航道工程1课件-2

航道工程学Ⅰ(航道整治部分)徐金环2005.9主要内容第一章绪论第二章河流与航道第三章航道整治工程第四章航道疏浚工程第一章绪论一水运优越性1.可密切结合水利资源的综合利用与开发2.运输能力比较高，莱茵河=20条铁路3.运输成本低，国外比较清楚运输成本地，仅为铁路的1/3~1/2，公里的1/10~1/5阻力小：流体的阻力要小得多建设和维护费用低：仅为铁路1/10，公路的1/4~1/3载重量大：大运河的船500~2000吨自重小：船舶自重7.5~28%，铁路车辆40~60%4.河流分布面广，便于长短途运输的结合5.另外，是打不烂、炸不垮的交通运输线6.环境污染相对少二我国内河航道建设的成就三现代化内河航道网的要求1.航道成网、四通八达2.全面规划、统一标准3.统筹安排、综合利用4.更新设施、科学管理第二章河流与航道主要讲解内容第一节天然河流的主要特征第二节航道条件第三节航道规划及航道工程措施第四节船舶及其特征第五节内河航标及配布第一节天然河流的主要特征一河流形态特征主要指河流的横断面和纵断面的几何特征及河流发育过程中的地貌特征。平面上分:平直型、弯曲型、分汊型、游荡型。1.河流横断面与纵剖面河流横断面:垂直与水流动力轴线的河槽断面。山区河流常呈V形；平原河流常呈U形，不同河段又形成顺直过渡段、分汊段、游荡段、弯曲段。示意图河流纵剖面:深槽与浅段交替出现的波形线。2.河流阶地由河流下切侵蚀和堆积作用交替进行的,在河流两岸形成的台阶状地貌。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。二.河流水力特征河流水力特征是河流系统中最活跃、最关键的因素,是开发河流水能资源的主要依据,也是影响河床变形的主导因素。包括四方面：1.水位2.流量特征3.比降特征4.流态特征三.河流泥沙特征静态特征:几何特性、重力特性、级配特性动态特征:沉降特性、运动特性、冲淤特性第二节航道条件一.通航保证率指在规定的航道水深下,1年内能够通航的天数与全年天数之比,一般用百分比表示。通航保证率高则相应的通航最低水位低,航道工程量大。二.航道尺度为保证设计船型(船队)在通航期内能安全、方便航行,航道需具备以下通航条件: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,包括净空高度和净空宽度。航道标准尺度指在设计通航期内，航道能保证设计船型（船队）安全航行的最小尺度。包括：在设计最低通航水位下的航道标准水深、航道标准宽度、航道最小弯曲半径，在设计最高通航水位时跨河建筑物的净空高度和净空宽度（又简称通航净空）。1.航道标准水深指在设计最低通航水位下航道范围内保证的最小水深。航道标准水深由设计船型的标准吃水和富裕水深两部分组成。富裕水深应考虑因素：触底安全富裕量、考虑波浪影响的富裕量、船舶航行下沉量、考虑水体密度影响的富裕水深、考虑挖槽回淤影响的富裕量。对海港航道：对内河航道：HtHH1H2H3H4H5H54321HHHHHH31HHH2.航道标准宽度指在设计最低通航水位下具有航道标准水深的宽度。直线航道的宽度用下式表示：DbLbB2sincos23.航道最小弯曲半径航道弯曲半径是指弯曲航道中心线的曲率半径。航道最小弯曲半径R指保证标准船队安全通过弯道的最小弯曲半径。一般情况下，取顶推船队长度的3倍，或拖带船队中最大单船长度的4倍作为航道最小弯曲半径。4.通航净空净空高度:设计最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距离,应满足标准船舶(队)空载的水上高度加富裕值。净空宽度：航道底标高以上桥墩（桥柱）间的最小净空，包括标准船舶(队）航迹带宽度和富裕宽度。示意图三.航道断面系数指最低通航水位时的航道过水断面与标准船舶(队)标准吃水时的船中浸水横断面的面积之比。四.航道水流条件1.平原河流内的最大纵向表面流速的整治水位及其以下时不大于2.0m/s。2.山区性河流航道内的最大纵向表面流速和局部比降,应满足标准船舶(队)自航上滩的要求。3.船闸上下引航道进水工程的进口及排水工程出口处,航道横向流速不宜超过0.3m/s,回流流速不宜超过0.4m/s。AA第三节航道规划及航道工程措施一.航道规划规划主要任务、航道工程项目的6个阶段、航道工程措施方案、航道规划资料收集。二.治理航道的主要工程措施航道工程：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的疏浚、整治、渠化、运河、航标、清障等工程措施的总称。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。航道整治工程：借助在河床中建筑专门的整理建筑物或其他工程措施，调整河床形态和水沙流路以影响河中水流，并造成有利的水流结构，利用水流本身的内部力量刷深航道并维持航道的稳定，保证枯水期航道必需的尺度。第四节船舶及其特征一.船舶与船队船舶：能航行或漂浮于河流、湖泊和海洋等水域内的一种运输承载工具。船队：将若干艘驳船按一定的方式编结在一起，由拖船拖带或推船顶推航行的运输组合体。按编队方式不同，可分为拖带船队和顶推船队。1.拖带船队拖带船队是拖船在前，用缆绳拖带后面的若干艘编结在一起的驳船航行的船队。2.顶推船队顶推船队是推船在后，顶推前面的若干编结在一起的驳船航行的船队。船队示意图船队示意图二.船舶航行阻力及过滩能力1.船舶航行阻力(船舶的裸体阻力)指船舶航行时，作用在船体上阻止船舶运动的力。船舶的裸体阻力可分摩擦阻力、漩涡阻力、兴波阻力。2.船舶过滩能力指船舶在一定的载重下克服急流滩险自航过滩的能力。第五节内河航标及配布一.内河航标是船舶在内河航道安全航行的重要助航设施,主要功能是标示内河航道的方向、界限与碍船物，为船舶航行指示安全、经济的航道。分类：航行标志、信号标志、专用标志决定河流左、右岸的原则：按水流方向确定河流的上、下流，面向河流下游，左手一侧为左岸，右手一侧为右岸。二.航标配布第三章航道整治工程主要讲解内容第一节概述第二节整治线设计与布置第三节整治断面设计第四节主要整治建筑物的特性与作用第五节主要整治建筑物的结构第六节平原河流航道的整治工程第七节山区河流的航道整治第一节概述一航道整治工程与河床演变河床冲淤的根本原因：水流输沙能力与来沙量的不平衡。优良河段：河床形态比较规顺，来水和来沙适应情况的变化差别不大，河段出现动态平衡，经过历年冲淤后河床的变化不很显著的河段。维持河床稳定，对航道整治来说：就是利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的输沙能力，将多余的泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向，使其淤至航道以外，或使泥沙淤积到深槽中，不至影响航深，从而获得稳定的航道。二航道整治工程原则1.符合河床演变规律及河流动力学原理，统筹兼顾，科学规划。2.根据不同河势及特性，采取相应整治原则及措施。3.根据不同滩势及碍航性质，分清主次，抓住病根，有针对地指定整治措施，优化工程方案。4.长河段的整治工程应根据经济发展的轻重缓急，按设计标准一次建成或分期分段实施。5.对年际冲淤变化较大的浅滩，宜抓住浅滩演变过程中有利时机进行整治。6.对同河段水利枢纽工程可能对航道造成的影响分析研究，充分估计其发展趋势，采取相应的整治措施。第二节整治线设计与布置一整治线的设计整治线：在整治工程设计流量下，在水面处所设计的稳定河槽的外形，即被设计的两条新岸线所限定的河槽区域。整治线的设计解决以下问题：1.确定整治线的位置与岸线之间的关系；2.了解整治线范围内及边缘的水流泥沙特性；3.确定整治线的水位与整治线宽度。示意图二整治线布置原则1.整治线的方向和位置依靠主导河岸，其起点和终点应以稳定深槽的主导河为依据稳定深槽：符合航行要求和历年来变化不大的深槽，一般靠近凹岸。2.整治线应与枯水河槽相适应洪枯水流夹角不同时整治线的布置3.整治线一般应通过浅滩上的最大流速区4.有支流或溪沟汇入的口门不宜布置整治线5.全面考虑两岸工农业需要和防洪要求示意图示意图三整治线轮廓的确定冲积河流段顺直河道形状往往不稳定，故整治线的轴线应作成平缓相联的曲线，曲线与曲线之间有短的平直段。苏联H.H.马卡维也夫河段弯曲半径经验公式：JQR/0014.05.0弯曲半径整治流量相应的水面比降第三节整治断面设计整治断面设计包括：设计水位、整治水位、整治线宽度。一设计水位设计水位包括：最低通航水位、最高通航水位。设计水位一般推求方法：先推求出与该浅滩有直接关系的相邻水文站的设计水位（称基本站的设计水位）再相关到浅滩上，求出浅滩上的设计水位。在整治浅滩前要在浅滩尾下深槽附近设临时水尺以找出基本站与浅滩的相互关系。1.浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法a水位相关法（浅滩上有水位观测资料）示意图b比降插入法（浅滩上缺乏水位观测资料，临近有两基本站用）可按上下相邻水位站的设计水位，采用比降插入法推算浅滩的设计水位。比降均匀插入法上下游两水位站之间的水面比降均匀比降不均匀插入法上下游两水位站之间的水面比降不太均匀c瞬时水位法（浅滩上无水位观测资料，无上下游基本站）可选择枯水期水位稳定时，临时在浅滩上设立水尺，观测一段时间水位，找出浅滩与基本站同时的落差关系。niiisZZnZ111s1Z示意图示意图2.浅滩临时水尺设计最高通航水位推求3.浅滩上各断面设计水位的推求以浅滩临时水尺的设计水位为准，同样用相关法或浅滩相应的瞬时水面线确定各断面设计水位。二整治水位整治水位：与整治建筑物头部齐平的水位。整治水位的确定，一方面确定整治建筑物的高程；另一方面决定整治后浅滩的冲刷历时，整治水位高，冲刷历时长，反之则短。1.经验方法a取设计水位加超高b取该河优良河段的边滩高程c取多年平均水位或多年平均流量时的水位2.造床流量法造床流量：指在其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当，而对塑造河床形态起着控制作用的某个流量。造床流量包含造床强度（取决于输沙率大小）和历时两方面。可用输沙率与历时的乘积最大时的流量作为造床流量。三整治线宽度整治线宽度：整治水位时的河面宽度。整治线宽度与航道标准宽度区别：航道标准宽度是根据航道等级确定，整治线宽度是根据浅滩所需的冲刷强度确定。1.经验法（参照优良河段断面）a河相关系法b实测河宽水深分析法2.理论计算方法a水力学方法根据水流连续方程和均匀方程示意图21321JHnvBHvQ2135JHQnBb输沙平衡法基本要点：整治后水流输沙推移到下深槽，浅滩上的输沙达到新的平衡状态，由于整治前后上游的来沙量不变，在达到平衡状态时，浅滩断面的输沙量在整治前后相等3.规范推荐的输沙平衡计算公式YHHKBB112四整治水位和整治线宽度的调整1.调整原因a没有正确反映在水位的降落过程中水流对浅滩演变的作用。b推导公式过程中的某些假设和简化与实际情况不符。c按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。2.调整方法第四节主要整治建筑物的特性与作用整治建筑物：指用于整治航道的起束水、导流、导沙、固滩和护岸等作用的建筑物。一丁坝作用：未淹没时束窄河槽，提高流速冲刷浅滩；淹没后造成环流，横向导沙，调整分汊河道的分流比，控制分流淤高河滩，保护河岸或海塘；挑出主流以防顶冲河岸和堤防等。（一）丁坝对河道水流和泥沙的影响1.非淹没丁坝的水流现象示意图2.淹没丁坝的水流泥沙现象丁坝起导沙作用，导沙部位与丁坝方向有关。按丁坝方向分：a上挑丁坝：坝轴线与水流夹角90°b下挑丁坝：坝轴线与水流垂直c正挑丁坝：坝轴线与水流夹角90°（二）丁坝群的布置1.错（对）口丁坝2.阶梯式丁坝3.短丁坝、勾头丁坝示意图示意图示意图二顺坝顺坝：坝轴线沿水流方向或与水流夹角很小的建筑物，起引导水流、束窄河床的作用，又称导流坝。顺坝一般沿整治线布置，注意浅滩两岸不宜同时布置顺坝，否则施工后，若发现整治宽度不合适，很难更改。三锁坝锁坝：从一岸