【航道整治第2版-吳麗華】模塊一解讀課件

航道整治

（第2版）主編：吳麗華航道整治

（第2版）主編：吳麗華

模塊一河流與航道

課題一天然河流的主要特征課題二航道概述課題三通航條件課題四航道工程模塊一河流與航道

河流是陸域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的總稱。水流、泥沙與河床邊界組成了河流。河流有自己的形態(tài)特征、水利特征以及泥沙特征。

船舶在河流中行駛，要求有一條連續(xù)而通暢的航槽，那就是航道。航道有廣義航道與狹義航道之分。不同等級(jí)的航道有不同的通航條件與航道尺度。河流是陸域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的總知識(shí)點(diǎn)：

河流的形態(tài)特征、水力特征、泥沙特征

航道的概念及分類

航道尺度（航道水深、航道寬度、航道最小

彎曲半徑、通航凈空）的定義及取值

航道工程的種類及概述知識(shí)點(diǎn)：河流的形態(tài)特征、水力特征、泥沙特征一、課題引入

河流在自然界中十分常見(jiàn)，它是陸域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的總稱。水流、泥沙與河床邊界組成了河流。同時(shí)，它還是地球上水文循環(huán)的重要路徑，是將一定區(qū)域內(nèi)地表水和地下水進(jìn)行補(bǔ)給、沿著狹長(zhǎng)凹地流動(dòng)的水流。我們熟悉的長(zhǎng)江、黃河等都是河流。二、課題分析

對(duì)于天然河流，通常還是水體、泥沙、鹽類和化學(xué)元素的運(yùn)輸通道，因此河流往往有其形態(tài)特征、水力特征和泥沙特征。課題一天然河流的主要特征

一、課題引入課題一天然河流的主要特征

三、相關(guān)知識(shí)

（一）河流形態(tài)特征主要指河流的橫斷面和縱剖面的幾何特征(如橫斷面形狀和縱剖面比降)；河流發(fā)育過(guò)程中的地貌特征(如河流的蜿蜒形勢(shì)和彎曲度、河漫灘、沙洲和三角洲的大小、形態(tài)和分布等)。三、相關(guān)知識(shí)

（一）河流形態(tài)特征主要指河流的橫斷面和縱剖面的

1．河流橫斷面與縱剖面

垂直于水流動(dòng)力軸線的河槽斷面叫河流橫斷面。山區(qū)河流:平原河流:圖2-1順直河段多為拋物線斷面；彎曲河段多為不對(duì)稱的三角形斷面；分汊河段為馬鞍形斷面；游蕩河段斷面很不規(guī)則。在河口段，橫斷面更加寬闊，往往有很多股深槽。

1．河流橫斷面與縱剖面【航道整治第2版—吳麗華】模塊一解讀課件過(guò)水?dāng)嗝?河槽:是由一系列的深槽與淺段組成的，深槽:位于河灣部分且接近凹岸；淺段一般位于相鄰兩深槽之間的河段中；見(jiàn)(圖2-2)?！竞降勒蔚?版—吳麗華】模塊一解讀課件【航道整治第2版—吳麗華】模塊一解讀課件

2.河流階地河流階地是由河流下切侵蝕和堆積作用交替進(jìn)行，在河流兩岸形成的臺(tái)階狀地貌。河流階地按其結(jié)構(gòu)可分為侵蝕階地、堆積階地、基座階地和埋藏階地等四類。2.河流階地(1)侵蝕階地，階地面由基巖組成，階面上沒(méi)有或很少有沖積物；(2)堆積階地，階地全由沖積物組成，反映阿流下切深度沒(méi)超過(guò)老的沖積層；(3)基座階地，階地中的上部為沖積物，而階地下部為基巖；(4)埋藏階地，地殼下降使前期的河床漫灘沉積層為后期河流堆積物所掩埋。(1)侵蝕階地，階地面由基巖組成，階面上沒(méi)有或很少有沖積【航道整治第2版—吳麗華】模塊一解讀課件

3.河流節(jié)點(diǎn)由抗沖性較強(qiáng)的突岸形成，并對(duì)河勢(shì)變化起控制作用的河岸形態(tài)。

兩岸皆有依托，位置固定，長(zhǎng)年靠流；只有一岸依托，另一岸則是易于沖刷的灘地；當(dāng)彎道凹岸與抗沖一岸重合時(shí)，可以起控制河勢(shì)的作用，而且當(dāng)上游流向發(fā)生變化、洲灘變動(dòng)時(shí)，主流位置會(huì)上下變動(dòng)，甚至?xí)构?jié)點(diǎn)脫溜，不起作用。3.河流節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)上下游寬淺河段內(nèi)為什么多有洲灘分布？節(jié)點(diǎn)對(duì)上游河段有一定的壅水作用，從而會(huì)使泥沙落淤；節(jié)點(diǎn)下游水流擴(kuò)散，泥沙易堆積。節(jié)點(diǎn)上下游寬淺河段內(nèi)為什么多有洲灘分布？河流水力特征主要包括4個(gè)方面：水位、流量特征比降特征流速特征流態(tài)特征（二）河流水力特征河流水力特征主要包括4個(gè)方面：（二）河流水力特征（三）河流泥沙特征

河流泥沙特性主要有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性包括：幾何特性，重力特性，級(jí)配特性；動(dòng)態(tài)特性包括：沉降特性，運(yùn)動(dòng)特性，沖淤特性。（三）河流泥沙特征

河流泥沙特性主要有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。一、課題引入

船舶在河流中航行，要求有一條連續(xù)而通暢的航槽———航道。在航道內(nèi)航行，可保證船舶安全，航道上往往還布設(shè)一些助航設(shè)施。二、課題分析

航道與河流是不同的，概念上一般有廣義航道與狹義航道之分。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，有不同的分類。課題二航道概述一、課題引入課題二航道概述三、相關(guān)知識(shí)（一）航道的定義

船舶在河流中行駛，要求有一條連續(xù)而通暢的航槽——航道。航道有廣義航道與狹義航道之分。廣義航道：水道或河道整體(waterway)。我國(guó)《航道管理?xiàng)l例》規(guī)定，航道是指中華人民共和國(guó)沿海、江河、湖泊、運(yùn)河內(nèi)船舶、排筏可以通航的水域。狹義航道：航槽（navigationchannel），即用航標(biāo)標(biāo)出的可供設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)船舶安全航行利用的最小水域或最小航行通道。三、相關(guān)知識(shí)（一）按航道的級(jí)別分

1．等級(jí)航道：我國(guó)劃分Ⅰ～Ⅶ級(jí)航道。

2．等外級(jí)航道：通航標(biāo)準(zhǔn)低于Ⅶ級(jí)的航道。1．國(guó)家航道系指構(gòu)成國(guó)家航道網(wǎng)、可通航500噸級(jí)以上船舶的內(nèi)河干線航道，跨省、自治區(qū)、直轄市可常年通航300噸級(jí)以上船舶的內(nèi)河干線航道，可通航3000噸級(jí)以上海船的沿海于線航道，以及對(duì)外開(kāi)放的海港航道和國(guó)家指定的重要航道。（二）按航道的管理屬性分2．地方航道指可常年通航300噸級(jí)以下（含不跨省的可通航300噸級(jí)）船舶的內(nèi)河航道；可通航3000噸級(jí)以下海船的沿海航道和地方沿海中小港口間的短程航道；非對(duì)外開(kāi)放的海港航道以及其它屬于地方航道主管部門(mén)管理的航道。3．專用航道系指由軍事、水利電力、林業(yè)、水產(chǎn)等部門(mén)以及其他企事業(yè)單位自行建設(shè)和使用的航道。二、航道分類

（一）按航道的級(jí)別分1．國(guó)家航道系指構(gòu)成國(guó)家航道網(wǎng)、可全國(guó)內(nèi)河航道分級(jí)與航道尺度航道等級(jí)駁船噸級(jí)（t）船型尺度（m×m×m）（總長(zhǎng)×型寬×吃水）船隊(duì)尺度（m×m×m）（長(zhǎng)×寬×吃水）航道尺度（m）天然及渠化河流限制性航道彎曲半徑水深單線寬度雙線寬度水深寬度Ⅰ300075×16.2×3.5（1）350×64.8×3.53.5-4.01202451050（2）271×48.6×3.5100100810（3）267×32.4×3.575145800（4）102×32.4×3.5701305.5130580Ⅱ200067.5×10.8×3.4（1）316×32.4×3.43.4-3.880150950（2）245×32.4×3.47514574075×14×2.6（3）180×14×2.62.6-3.035704.065540Ⅲ100067.5×10.8×2.0（1）243×32.4×2.02.0-2.480150730（2）238×21.6×2.035110720（3）167×21.6×2.045903.285500（4）160×10.8×2.030603.250480全國(guó)內(nèi)河航道分級(jí)與航道尺度航道駁船船型尺度（m×m×m）船隊(duì)全國(guó)內(nèi)河航道分級(jí)與航道尺度航道等級(jí)駁船噸級(jí)（t）船型尺度（m×m×m）（總長(zhǎng)×型寬×吃水）船隊(duì)尺度（m×m×m）（長(zhǎng)×寬×吃水）航道尺度（m）天然及渠化河流限制性航道彎曲半徑水深單線寬度雙線寬度水深寬度Ⅳ50045×10.8×1.6（1）160×21.6×1.61.6-1.94590480（2）112×21.6×1.640802.580340（3）109×10.8×1.630502.545330Ⅴ30035×9.2×1.3（1）120×18.4×1.31.3-1.64075380（2）89×18.4×1.335702.075270（3）87×9.2×1.322402.52.040260Ⅵ10026×5.2×1.8（1）361×5.5×2.01.0-1.22.518-2210532×7×1.0（2）154×14.6×1.0254513032×6.2×1.0（3）65×6.5×1.015301.52522030×6.4(7.5)×1.0（4）74×6.4（7.5）×1.015301.528220Ⅶ5021×4.5×1.75（1）273×4.8×1.750.7-1.02.2188523×5.4×0.8（2）200×5.4×0.810201.2209030×6.2×0.7（3）60×16.5×0.713251.226180全國(guó)內(nèi)河航道分級(jí)與航道尺度航道駁船船型尺度（m×m×m）船隊(duì)

1．內(nèi)河航道是河流、湖泊、水庫(kù)內(nèi)的航道以及運(yùn)河和通航渠道的總稱。

（三）按按航道所處地域劃分

2．沿海航道沿海航道原則上是指位于海岸線附近，具有一定邊界可供海船航行的航道。（四）按航道形成的因素劃分

1．天然航道

2．人工航道3．渠化航道

1．內(nèi)河航道（三）按按航道所處地域劃分2．沿海（五）按航道的通航條件劃分

1．依通航時(shí)間長(zhǎng)短分：常年通航航道、季節(jié)通航航道2．依通航限制條件有無(wú)和大小，可分為：（1）單行航道；（2）雙行航道；（3）限制性航道:即由于水面狹窄、斷面系數(shù)小等原因，對(duì)船舶航行有明顯的限制作用的航道，包括運(yùn)河、通航渠道、狹窄的設(shè)閘航道、水網(wǎng)地區(qū)的狹窄航道，以及具有上述特征的灘險(xiǎn)航道等。3．依通航船舶類別，可分為：（1）內(nèi)河船航道（2）海船進(jìn)江航道:是指內(nèi)河航道中可供進(jìn)江海船航行的航道。

（五）按航道的通航條件劃分2．依通航限制條件有無(wú)和大小，可一、課題引入

為了保證船舶（船隊(duì)）在通航期內(nèi)能安全、方便地航行，不發(fā)生擱淺、碰撞等事故，航道應(yīng)具備一定的通航條件，而河流的通航條件是由航道尺度來(lái)表示的。二、課題分析

航道必須具備必要的通航條件，主要包括：

1.足夠的水深、寬度和彎曲半徑；2.合適的水流條件，包括流速、比降和流態(tài)；3.足夠的水上凈空，包括凈空高度和寬度。課題三通航條件一、課題引入課題三通航條件三、相關(guān)知識(shí)

（一）通航保證率

通航保證率是指在規(guī)定的航道水深下，1年內(nèi)能夠通航的天數(shù)與全年天數(shù)之比，一般用百分率表示。通航保證率須根據(jù)河流的特征、航運(yùn)及戰(zhàn)備的要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可能來(lái)決定，它是確定航道設(shè)計(jì)水位的依據(jù)。三、相關(guān)知識(shí)

（一）通航保證率通航保證率是指在規(guī)（二）航道標(biāo)準(zhǔn)尺度在設(shè)計(jì)通航期內(nèi)，航道能保證設(shè)計(jì)船型(船隊(duì))安全航行的最小尺度稱為航道標(biāo)準(zhǔn)尺度。

包括：在設(shè)計(jì)最低通航水位下的航道標(biāo)準(zhǔn)水深、航道標(biāo)準(zhǔn)寬度、航道最小彎曲半徑，在設(shè)計(jì)最高通航水位時(shí)跨河建筑物的凈空高度和凈空寬度(又簡(jiǎn)稱為通航凈空)。（二）航道標(biāo)準(zhǔn)尺度1.航道尺度與水運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益最佳航道尺度：1.航道尺度與水運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益2.航道標(biāo)準(zhǔn)尺度的計(jì)算（1）航道標(biāo)準(zhǔn)水深航道標(biāo)準(zhǔn)水深是指在設(shè)計(jì)最低通航水位下航道范圍內(nèi)保證的最小水深。如（圖2-5）所示。航道標(biāo)準(zhǔn)水深由設(shè)計(jì)船型的標(biāo)準(zhǔn)吃水和富裕水深兩部分組成，可用下式表示：H=t+ΔH(2-1)式中：H——航道標(biāo)準(zhǔn)水深(m)；t——設(shè)計(jì)船型標(biāo)準(zhǔn)吃水(m)；ΔH——富裕水深(m)。2.航道標(biāo)準(zhǔn)尺度的計(jì)算【航道整治第2版—吳麗華】模塊一解讀課件標(biāo)準(zhǔn)吃水：標(biāo)準(zhǔn)吃水t是指設(shè)計(jì)船型在標(biāo)準(zhǔn)載重量時(shí)的吃水。最大吃水(亦稱結(jié)構(gòu)吃水)：船體結(jié)構(gòu)所能承載的吃水稱最大吃水，最大吃水大于標(biāo)準(zhǔn)載重時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吃水。富裕水深：富裕水深是指船舶在標(biāo)準(zhǔn)載重時(shí)，船底龍骨下至河底的最小安全距離。標(biāo)準(zhǔn)吃水：富裕水深應(yīng)考慮以下因素：觸底安全富裕量ΔHl考慮波浪影響的富裕量ΔH2

船舶航行下沉量ΔH3

考慮水體密度影響的富裕水深ΔH4

考慮挖槽回淤影響的富裕量ΔH5

富裕水深應(yīng)考慮以下因素：內(nèi)河航道富裕水深主要考慮觸底安全富裕量ΔH1和船舶航行下沉量ΔH3ΔH=ΔH1+ΔH3

沙、泥質(zhì)河床航道富裕水深航道標(biāo)準(zhǔn)水深H＜1.51.5~3.0＞3.0富裕水深ΔH(m)0.2~0.30.3~0.40.4~0.5注：石、卵石質(zhì)河床航道富裕水深另增加0.1-0.2m。

內(nèi)河航道富裕水深主要考慮觸底安全富裕量ΔH1和船舶

（2）航道標(biāo)準(zhǔn)寬度航道標(biāo)準(zhǔn)寬度是指在設(shè)計(jì)最低通航水位下具有航道標(biāo)準(zhǔn)水深的寬度。圖2-6雙線航道：雙線航道的標(biāo)準(zhǔn)寬度保證兩個(gè)對(duì)開(kāi)船隊(duì)安全錯(cuò)船為原則。單線航道：?jiǎn)尉€航道的標(biāo)準(zhǔn)寬度只要能保證單向航行船舶(隊(duì))安全通過(guò)。圖2-6（2）航道標(biāo)準(zhǔn)寬度直線段航道的寬度可用下式計(jì)算：

式中：B——航道標(biāo)準(zhǔn)寬度(m)；

b——設(shè)計(jì)船隊(duì)(或單船)寬度(m)；L——設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度，拖帶船隊(duì)為最大單船長(zhǎng)度(m)；α——航行漂角；Δb——上、下行船隊(duì)間的橫向舷距(m)；D——船舷上航槽邊線的距離(m)。直線段航道的寬度可用下式計(jì)算：2-6航道寬度示意圖2-6航道寬度示意圖影響漂角的因素有：(1)漂角(α)的大小和船舶吃水與航道水深的比值(t/H)成正比，比值越大則漂角越大。(2)水流流態(tài)的好壞直接影響航行漂角，流態(tài)越壞漂角越大，流速越大漂角也越大，且下水船舶的漂角比上水船舶大。(3)船舶(隊(duì))長(zhǎng)度與航道彎曲半徑的比值(L/R)增加，漂角亦隨之增加。反之，則減小。(4)頂推船隊(duì)的方形系數(shù)(L/b)較小時(shí)，產(chǎn)生的漂角較大。影響漂角的因素有：航道富裕寬度：航道富裕寬度是保證船舶安全航行，不產(chǎn)生船吸和岸吸現(xiàn)象的最小寬裕尺度。航道富裕寬度的影響因素：有船型、隊(duì)型、系結(jié)方式；船隊(duì)的航速及推輪的舵效；水流流速、流態(tài)；河岸的土質(zhì)及坡度等。航道富裕寬度：航道富裕寬度參照下式估算：

對(duì)平原、丘陵地區(qū)航道：Δb=0.7b+4D=0.2b+1.2

對(duì)山區(qū)航道：Δb=0.8bD=(0.24-0.33)b(適用于1級(jí)到4級(jí)航道)D=(0.32-0.60)b(適用于5級(jí)到7級(jí)航道)航道富裕寬度參照下式估算：航道標(biāo)準(zhǔn)寬度經(jīng)驗(yàn)值：我國(guó)：約設(shè)計(jì)船隊(duì)寬度的4倍。美國(guó)：一般為5.0-6.0，西歐：一般不小于4.4，國(guó)際航運(yùn)會(huì)議：推薦的比值達(dá)6.0-7.0。船舶彎曲段加寬的原因：船舶在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)，不僅要承受本身的轉(zhuǎn)向力矩、離心力，還要隨受動(dòng)水壓力和掃彎水的作用，船舶必須用較大的漂角來(lái)克服這些作用力。航道標(biāo)準(zhǔn)寬度經(jīng)驗(yàn)值：

（3）航道最小彎曲半徑航道彎曲半徑是指彎曲航道中心線的曲率半徑。航道最小彎曲半徑R是指保證標(biāo)準(zhǔn)船隊(duì)安全通過(guò)彎道的最小彎曲半徑。（3）航道最小彎曲半徑加寬值應(yīng)根據(jù)彎曲半徑、流速、流向、流態(tài)、船隊(duì)長(zhǎng)度及其操作性能等因素來(lái)確定?！逗降勒喂こ碳夹g(shù)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)R>6L，時(shí)，可不考慮彎曲加寬；當(dāng)R<3L時(shí)，需要適當(dāng)加寬。加寬值應(yīng)根據(jù)彎曲半徑、流速、流向、流態(tài)、船隊(duì)長(zhǎng)度

航道最小彎曲半徑取值：它主要與船舶(隊(duì))長(zhǎng)度及(操縱)性能有關(guān)。一般狀況下，取頂推船隊(duì)長(zhǎng)度的3倍拖帶船隊(duì)中最大單船長(zhǎng)度的4倍在彎道采取了加寬措施或流態(tài)較好，駕駛能通視的情況下，彎曲半徑也可適當(dāng)減小，但不得小于頂推船隊(duì)長(zhǎng)度的2倍，拖帶船隊(duì)最大單船長(zhǎng)度的3倍。航道最小彎曲半徑取值：它主要與船舶(隊(duì))長(zhǎng)度及（4）通航凈空通航凈空主要包括凈空高度Hm、凈空寬度Bm、上底寬b和側(cè)高h(yuǎn)，（見(jiàn)圖2-8）。凈空高度：指設(shè)計(jì)最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距離，其數(shù)值應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)船舶(隊(duì))空載的水上高度加富裕值；凈空寬度：指航道底標(biāo)高以上橋墩(橋柱)間的最小凈空，包括標(biāo)準(zhǔn)船舶(隊(duì))的航跡帶寬度和富裕寬度兩部分。（4）通航凈空2-8通航凈空示意圖2-8通航凈空示意圖（三）航道斷面系數(shù)航道斷面系數(shù)是指最低通航水位時(shí)的航道過(guò)水?dāng)嗝媾c標(biāo)準(zhǔn)船舶(隊(duì))標(biāo)準(zhǔn)吃水時(shí)的船中浸水橫斷面的面積之比，即：

式中：ηψ——航道段面系數(shù)；A——設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)，航道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；Aψ——標(biāo)準(zhǔn)吃水時(shí)，船中浸水橫斷面面積。(2-4)（三）航道斷面系數(shù)(2-4)ηψ的經(jīng)驗(yàn)值：一般認(rèn)為ηψ=7最經(jīng)濟(jì)合理當(dāng)ηψ>10時(shí)，斷面形狀對(duì)航道阻力的影響可以忽略不計(jì)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：一般情況，ηψ≥6；對(duì)流速較大的河流，ηψ≥7ηψ的經(jīng)驗(yàn)值：四、航道水流條件

航道內(nèi)的允許流速和允許比降均與船型、功率、載重量、操縱性能、整治措施等有關(guān)，通常應(yīng)通過(guò)實(shí)船試驗(yàn)，綜合比較后確定。航道中的流態(tài)應(yīng)盡可能平順，以保證航行安全。四、航道水流條件航道內(nèi)的允許流速和允許比降均與船型、功一、課題引入

改善天然河道通航條件或提高其通航標(biāo)準(zhǔn)而采取的工程措施統(tǒng)稱為航道工程。二、課題分析

航道工程就針對(duì)河道的影響程度來(lái)說(shuō)一般分為兩大類：

一類是根據(jù)河道特征，因勢(shì)利導(dǎo)，使不利于通航的河段向有利于通航的方向發(fā)展，消除個(gè)別灘險(xiǎn)對(duì)全河通航的影響，而河道本身的自然形態(tài)基本保持不變，屬這一類的航道工程有航道整治工程及航道疏浚工程等。

另一類是采取強(qiáng)制性的工程措施，從根本上改變河道的自然狀態(tài)，使航道水流條件發(fā)生質(zhì)的變化，在長(zhǎng)河段內(nèi)大幅度地改善通航條件，屬這一類的航道工程有所謂渠化工程。課題四航道工程一、課題引入課題四航道工程三、相關(guān)內(nèi)容1.航道整治工程修建整治建筑物，改變和調(diào)整水流結(jié)構(gòu)，利用水流自身的內(nèi)部能量沖深河床，增加航深，或改善灘險(xiǎn)河段的水流流態(tài)，保證航行安全的航道工程。