教学课件：第九章-52河流、航道与航道基本尺度.ppt
2023/10/14,57,1,第九章 河流、航道与航道基本尺度,京杭运河,河流是陆域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的总称。水流、泥沙与河床边界组成了河流。本章主要介绍天然河流的形态特征、河流水力特征和河流泥沙特征；航道与航道尺度。还介绍了航道规划和航道工程措施，内河航道内航行船舶的特征及其编队方式。,2023/10/14,57,2,2023/10/14,57,3,8.1 天然河流的主要特征,一、河流形态特征二、河流水力特征,2023/10/14,57,4,一、河流形态特征,、河流横断面与纵剖面（1）河流横断面垂直于水流动力轴线的河槽断面。山区河流：常呈形或形断面。平原河流：河谷开阔，地势平坦，有深厚冲积层，不同河段形成不同的横断面形状。,（a）跳虎石“V”形河谷（b）星光湾“U”形河谷图 山区河流横断面图,2023/10/14,57,5,2023/10/14,57,6,平原河流不同河段横断面图a）顺直过渡段；b）分汊段；c）游荡段；d）弯曲段,2023/10/14,57,7,长江虎跳峡,赤水河某浅滩,2023/10/14,57,8,三峡坝址处河道情况,2023/10/14,57,9,（2）河流纵剖面深槽与浅段交替出 现的波形线。,河流的纵剖面形状,、河流阶地河流阶地是由河流下切侵蚀和堆积作用交替进行，在河流两岸形成的台阶状地貌。如流域地区内发生过多次地壳升降，就会出现多级阶地。一般在间歇性上升地区，阶地位置越高，形成的时间越早，与河床相连的最低一级算起，自下而上，由新到老，依次为一级、二级、三级阶地，逐次上推。见图9-3。,2023/10/14,57,10,2023/10/14,57,11,河流阶地按其结构可分为以下四类：（1）侵蚀阶地（2）堆积阶地（3）基座阶地（4）埋藏阶地,河流阶地结构类型示意图,2023/10/14,57,12,（1）侵蚀阶地阶地面由岩基组成，阶面上没有或很少有冲积物。（2）堆积阶地阶地全由冲积物组成，反映河流下切深度没有超过老的冲积层。（3）基座阶地阶地的上部为冲积物，下部为岩基。（4）埋藏阶地地壳下降使前期的河床漫滩沉积层为后期河流堆积物所掩埋。,2023/10/14,57,13,、河流节点,河流节点由抗冲性较强的突岸形成并对河势变化起控制作用的河岸形态。（1）河流节点的两种类型：一种是两岸皆有依托，位置固定，长年靠流。另一种是只有一岸依托，另一岸则是易于冲刷的滩地。（2）河流节点的控制作用：对所在河段的主流摆动的控制作用；对节点上下流宽浅河段的控制作用。,2023/10/14,57,14,二、河流水力特征,主要包括四个方面：通航水位、流量特征；比降特征；流速特征；流态特征。,三、河流泥沙特征,河流泥沙主要来自于流域坡地及沟被侵蚀的岩土，以及河床包括河岸被冲刷的岩土。河流泥沙是河流重要水文现象之一，对河床演变起主要作用，对水情也有一定的影响。泥沙是河床冲淤变形的纽带，也是污染物的载体，对河流水质带来一定的影响。河流泥沙特性主要有静态特性和动态特性。1、静态特性包括：几何特性，重力特性，级配特性；2、动态特性包括：沉降特性，运动特性和冲淤特性。,2023/10/14,57,15,2023/10/14,57,16,8.2 航道条件,一、通航保证率二、航道尺度。分为内河航道尺度和海港航道尺度三、航道标准尺度的计算四、航道断面系数五、航道水流条件六、航道种类,2023/10/14,57,17,一、通航保证率,通航保证率是指在规定的航道水深下，一年内能够通航的天数与全年天数之比，一般用百分率表示。,2023/10/14,57,18,我国天然河流试行通航标准表,2023/10/14,57,19,二、航道尺度,1、航道为了组织水上运输所规定或设置的船舶航行的通道称为航道。航道必须具备必要的通航条件，它们包括：（1）足够的水深、宽度和弯曲半径；（2）合适的水流条件，包括流速、比降和流态；（3）足够的水上净空，包括净空高度和宽度。,2023/10/14,57,20,2、航道尺度与水运经济效益,航道尺度的选择应综合考虑其必要性、可能性和经济合理性。,航道尺度与成本关系图,2023/10/14,57,21,三、航道标准尺度的计算,航道标准水深定义图,b)限制性航道断面,a)天然、渠化河流航道断面,H-航道标准水深B-航道标准宽度,H-航道标准水深B-航道标准宽度,2023/10/14,57,22,1、航道标准水深,定义：在设计最低通航水位下航道宽度范围内浅滩上的最小水深。内河航道：H=T+H 式中：H航道标准水深，m;T船舶标准载重时的标准吃水，m;H富裕水深，m。,2023/10/14,57,23,富裕水深H 值（m）,2023/10/14,57,24,2、航道标准宽度,内河航道标准宽度是指在设计最低通航水位时，满足航道最小水深要求的航槽宽度。,B2（bcos+Lsin）b+2D,（1）直线段双线航道宽度：,2023/10/14,57,25,式中：b船舶或船队的宽度，m；L船舶或船队的长度，m；b船队之间的安全富裕宽度，m；D船与岸之间的安全富裕宽度，m；船队轴线与航迹线之间的夹角。,（2）弯曲段航道加宽内河航道弯曲段的宽度应在直线段航道宽度的基础上加宽。其加宽值可通过分析计算或试验研究确定。,2023/10/14,57,26,3、航道最小弯曲半径 它是指弯曲河道几何轴线的最小曲率半径。内河航道的最小弯曲半径，宜采用顶推船队长度的3倍或货船长度、拖带船队最大单船长度的4倍。在特殊困难河段航道最小弯曲半径不能达到上述要求时，在宽度加大和驾驶通视均能满足需要的前提下。弯曲半径可适当减小。但不得小于顶推船队长度的2倍或货船长度、拖带船队最大单船长度的3倍。流速3ms以上、水势汹乱的山区性河流航道，其最小弯曲半径宜采用顶推船队长度或货船长度的5倍。,2023/10/14,57,27,4、跨河建筑物通航净空尺度,跨河建筑物通航净空尺度包括净高和净宽。其值按规范选用。,2023/10/14,57,28,5、海港航道尺度,在海港中，常用乘潮水位作为航道的通航水位。乘潮水位的选取应根据需要乘潮的船舶航行密度、港口所在地区的潮汐特征，疏浚工程量等因素，经过技术经济论证方能确定。一般常取乘潮累积频率为9095%的水位作为设计最低通航水位。,2023/10/14,57,29,1）码头前沿设计水深码头前沿在设计低水位时的水深,H=T+Z1+Z2+Z3+Z4式中：H码头前沿设计水深，m；T设计船型满载吃水，m；Z1龙骨下最小富裕深度，m；Z2波浪富裕深度，m；Z3船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值，m；Z4备淤富裕深度，m。,2023/10/14,57,30,2）航道水深,航道水深分通航水深和设计水深。通航水深按下式计算：D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3式中：D0航道通航水深，m；T设计船型满载吃水，m；Z0船舶航行时船体下沉值，m；Z3船舶装载纵倾富裕深度，m；D航道设计水深，m；其余符号意义同前。,设计水深：,D=D0+Z4,2023/10/14,57,31,3）进港航道有效宽度,进港航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。,航迹带宽度,2023/10/14,57,32,2023/10/14,57,33,4）航道转弯半径和加宽方式,10 30,30,2023/10/14,57,34,航道转弯半径和加宽方式应根据转向角和设计船长确定。1030，R=（510）L，可采用折线切割法加宽。,2023/10/14,57,35,四、航道断面系数它是指在最低通航水位时，航道过水断面面积A与标准船舶标准吃水时的船舶浸水断面面积A之比。根据国内外的研究成果，认为=7是最经济合理的。五、航道水流条件 航道内的表面流速和局部比降不能过大。应满足设计船舶或设计船队安全航行的要求。,2023/10/14,57,36,六、航道种类,1、限制性航道 水面狭窄、断面系数小、对船舶航行有明显限制作用的航道，包括运河、通航渠道、设闸航道、水网地区航道，以及具有前述特征的滩险航道。2、宽浅航道 宽深比很大，水流较平缓，枯水水深明显小于同等级航道的天然河流航道。,2023/10/14,57,37,3、山区急流河段航道比降陡、滩礁多、流速在3米/秒以上的山区河流航道。4、湖泊和水库航道在湖区和库区内，航线起点和终点具有固定码头设施，并常年通航的固定航线定义为湖泊和水库航道。,2023/10/14,57,38,8.3 航道规划及航道工程措施,一、航道规划二、航道工程措施,2023/10/14,57,39,一、航道规划,1、航道工程项目的完成一般要经过个阶段：（1）预可行性研究阶段（2）工程可行性研究阶段（3）初步设计阶段（4）科学试验研究阶段（5）施工图设计阶段（6）工程实施阶段,2023/10/14,57,40,2、航道工程措施方案应包括,（1）根据综合利用的要求及河流的自然特点，拟定航道的治理或开发方式；（2）拟定航道路线；（3）拟定航道及其建筑物的通航标准尺度，（4）拟定改善通航条件的工程措施，（5）分析水工建筑物建成后对通航条件所产生的影响，提出航运流量及航运保证率的要求，提出对水库电站操作的要求。（6）最后，航道规划还应根据物流或远景货运的发展，提出运河开发方案。,2023/10/14,57,41,二、航道工程措施,1、航道疏浚工程,航道疏浚工程利用挖泥船或其他疏浚机具，挖除碍航浅滩，增加航道尺度的工程措施。,抓斗挖泥船在施工,2023/10/14,57,42,二、航道工程措施,2、航道整治工程,长江中游界牌水道锁坝施工,航道整治工程修建某类整治建筑物改变或调整水流结构，利用水流自身的能量冲深河床，增加航深，或改善浅滩河段的水流流态，保证航行安全的工程措施。,2023/10/14,57,43,3、渠化工程,船舶在过闸,渠化工程在通航河流上修建一系列闸坝，抬高上游水位，减小流速，使闸坝间形成互相衔接的深水缓流航道，从根本上消除自然情况下的碍航浅滩，大幅度、永久的增加航道尺度的工程措施。突出一个壅字。,2023/10/14,57,44,4、径流调节 根据河流流量大、水深自然也大的道理，在浅滩河段上游修建水库，调节天然河道的流量过程，削减洪峰流量，加大枯水期下泄流量，以增大水库下游浅滩河段枯水航深的工程措施。突出一个调字。,2023/10/14,57,45,5、助航措施：,A、绞滩在流速很大的急流险滩上，直接利用机械力，拖引船舶上滩的工程措施。B、扫床 就是清扫河床，清除河床中的 障碍物。,扫床,2023/10/14,57,46,C、清槽,D、布设航标,2023/10/14,57,47,8.4 船舶及其特征,1、船舶内河船舶分为自航船和非自航船：自航船：船舶带有动力，可以单独行驶。非自航船：船舶载没有动力，需由机动船带动引驶。新型船舶：,2023/10/14,57,48,集装箱运输船,耙吸式挖泥船,高速水翼船,新型船舶,2023/10/14,57,49,2、船队,在内河上常见的运输方式为编队航行，由多个驳船编在一起，由机动船带动。编队航行的优点：运量大，比单船行驶运输单价低。编队方式：拖带船队，普通驳顶推船队，分节驳顶推船队。拖带船队：拖轮在前，由缆索拖带后面的驳船队。特点：阻力大，运价高，软联结，要求的航道条件低。,2023/10/14,57,50,拖带船队,2023/10/14,57,51,（2）顶推船队：推轮在驳船后面，与驳船联结成整体。普通驳顶推船队。特点：阻力小，增加船队的稳定性，船员数量大为减少，编队解队简便。分节允顶推船队：由统一规格的驳节，组成的庞大船队。特点：改善整体线型，可提高航速；便于建造，降低造价。船型丰满，增加运量。易于标准化和系列化，操作性能较好。,2023/10/14,57,52,顶推船队队形图(a)单一排列式；(b)天平式；（c）多排排列式,
