处于运动和发展状态中的。撇弯和切滩是河弯发展消亡的另一种形式。当凹岸土质很不均匀，河弯发展受到限制，形成曲率较大的锐弯时，往往在凹岸出削。另一种情况，随着凹岸迅速崩退，凸岸边滩延伸较宽，如果刚好遇上连续数年的小水车，凹岸崩退较远，而形成的广阔而平坦的凸岸边滩却来不及相应上升，一旦较大洪水来临，在锐弯低滩条件下，主流容易切滩取直，并在凹岸发生撇弯。河道通过撇弯和切滩使主流取直，也能使河槽缩短，河道曲率减小。 3河弯的纵向变形 一般弯曲河侧面的纵向变形，主要表现在凹岸深槽和过渡浅难在年内发生相互交替的冲淤变化。枯水期过渡段浅滩冲刷，凹岸深槽淤积。洪水期则比此相反。产生这一现象主要与年内纵向水流的沿程变化所造成的水流挟沙力的沿程变化有关。,一、浅滩河段的组成 在冲积平原河道上，由于挟沙水流与可动性河床的相互作用，造成泥沙堆积，形成各种形式的泥沙淤积体，如边滩、江心洲、沙埂等，形成了浅滩。沙埂是联结边滩与边滩，边滩与江心洲而隔断上下深槽的泥沙冲积物，其水深往往不足航行要求，称之为浅滩。 浅河段滩一般由上边滩、上深槽、沙埂、下边滩、下深槽等五个基本部分组成。位于浅滩上游一岸的边滩，其尾部向沙埂向沙埂延伸的部分称之为上沙嘴。位于浅滩下游一岸的边滩称为下边滩，其首部向沙埂延伸的部分称为下沙嘴。与边滩相对而水深较大的部分称为深槽，位于浅滩下游的深槽称为上深槽，位于浅滩下游的深槽称为下深槽。上深槽下部的尖端部分称为尖潭，下深槽上部的尖端部分称为倒套，又称沱口。 称沙脊线。迎流坡或前坡。背流坡或后坡。,第五节 浅滩河段,二、浅滩演变的基本规律 1影响浅滩演变的主要因素 影响浅滩演变的主要因素可概括为来水来沙条件和河床边界条件两个方面，它们结合在一起，既决定进入浅滩的水量，也决定浅滩水流的输沙能力，从而决定浅滩的演变过程一般来水最小，来沙量大，则浅滩淤积较多；反之，则较少。沙峰出现在洪峰之后，则浅滩淤积多，反之，则较少。 河床边界条件包浅滩河段的河床形态及其组成，直接决定浅滩河段的水流结构及输沙能力。如边滩在枯水期对水流的约束作用会影响浅滩的冲淤变化，当边滩完整高大，水流归槽早、流路集中，则浅滩脊的冲刷就小，水深也小。上下游河道演变，对浅滩演变也有影响。 2浅滩演变的基本规律 冲积平原河道上的浅滩普遍存在两个特点。一是约对的活动性，另一个是相对的稳定性。所谓绝活动性是指浅滩无时无刻不处于活动状态之中，这是由冲积河道的床床特点所决定的。 浅滩是具有绝对活动性的同时，又存在相对稳定性。在具有形成浅滩条件的河段中，浅滩是必然存在的，这就是浅滩的相对稳定性。相对稳定性，主要决定于浅滩河段的河床形态，如果河床形态没有发生根本性变化，浅滩是不会自行消失的。在天然河道上，来水来沙条件具有年内周期性变化及多年周期性变化。浅滩的演变亦相应地具有年内周期性变化及多年周期性变化的规律。,浅滩的年周期性变化，是指在一个水文年内，浅滩随来水量、来沙量的大小及其过程而产生的变化。这种变化主要体现在浅滩河床高程和鞍凹平面位置上。在一个水文年内，浅滩河床高程的变化，具有一定的规律性。在冲积平原河道上的大多数浅滩，一般都是洪水涨水期淤积，退水期冲刷，而深槽则相反。其年内冲淤变化过程，可概括成四个阶段：洪水初涨期及退水初期属冲淤变化交替阶段；高水期属明显淤积阶段；汛后中水期及枯水期属明显冲刷阶段；枯水未期属基本稳定阶段。但有少数浅滩因特殊的局部条件，其冲淤规律与此相反。 浅滩鞍凹平面位置的年内周期性变化，主要决定于浅滩河段水流动力轴线的变化，也就是决定于水流动力轴线通过浅滩脊的方向和位置。影响浅滩水流动力轴线变化的因素有：水流动力因素的变化；河床形态特征；边滩、江心洲的冲淤和运动；以及沿岸突出的粘土咀、石矶、护岸矶头等的挑流作用。 浅滩的多年变化，主要与特大洪水的出现有关。 有些浅滩定期下移。下移速度与流量、比降、土壤的坚硬程度有关。逐年下移的浅滩，当下移到一定位置时，由于远离浅滩初始的产生条件，会出现突然上提的现象，即浅滩的各个组成部分被水流冲毁，河床处于剧烈的淤变化状态之中，常出现不稳定的沙包，严重碍航。,三、浅滩的类型 按浅滩所在位置的不同，可将浅滩分为下列六种类型：即弯道过渡段的浅滩，河槽放宽段的浅滩，河槽束窄处上游的浅滩，分汊河段的浅滩，分流河段的浅滩，支流汇入河段的浅滩。 从船舶驾驶的角度出发，根据浅滩的平面形态特征和航行条件，可将浅滩分为四种类型。,1正常浅滩 正常浅滩的主要特点是：边滩和深槽相互对应分布，上、下深槽相互对峙而不交错，两岸边滩较高；浅滩上水流的动力轴线与鞍槽基本一致，流路集中，水流平顺，鞍槽明显，顺直且深，冲淤变化不大。这类浅滩一般对航行防碍较小。,图1-16 正常浅滩,2交错浅滩 交错浅滩的主要特点是：上、下深槽相互交错，下深槽首部形成窄而深的倒套，横秘漫滩水流比较强烈，浅滩脊宽而浅，鞍槽则横而窄，或无明显的鞍槽，浅滩冲淤变化较大，航道极不稳定，航行条件不良。 这类浅滩形态基本有两咱：一种是沙埂较宽，缺口较多，其水流动力轴线的摆移一般是随着上边滩的成长、壮大、下移、消失而逐步下移和大幅度上提。另一种是沙埂窄长并与河岸基本平行，往往无明显的鞍槽，其水流动力轴线摆动一般是随上游河岸崩坍变形和上、下边滩的成长或消失而左右摆移，如图1-17所示。 交错浅滩的横向漫水流如图1-18所示，这种水流是由于倒套的存在而形成的。交错浅滩由于具有强烈的横流，故给航行带来严重的困难。,图1-17 交错浅滩,3复式浅滩 复式浅滩是由两个或两个以上相距较近的浅滩所组成的浅滩群，其主要特点是：两岸的边滩和深槽相互交替分布，边滩与边滩之间形成浅滩，上、下浅滩之间有共同的边滩和深槽，上浅滩的下边滩和下深槽就是下浅滩的上边滩和上深槽；两岸边滩高程较底且不大明显，中间深槽容量较小；浅滩冲淤变化大，航道弯曲、狭窄、不稳定，严重碍航。如图1-19所示。 浅滩多出现于比较工的顺直河段或两反向弯道之是的长直过渡段。这类浅滩群的单个浅滩，可能是正常浅滩，也可能是交错浅滩。 这类浅滩的水流特点和碍航情况，取决于是正常浅滩还是交错浅滩。 4散乱浅滩 散乱浅滩的主要特点是：在整个河段上，极不规则地散布着各种不同形式的大小的江心洲和潜州，没有明显的边滩、沙脊和鞍槽；水流分散，流路曲析，航道弯曲且极不稳定，水深很小，严重碍航。如图1-20所示。 散乱浅滩多出现于河槽放宽段或周期性壅水区的河段。,图1-20 散乱浅滩,第二章 河流水文要素,在航海中，航行条件的好坏除以航道尺度来反映外，水文要素也是表征航行条件的主要因素。河流水文要素包括比降、流速、流向、流量、流态、水位和潮汐等。它们在某个时刻的综合反映，表征着河流的水流情况及其对船舶航行的影响。,第一节 比降和流速,一、比降 河流水面比降，分为纵比降和横比降，一般用千分比（）表示。1纵比降图 河流中某河段两端的水面高程差（H）叫水面落差。河源和河口两处之间的水面高程差，叫水面总落差。水面落差与河长之比叫水面纵比降J。当河段纵断面上的水面线近于直线时，如图2-1，可降可按下式计算。 式中：J河段水面纵比降； H1、H0河段上、下游两端水面高（m）； L河段的长度（m）。,图2-2 水面呈折线时的纵比降图,当河段纵断面上水面线呈折线或曲线时，可先分成若干段，如图2-2所示，再按下式计算比降：,在山区河流，由于床面坡度大，其水面纵比降也较大；而平源河流由于床面平缓，坡度小，则水面纵比降亦相对较小，这是一般规律。此外，还有其它因素也能引起纵比降的变化。（1）水位的影响。（2）河槽断面的影响。（3）干支流汇合的影响。（4）潮汐的影响。（5）风的影响。,图2-1 水面近于直线时的纵比降图,2横比降 河流中横断面两端点的水面高差h与相应河流B之比称为机警比降i，可用下式表示：,横比降的形成，主要是因为地转偏向力，惯性离心力（特别在急弯处），水位急涨急落等作用。当风与流向成一定交角时，也会产生横比降，其影响程度视交角及风力大小而定。 在顺直河段上，重要G等于G=mg。不计算其它因素的影响，横断面的水面表面处于水平状态ab。,图2-3 横比降的形成,在弯曲的河道上，作用于水质点的力除重力外，还有惯性离心力f，可用下式表达：,r 为f和G的合力。在离心力的作用下，部分水质点凹岸推移，由此产生横比降，水面成cd位置，与合力r方面垂直。横比降的大小可以由下式求得：,根据三角形相似原理，可以得到I的另一个表达式：,由上述两式可得凹岸水位的提高量为：,与河流的地理位置走向无关，北半球的河流的水面横比降由右岸指向左岸。南半球则相反。,二、流速 水流质点在单位时间内流经的距离称为流速，一般以米/秒为单位。平时所称的流速，实际上是某段时间内的平均流速。流速的大小与河流的纵比降、河床的粗糙度、水力半径、风向、风速、冰情及河流的水深等有密切的关系。流速可用谢才公式表示：,式中：C谢才系数； R水力半径（m），R= /x其中为过水断 面面积（m2），X为湿周（m）； J水面纵比降。,一般情况下，河宽远大于水深。在宽浅型河道，湿周可用平均河宽B来代替（X）则R近似等于平均水深h。 谢才系数是一个具有量纲的系数，它反映了河床避面粗糙度对水流的影响，可用满宁公式计算： 式中：n为糙率或粗糙系数，可由实测和查表来确定。1流带的平面分布（如图2-4）（1）在河底两岸附近，流速最小。（2）水面流速从两岸最小处向最大水深处增大。（3）陡岸边流速大，坦岸边流速小。2流速的垂直分布 流速在垂直方向上的分布，经实际观测，发现最大第大垂线流速在水面下约1/3倍水深处，最小流速则在河底如图2-5所示。,图2-5 流速垂直分布,3水流动力轴线,图2-6 水流动力轴线,3水流动力轴线河流中各过水断面上最大流速点的连线，称水流动力轴线。由于河床形态、河底地形的不同，使各过水断面的最大流速点与河岸及水面之间的相对距离也不一样，所以水流动力轴线无论在平面上或沿垂线方向都弯曲的，在河槽内的位置沿程变化，时而靠近边岸，时而靠近彼岸，时而潜入水下，时而升到水面。如图2-6所示。,三、流向 河槽中的水流方向是随河槽的平面形状、河底地形及水位的不同而发生变化的，它直接影响船舶安全。观测流向是驾引人员不可缺少的知识。介绍几种目测流向的方法： 1根据漂浮物运动的方向，判定该处的表层方向。 2根据水流流过浮标的水迹线方向，判明该处的表层流向。 3根据抛单锚船舶的首尾方向来判定流向。 4根据河岸外形判断：顺直河段，流向基本与岸线平行；弯曲河段，水流方向是从凸岸流向凹岸。 5根据河岸水生植物被水流冲击的方向来判定流向。,四、流量 1流量及其计算 流量是单位时间内流过河流某一过水断面的水量。通常以m3/s为单位，简称秒立方。流量，可用下公式表示： 式中：Q流量（m3/s）； 过水断面面积（m2）； V某断面的平均流速（m/s）； B平均河宽（m）； H平均水深（m）。 河流中流量的大小，往往决定着水位的高低，也决定着航道水深的大小，所以它是影响航道尺度很重要的一个因素。 2流量与水位的关系 河流水位的变化主要是由于流量的增减。流量是本质，水位是流量变化的反映，在同一断面上同一时刻通过的流量愈大，则水位愈高；反之愈低。,一、水位与水深 河流中某处水面至准面的垂直距离称水位。测量任何高度，都要一定的零点作为起算的标准。水位是以基准面为零值。高于基准面者为正（+）值；低于基准面者为负（）值。 水位基准面亦称水位零点。在基本零点与当地零点之分。图2-7 基本零点与当地零点示意图图2-8 水位与水深的关系 基本零点又称绝对基准面。它是以某一河口附近海域的某一较低的海平面作为零点。我国习惯上常用的吴淞零点、珠江零点、大沽零点、废黄河零点等。当需要了解全流域全河段各测站的水位高度，并比较分析它们时，才使用这个基准面。如图2-7。基本零点与各个当地零点有个差数，即为各当地零点的高程。,第二节 水文,我国自1957年起，全国已统一采用“黄海平均海平面”作为陆地标高的起算面。航行图中的“高程”都是指在“黄海平均每平面”以上的高度，变称“黄海高程”。所以，这个基准面就是起算全国“高程“的基本零点。 当地零点又称测站零点或各港零点。各地水位及航行图上所注的水深均由该基准面起算。就象测量水位一样，水深也必须以某一基准面为标准起算。自基准面至河底的深度，称为图示水深或图注水深；它以基准面为零值；凡在基准面以上的取负值，一般称干出高度；在基准面以下的取正值称深度。水位和图示水深，即可求出实际水深，如图2-8所示。其关系式是：,图2-7 基本零点与当地零点示意图,图2-8 水位与水深的关系,当时当地实际水深=当时当地水位数+图示水深 当某些河流的水位（或潮高）基准面与深度基准面不一致香，其实际水深就不等于图注水深加当时当地水位或潮高，而应再加一个改正数。 从当地零点起算的水位叫当地水位；从基本零点起算的水位叫绝对水位。从图2-7可知： 当地水位+高程差=绝对水位 尽管国家规定基本零点应采用的黄海零点，但由于种种原因，我国各大河流所采用的基本零点，不尽相同。长江口的吴淞零点；黄河则以大沽零点为主。长江干线各主要水位站零点高程见表2-1。 航行水尺零点是以当地多年平均最枯枯水面作为零点起算的。长江上游（川江）重庆宜昌即采用此基准面。 航行基准面是以当地历年来大略最枯枯水面作为零点起算的。长江中下游宜昌江阴即采用此基准面。 理论深度基准面是以理论上潮汐可能达到的最低低潮面作为零点起算的。长江下游江阴吴淞口因受潮汐的影响较大，所以采用此基准面。,在某一河段的航行图或航道图上所表示的图示水深，以及沉船、礁石等障碍物的深（高）度，都是以该河段所采用的当地零点，作为起算点的，低者为正值，高者为负值。图示水深加上当时水痊（潮高）即为当时实际水深（河底无变化时）。必须注意：一是河槽特别是泥沙质的河槽，是经常处于变化状态的。二是当有些障碍物在河槽中残存时间过久时，其上往往淤有厚厚的一层泥沙，从面改变了原有的高度。应加大安全系数。 每条较长的河流，从上游至下游各地高程差异很大，常分尤其中干管辖段，每段用珍上水位表示，这样就能较为正确地反映各段的实际水面位置和推算各段航道内的实际水深，这上水位就叫做该段的关系水位，如长江就是这样划分水位管辖的。 以长江而言，实际水深的计算有两种类型，一是川江的，另一种是中下游的。川江采用数量众多的（即设密度较大）水尺来标示，才能正确地反映出川江江各地的水位情况。长江中、下游则不同，全段只设水位站，而不设航行水尺。提高精度，各船换算实际水深时应采用插入法。现就用插入法求某地实际水深举例如下：,如某地图示水深为求某月某日实际水深。推算前，先应查出某地的上下港埠当一水位。水位为8.99m，黄石水位为8.78m。汉口至黄石间距133km。某地至黄石间距为，某地至汉口间距为98km。汉口至黄石水位落差为0.21m。 某地与汉口水位差为： 用上港埠汉口求某地实际水深：8.990.15+3.3=12.24m 用下港埠黄石求某地实际水深：8.78+0.06+3.4=12.24m,二、水位期的划分 由于水位受季节、流量大小变化的影 响，使水位在一个水文年内呈现有规律的周期性变化，从而引起航行条件的改变，故航道部门及有单位将一年中的水位变化过程划分为若干带有肛表性的水位期如图2-9所示。 1低水位：为多年最低水位的平均值，又称枯水位。 2高水位：为多年最高水位的平均值，又称为洪水位。 3中水位：为多年一切水位的平均值。 4最高水位：为多年观测中所得的实际最高水位。 5最低水位：为多年观测中所得的实际最低水位。 按月分划分，一般12月至来年3月为枯水期，其中以12月水位最枯；46月和1011月为中水期；69水为洪水期，其中高洪水期多出现在8月份。,三、影响水位变化的因素 除了河水被子给情况的变化是水位变化的主要因素外，下列因素也能引起水位的变化。 1风的影响： 2潮汐的影响： 3冰的影响： 4河槽的宽窄： 5支流水位变化的影响：,图2-9 典型水位名称,水流运动的形态称为流态。从宏观角度来看，有两种流态。其一是主流，它是河水沿河槽总方向上的流动，是在重力作用下产生的。其二是副流，它是河水内部产生的一种大规模的水流旋转运动，它可能是因重力作用而产生的，也可能是受水位内力或外力作用力面产生。从微观角度来看，河槽中的水流有两种形式的运动状态，即层流和紊流。层流中水体平行前进，互不干扰，水质点的速度和方向一定。高速运动的水流为紊流。紊流状态中的水质点速度，其大小和方向都随时变化，有时产生漩涡。 在弯曲河段，由于离心力的作用，会产生面流由凸岸指向凹岸，底流由凹岸指向凸岸的单向环流。因地救偏向力的作用，还会产生面流指向右岸，底流指向左岸的单向环流。 在顺直河面，涨水时河流中会产生面流指向岸边，底流流向中央即水面背流，水底对流的双向环流。在其作用下河槽两岸常被冲刷，在河槽中央发生淤积。退水时河流中则会产生面流由两岸向中央聚集，底流由中