交通港站与枢纽

第二章河流与航道本章介绍了天然河流的形态特征、河流水力特征、河流泥沙特征。航道必须具备一定的航行条件，即航道尺度，根据航道内通过设计船型载重吨位的大小，航道划分为七级。航道的规划应有科学的程序，航道工程措施可分为疏浚工程、航道整治工程、渠化工程、径流调节和助航措施等。本章还介绍了航道内航行船舶的特征及其编队方式、船舶航行阻力与过滩能力；为船舶航行指示安全、经济的航道，常设置航标以标示内河航道的方向、界限与障碍物。第一节天然河流的主要特征河流——陆域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的总称。水流河流泥沙河床边界沿河长按不同自然特征，河流划分为五个部分：1、河源——河流的起点，即河流最初具有地表水流形态的地方；2、上游——直接连接河源，位于河流的上段；3、中游——位于河流的中段；4、下游——位于河流最下一段；5、河口——河流的终点。长江上游——宜昌以上的河段；中游——宜昌至汉口的河段；下游——汉口以下的河段；一、河流形态特征（主要指河流的几何特征和地貌特征）１、河流平面、横断面与纵剖面：（1）河流的平面形状（与水下地形相适应）迂回曲折，左右蛇行原因——水流的冲击作用、河岸土质不均匀等河流的过度弯曲对航行及其不利：•大大增加了航行路程；•影响船队形式；•增加驾驶操作的困难，甚至由于弯曲过甚而发生碰岸事故山区河流其平面形态决定于流经地区的地貌和地质特征，河中常见巨石突起，岸线极不规则，急弯卡口众多，开阔段与峡谷段相间出现。平原河流其平面形态常分为四种：①顺直型或边滩平移型；②弯曲型或蜿蜒型；③分汊型或交替消长型；④散乱型或游荡型。每种类型的前一个命名指平面形态，后一个指演变特征而言，它们彼此对应。但习惯上这四种河型，常依次称为顺直型、弯曲型、分汊型和游荡型。①顺直型河段的主流仍然是弯曲的,河槽中经常有泥沙的堆积体,如边滩、江心滩、江心洲和沙埂等。很长的顺直河段不多。②弯曲型河段由正反相间、曲率达到一定程度的弯道和介于其间长短不等的过渡段连接而成。河道向下游蜿蜒蛇行美国犹他州格林河段③分汊型河段通常是宽浅水道，中间被沙洲、浅滩分隔④游荡型河段，河身一般宽窄相间呈藕节状。在窄段，水流平顺，对下游河势有一定控制作用。在宽段，河身宽浅，河滩密布，汊道交织，河床冲淤变化迅速，主流摆动不定。（2）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Ｖ形或Ｕ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。平原河流不同河段横断面a)顺直过渡段——抛物线断面；b)分汊河段——马鞍形断面；c)游荡河段——不规则断面；d)弯曲河段——不对称的三角形断面长江虎跳峡赤水河某浅滩（3）河流的纵剖面深槽与浅段交替出现的波形线河流的纵剖面形状深槽位于河湾部分且接近凹岸；形成原因——河流本身具有弯曲的特性，在弯曲河段水流对其凹岸冲刷力强。浅段位于相邻两深槽之间；形成原因——两弯段之间比较直的河段，一般水流冲刷力较弱，使泥沙淤积形成浅滩。２、河流阶地——台阶状地貌河流阶地按其结构可分为以下四类：(1)侵蚀阶地——IV级阶地（阶地由基岩组成）(2)堆积阶地——I级、II级阶地（阶地由冲击物组成）(3)基座阶地——III级阶地（上部为冲击物，下部为基岩）(4)埋藏阶地——a河流阶地结构类型示意图３、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。•河流节点的两种类型：（1）一种是两岸皆有依托，位置固定，长年靠流。（2）另一种是只有一岸依托，另一岸则是易于冲刷的滩地。•河流节点的控制作用所在河段的主流摆动；节点上下游宽浅河段。二、河流水力特征河流系统中最活跃、最关键的因素，开发河流水能资源的主要依据，影响河床变形的主导因素主要包括四个方面：水位、流量特征比降特征流速特征——影响航行的重要因素流态特征三、河流泥沙特征坡地及沟被侵蚀的岩土河流泥沙主要来自河岸河床被冲刷的岩土几何特性静态特性重力特性级配特性河流泥沙特性沉降特性动态特性运动特性冲淤特性第二节航道条件航道——为了组织水上运输所规定和设置的船舶航行的通道。航道必须具备必要的通航条件：足够的航道尺度——深度、宽度、曲度、净空合适的水流条件——流速、比降、流态川江某航段航道图我国天然河流试行通航标准航道等级I级II级III级IV级V级VI级VII级浅滩最小水深（m）3.22.5~3.01.8~2.31.5~1.81.2~1.51.0~1.20.8~1.0通航保证率（%）98~9993~9790~9585~9580~9380~9075~90一、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。通航期二、航道尺度根据航道内通过设计船型载重吨位的大小，航道分为七级，我国内河航道分级与航道尺度，见表2-2。航道标准尺度——在设计通航期内,航道能保证设计船型(船队)安全航行的最小尺度。（设计最低通航水位）航道标准水深、航道标准宽度、航道最小弯曲半径（设计最高通航水位）净空高度、净空宽度通航净空（一）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最佳航道尺度——总成本最小时对应的航道尺度（二）航道标准尺度的计算１、航道标准水深——设计最低通航水位下航道宽度范围保证的最小水深，也称设计航道水深航道标准水深定义图设计船型标准吃水(m)H=t+ΔH富裕水深(m)限制性航道——因水面狭窄、断面系数小而对船舶航行有明显限制作用的航道，主要指运河、渠道和河网地区的部分航道。船型标准吃水——设计船型在标准载重量时的吃水；船型结构吃水（最大吃水）——船体结构所能承载的吃水。最大吃水标准吃水富裕水深——船舶标准载重时，船底龙骨下至航道底的最小安全距离。影响富裕水深的因素：1、触底安全富裕量△H12、考虑波浪影响的富裕量△H23、船舶航行下沉量△H34、考虑水体密度影响的富裕水深△H45、考虑挖槽回淤影响的富裕量△H5确定富裕水深的方法：•通过计算公式海港航道ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5内河航道ΔH=ΔH1+ΔH3•根据航道等级，按《航道整治工程技术规范》的规定选取航道标准水深H(m)1.51.5~3.03.0富裕水深ΔH0.2~0.30.3~0.40.4~0.5沙、泥质河床航道富裕水深石质、卵石质河床航道富裕水深另增加0.1~0.2m２、航道标准宽度——设计最低通航水位下具有航道标准水深的宽度，也称设计航道宽度。根据船舶航行密度和航道条件，设计成：单线航道双线航道讨论直线航道、弯曲航道情况直线段双线航道标准宽度：B＝2(bcosa+Lsina)＋△b+2D航迹带宽度B1航道富裕宽度B2B——航道标准宽度(m)b——设计船队宽度(m)L——设计船队长度(m)a——航行漂角Δb——上下行船队间的横向舷距(m)D——船舷距航槽边线距离(m)单线航道：B1=bcosa+LsinaB2=2D船舶航行时占用的水域宽度航行漂角——为保持航行的正确方向，往往使船舶（队）纵轴线与航向保持一定的夹角。航行漂角示意图影响航行漂角a的因素：1、船舶吃水与航道水深的比值t/H；（t/Ha）2、水流流态；（流态越坏，漂角越大）3、船队长度与航道弯曲半径比值L/R；（L/Ra）4、顶推船队的方形系数L/b。（L/ba）确定航行漂角的方法：•通过设计船型的实船试验确定；•按《航道工程技术规范》规定的范围在3°~5°内选取。航道富裕宽度——保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象的最小富裕尺度。包括船队间的富裕宽度、船队与航槽边线间的富裕宽度。影响航道富裕宽度的因素：船形、队形、系结方式；船队的航速及推轮的舵效；水流流速、流态；河岸的土质及坡度等。航道富裕宽度的确定方法：•通过设计船型的实船试验确定；•采用经验公式估算我国目前的直线段航道标准宽度大致是设计船队宽度的4倍，随着航运事业的发展，这个比值将会增大。弯曲段航道加宽•《航道整治工程技术规范》规定R6L时，不考虑弯曲加宽3LR6L时，根据水流条件等具体情况确定通过实船试验确定R3L时，适当加宽通过公式计算•采用直线段航道标准宽度的计算公式（其中a的取值采用弯道上的航行漂角）3、航道最小弯曲半径航道弯曲半径——弯曲航道中心线的曲率半径；航道最小弯曲半径——保证标准船队安全通过弯道的最小弯曲半径航道最小弯曲半径的取值：3×顶推船队长度或4×拖带船队中最大单船长度在一定条件下，弯曲半径可适当减小，但不得小于：2×顶推船队长度或3×拖带船队中最大单船长度4、通航净空净空高度Hm净空宽度Bm上底宽b侧高h通航净空示意图净空高度——设计最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距离；净空宽度——航道底标高以上桥墩（桥柱）间的最小净空。三、航道断面系数——航道断面系数；——设计最低通航水位时的航道过水断面；——标准船舶（队）标准吃水时的船只浸水横断面面积。值越小，船舶航行的阻力越大。根据国内外的研究成果，认为是最经济合理的《航道工程技术规范》规定：一般情况，；流速较大的河流，。A767A四、航道水流条件（包括流速、比降和流态）航道内的表面流速、局部比降、垂直航道轴线的横向流速不能过大澜沧江河流急流滩船舶过滩第三节航道规划及航道工程措施一、航道规划航道规划的主要任务•研究航道开发的经济意义、社会价值及技术上的可能性；•制定近期和远景航道开发方案；•提出适应远景发展的航道措施方案；•拟定第一期航道工程项目；•提出运河开发方案。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。航道工程项目的完成一般要经过６个阶段二、航道工程措施航道工程——以延长通航里程，提高航道标准，改善通航条件和保障航道畅通为目的，包括疏浚、整治、渠化、运河、航标、清障等工程措施的总称。1、航道疏浚工程——采用人力或机械施工方法，为拓宽、加深水域而进行的水下土石方开挖工程。2、航道整治工程——在河床上修筑专门的整治建筑物或其他工程措施，诱导水流、改善水流情况，集中水流利用水流本身的力量冲刷河槽，调整河槽形态，增加航道尺度，改善航行条件。长江中游界牌水道锁坝施工疏浚工程和整治工程不能从根本上改变河流的水文情况，只是局部性改变河床的形状以及河中的水流状态。河流基本上处于自由状态——天然河道。疏浚工程和整治工程在某些情况下改善航行条件的效果受到限制。3、渠化工程——在天然河流上，以航运开发为主要目的，修建拦河闸坝和通航建筑物以壅高上游水位，从而改善航行条件。渠化工程从根本上改变天然河流的水文情况。渠化后的航道、人工运河——人工水道。船舶过闸清槽第四节船舶及其特征一、船舶与船队（一）船舶内河船舶按有无动力装置可分为：机动船——船舶带有动力，可以单独行驶；如客船、货船、拖船、推船非机动船——船舶没有动力，需由机动船带动引驶；如驳船、趸船。新型船舶集装箱运输船高速水翼船（二）船队在内河上常见的运输方式为船队运输，由多个驳船编在一起，由机动船带动。船队运输的优点：运输成本低、运量大、减少货物中转和倒载船队按编队方式可分为：拖带船队——拖轮在前，由缆索拖带后面的驳船队顶推船队——推轮在驳船后面，与驳船联结成整体拖带船队队形图拖带船队特点：阻力大，运价高；驳船柔性联结，要求的航道条件低。整治后京杭运河苏州市河段（拖带船队）顶推船队分为：①普通驳顶推船队——由普通驳船和推船组成；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②分节驳顶推船队——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。顶推船队队形图优点：船舶航行阻力小；推船的推进效率高；操纵灵活。缺点：驳船刚性连接，要求航道有较大的弯曲半径；在有船闸的渠化河流上，船闸尺度和