第1章 河流与航道.ppt

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1、第一章 河流与航道航道整治航道整治 一、河流形态特征一、河流形态特征 1.河流横断面与纵剖面河流横断面与纵剖面（1）河流横断面 山区河流：常呈形或形断面。平原河流:河谷开阔、平坦，有深厚冲积层，不同河段形成不同的横断面形状。（2）河流纵剖面）河流纵剖面 第一节第一节 天然河流的主要特征天然河流的主要特征 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：a处、河流阶地、河流阶地 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：两岸皆有依托，位置固定，长年靠流。只有一岸依托，另一岸则是易于冲刷的滩地。（2）河流

2、节点的控制作用、河流节点、河流节点三、河流泥沙特征三、河流泥沙特征 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 二、河流水力特征二、河流水力特征 主要包括四个方面：（1）水位、流量特征；（2）比降特征；（3）流速特征；（4）流态特征。一、通航水域与航道一、通航水域与航道 第二节第二节 航道与航道分类航道与航道分类 1广义的航道：与河道或基本航槽同(waterway)2狭义的航道：航槽（navigation channel）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。二、航道分类二、航道分类 （一）按航道的级别分 1等级航道：我国划分

3、级航道。2等外级航道：通航标准低于级的航道。1国家航道国家航道 系指构成国家航道网、可通航500吨级以上船舶的内河干线航道，跨省、自治区、直辖市可常年通航300吨级以上船舶的内河干线航道，可通航3000吨级以上海船的沿海于线航道，以及对外开放的海港航道和国家指定的重要航道。2地方航道地方航道 系指可以常年通航300吨级以下船舶的内河航道，可通航3000吨级以下海船的沿海航道，地方沿海中小港口间的短程航道，非对豌开放的海港航道，以及其他属于地方航道主管部门管理的航道。3专用航道专用航道 系指由军事、水利电力、林业、水产等部门以及其他企事业单位自行建设和使用的航道。（二）按航道的管理属性分（二）按

4、航道的管理属性分 1内河航道 是河流、湖泊、水库内的航道以及运河和通航渠道的总称。（1）天然的内河航道又可分为：山区航道、平原航道、潮汐河口航道、湖区航道等等。（2）湖区航道又可进一步分为：湖泊航道湖泊航道：位于常年湖泊范围内的航道；河河湖湖两两相相航航道道：位于高水位为期泊、低水位时为河流的水域内的航道；滨湖航道滨湖航道：靠近湖泊、受湖水顶托影响的河流航道。（三）按按航道所处地域划分（三）按按航道所处地域划分 2沿海航道 沿海航道原则上是指位于海岸线附近，具有一定边界可供海船航行的航道。（四）按航道形成的因素划分（四）按航道形成的因素划分 1天然航道 2人工航道 3渠化航道（五）按航道的通航

5、件件划分（五）按航道的通航件件划分 1依通航时间长短，可分为：（1）常年通航航道 （2）季节通航航道2.依通航限制条件有无和大小，可分为：（1）单行航道，（2）双行航道；（3）限制性航道:即由于水面狭窄、断面系数小等原因，对船舶航行有明显的限制作用的航道，包括运河、通航渠道、狭窄的设闸航道、水网地区的狭窄航道，以及具有上述特征的滩险航道等。（五）按航道的通航件件划分（五）按航道的通航件件划分 1依通航时间长短分 2.依通航限制条件有无和大小3依通航船舶类别，可分为：（1）内河船航道:是指只能供内河船舶或船队通航的内河航道；（2）海船进江航道:是指内河航道中可供进江海船航行的航道，其航线一般通过

6、增设专门的标志辅以必要的“海船进江航行指南”之类的文件加以明确；除上述分类方法外，航道还可按所处特殊部位分别定名的，如桥区航道、港区航道、坝区航道、内河进港航道、海港进港航道等。(1)足够的水深、宽度和弯曲半径；足够的水深、宽度和弯曲半径；(2)足够的水上净空，包括净空高度和净空宽度；足够的水上净空，包括净空高度和净空宽度；第三节第三节 航道条件航道条件 (3)合适的水流条件，包括流速、比降和流态。合适的水流条件，包括流速、比降和流态。武汉长江二桥水域维护航标赤水河葫市滩空驳上滩一、航道必须具备必要的通航条件一、航道必须具备必要的通航条件二、航道标准尺度二、航道标准尺度 在设计通航期内，航道能

7、保证设计船型（船队）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。安全航行的最小尺度。包括：包括：（1）在设计最低通航水位下的航道保证水深、）在设计最低通航水位下的航道保证水深、航道保证宽度、航道最小弯曲半径；航道保证宽度、航道最小弯曲半径；（2）在设计最高通航水位时跨河建筑物的下的）在设计最高通航水位时跨河建筑物的下的净空高度和净空宽度。净空高度和净空宽度。1航道标准水深（航道设计水深）的定义航道标准水深（航道设计水深）的定义 设计最低通航水位下的航道范围内保证的最小水深。（一）航道标准水深（一）航道标准水深 2航道标准水深的计算航道标准水深的计算 HtH 式中：H航道标准水

8、深(m)；t设计船型标准吃水(m)；H富裕水深(m)Ht H 2航道标准水深的计算航道标准水深的计算 (1)船型标准吃水与结构吃水船型标准吃水与结构吃水t 设计船型标准吃水设计船型标准吃水：指设计船型在标准载重量时的吃水。最大吃水最大吃水(结构吃水)：船体结构所能承载的吃水称，大于标准载重时的标准吃水。(2)富裕水深富裕水深H 船舶在标准载重时，船底龙骨下至河底的最小安全距离。富裕水深应考虑以下因素：富裕水深应考虑以下因素：触底安全富裕量H1考虑波浪影响的富裕量H2船舶航行下沉量H3考虑水体密度影响的富裕水深H4考虑挖槽回淤影响的富裕量H5（一）航道标准水深（一）航道标准水深 （一）航道标准水

9、深（一）航道标准水深(3)富裕水深的计算富裕水深的计算 触底安全富裕量触底安全富裕量H1:考虑波浪影响的富裕量考虑波浪影响的富裕量H2 船舶航行下沉量船舶航行下沉量H3 考虑水体密度影响的富裕水深考虑水体密度影响的富裕水深H4 (见表2-5)包括船舶装载不均匀、水深测量误差的影响(见表2-3)。v船舶相对于水的速度(ms)；m系数，见表。考虑挖槽回淤影响的富裕量考虑挖槽回淤影响的富裕量H5 （一）（一）航道标准水深航道标准水深（4）富裕水深的确定：富裕水深的确定：内河航道一般可只考虑内河航道一般可只考虑 H触底安全富裕量触底安全富裕量H1船舶航行下沉量船舶航行下沉量H3 也可直接按航道等级选取

10、也可直接按航道等级选取 航道标准水深H(m)1.51.53.03.0富裕水深H(m)0.20.30.30.40.40.5（5）浅水吸底现象浅水吸底现象 船舶在浅水区航行时，船底和航道底面之间现成了明显的水流加速区，船 底水流的压力将比深水时小，因此船底下座吃水增加。对限制性航道，要求 H/T1.51.6。（二）航道标准宽度（二）航道标准宽度航道宽度航迹带宽度安全富裕宽度航道宽度航迹带宽度安全富裕宽度 单线航道宽度：双线航道宽度：（二）航道标准宽度（二）航道标准宽度1航迹带宽度：航迹带宽度：式中：b设计船队（或单船）宽度(m)；L设计船队长度，拖带船队为最大单船长度(m)；a航行漂角；反应船队的

11、操作性能和航行条件对航迹宽度的影响。2航行漂角航行漂角 （1 1）漂角的定义）漂角的定义 ：船舶为了保持航行的正确方向，往往使船舶（队）纵轴线与航向线保持一定的夹角，即为航行漂角。（2）影响漂角的因素：）影响漂角的因素：漂角()的大小和船舶吃水与航道水深的比值(t/H)成正比。水流流态的好坏直接影响航行漂角，流态越坏漂角越大，流速越大漂角也越大，且下水船舶的漂角比上水船舶大。船舶(队)长度与航道弯曲半径的比值(L/R)增加，漂角亦随之增加。反之减小。顶推船队的方形系数(L/b)较小时，产生的漂角较大。（二）（二）航道标准宽度航道标准宽度2航行漂角航行漂角（3）直线段航行漂角的选取）直线段航行漂

12、角的选取 漂角的大小可通过设计船型的实船试验确定，或按航道工程技术规范规定的范围(35)内选取；一般情况下，航道标准高，取值较大；航道标准低，取值较小。（4）弯曲段航行漂角的选取）弯曲段航行漂角的选取（1）漂角的定义）漂角的定义：（2）影响漂角的因素：）影响漂角的因素：（二）（二）航道标准宽度航道标准宽度（1）为了扩大航道的通过能力，一般航道都应满足上下水船舶交会的要求，不应设计为单线航道。3、单线、双线航宽的选择、单线、双线航宽的选择（2）在天然河流，有以下几种情况，虽然局部滩段不能会船，但不影响整个河段的双线通航，这类航道也不算单线航道。有些滩险河段，有一段较短的狭窄航道，只能满足单行要求

13、，船舶不在此交会，若通视条件好，上行船舶可在滩下稍加等候，下行船过后即可上驶。有些滩段航道较窄，但能满足一般船舶交会，仅对极少数大型船队不能满足，而这种大型船队在此段交会的机遇极少。较长的狭窄河段，为节省工程投资，经分析论证后在中间设置会船段。我国天然河流航道，除局部设信号台控制的河段外，基本符合上述情况，因此我国天然河流航道，除局部设信号台控制的河段外，基本符合上述情况，因此一般航道基本满足双线通航要求。一般航道基本满足双线通航要求。（三）航道最小弯曲半径（三）航道最小弯曲半径（1）航航道道弯弯曲曲半半径径：指弯曲航道中心线的曲率半径。航道最小弯曲半径R 是指保证标准船队安全通过弯道的最小弯

14、曲半径。1航道最小弯曲半径航道最小弯曲半径（2）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。2.弯道加宽计算弯道加宽计算（1）弯道加宽的情况）弯道加宽的情况有些困难弯道因受河道地形限制，不能满足要求的最小弯曲半径，则应采取航道加宽措施。航道整治工程技术规范(JT312-98)规定：“航道弯曲宽度应根据弯曲半径、流速、流向、流态、船队长度及其操作性能等因素确定。当R6L时，可不考虑弯道加宽；当R3L时，需要适当加宽；当3LR6L时，可根据水流条件等具体情况确定是否需要加宽”。（2）弯道加宽的计算）弯道加宽的计算加宽值宜通过实船试验确定，或参照下式计算，酌

15、情选取。（四）通航净空（四）通航净空穿越广州市区的珠江 通航净空示意图 通航净空主要包括净空高度通航净空主要包括净空高度Hm、净空宽度、净空宽度Bm、上底宽、上底宽b和侧高和侧高h （五）航道断面系数（五）航道断面系数根据国内外的研究成果，认为=7是最经济合理的。航道尺度与水运经济效益航道尺度与水运经济效益 航道尺度与成本关系 2横向流速不能过大，否则将船舶推离航道。横向流速不能过大，否则将船舶推离航道。四、四、通航水流条件通航水流条件 1.为船舶航行阻力，表面流速和局部比降不能过大，推力应能克服阻力。为船舶航行阻力，表面流速和局部比降不能过大，推力应能克服阻力。3要有适于航行的流态。要有适于

16、航行的流态。水流阻力的大小与船体形态和船舶对水航速有关，阻力与速度的水流阻力的大小与船体形态和船舶对水航速有关，阻力与速度的 平方成正比。平方成正比。坡降阻力：坡降阻力：船船闸闸上上下下引引航航道道进进出出取取水水工工程程的的进进口口及及排排水水工工程程出出口口处处，航航道道横向流速不宜超过横向流速不宜超过0.3ms，回流流速不宜超过，回流流速不宜超过0.4ms。如：如：泡水是一种从河底向上的上升水流。较强的泡水，在水流中形成局部隆起和向四周翻滚的流态，泡水越高，强度越大。大型船舷一般希望泡水高度小于0.40.55m。驾驶中必须迎泡、压泡，不宜随泡漂移。泡水泡水漩水漩水3要有适于航行的流态。要

17、有适于航行的流态。复杂的水流流场 在天然山区河流，因河床地形不规则，当断 面 平 均 流 速 达 到3m/s以上时。各种不良水流流态露出峥嵘面貌，航行困难。驾驶人员需熟悉船舶性能和水流特性谨慎操作。第四节第四节 船舶及其特征船舶及其特征 一、船舶与船队一、船舶与船队 （一）船舶（一）船舶 内河船舶分为内河船舶分为自航船自航船和和非自航船。非自航船。1.自航船：自航船：船舶带有动力，可以单独行驶，如货船、拖船、推轮、客轮。货船：将载货和动力装置融为一体的水上载体，普遍用于沿海的远洋水域的货物运输。上海港集装箱码头 机动驳：简易货船赤水河简易货船 （一）船舶（一）船舶 内河船舶分为内河船舶分为自航

18、船自航船和和非自航船。非自航船。1.自航船：自航船：船舶带有动力，可以单独行驶，如货船、拖船、推轮、客轮。上海打捞局1000t勇士号浮吊 武汉港码头（趸船）2.非自航船非自航船：船舶没有动力，需由机动船带动引驶。如驳船、趸船、部分工程船舶 2003年9月，交通部上海打捞局“勇士”号1000t浮吊船将第一根高8米，重270吨的墩柱安装在东海大桥桥墩上，从此拉开了东海大桥二标海上架梁的序幕。2003年10月6日在全球卫星定位系统的监控下，8台绞锚机同时开足马力，“站”在一个足球场大小的浮吊船上将第一根跨海箱梁架在墩柱上，东海大桥工程开始全面推进。2005年4月27日完成了第360根箱梁的吊装任务。

19、3.新型船舶 4.分节驳（又称组合驳，分节驳（又称组合驳，integrated barge）一端或二端线型为箱型的驳船型式，分节驳玄侧均为直壁式。一、船舶与船队一、船舶与船队 （一）船舶（一）船舶。半分节驳。半分节驳 。全分节驳全分节驳分节驳和普通驳对队形式a)全分节驳队；b）半分节驳队；c)普通驳队（二）船队（二）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。1编队航行的优点：运量大，比单船行驶运输单价低 2编队方式：拖带船队，普通驳顶推船队，分节驳顶推船队 （1）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（2 2）

20、顶推舰队：）顶推舰队：推轮在驳船后面，与驳船联结成整体推轮在驳船后面，与驳船联结成整体 普通驳顶推船队普通驳顶推船队 特点：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 分节驳顶推船队：分节驳顶推船队：由统一规格的驳节，组成的庞大船队 特特点点：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。长航无人驳管理公司长航无人驳管理公司 1974年，为扭转长江运输成本高于铁路的局面，原长江航运管理局根据交通部指示，开始了无人驳的研制和试验工作。1976年实船试验，1978年开始批量建造，特别是1981年引进美国德拉孚公司的2000吨

21、级无人驳后，长江无人驳运力得到迅猛发展。目前，长航货运总公司拥有无人驳343艘，运力达62万吨，占长航货运总运力的三分之一，在长航货运内河运输中起着举足轻重的作用。作为长江航运先进运输生产工具的无人驳，具有投入少、产出多、效益好的优势，代表当今国际内河航运的发展方向。长航无人驳管理公司长航无人驳管理公司 其特点表现为：（1）技术上优在“分”字。目前无人驳大多为分节驳型，即：港内作业分“小”，运输组队合“大”，故船舶周转较快，单船载货吨位大、方形系数大、货仓尺寸大、船体尺寸小，单船造价与同级别有人驳相比可降低20%。组队为矩阵，纵成列横成排，采用短缆系结，编队简单。整队载量大，线型好，水阻力减少

22、，操作性能优于其它队型。（2）生产上优在“大”字。由于无人驳类型和数量较多，形成了运力大规模，驳船大吨位，推轮大功率，船舶高效率。由2000吨级分节驳与4413KW推轮组成的“中国内河第一船队”运量高达4万吨，船队面积有两个足球场大。（3）经济效益优在“省”字。无人驳整队线型好，航行阻力可减少20%，油耗下降20%，驶航成本因省油而大为降低。使用无人驳还节省了大量的人工成本。（4）安全上优在“稳”字。无人分节驳为深漕驳，货仓重心低，稳性好，抗风浪能力强。三、我国内河运输船舶现状与规划（以长江水系为例）（以长江水系为例）在水系运输船舶中，驳船载重吨约占全部船舶载重吨的55，而中长轮总更为突出，约

23、占90以上；其次为机驳船和挂桨机船，在个体联户中，这两种船占了绝大比重。由于长江水系上中下游航道条件不同，中上游船舶吃水较小，但型宽较大，下游船舶一般较深、窄，包括江南水网，船舶吃水也较深。从营运组织上看，也有明显区别，中上游300吨级以上船舶一般均采用顶推，下游江、浙、沪、皖等则以拖带为主，长江干线则全部采用顶推方式，其中分节驳顶推已占相当比重，目前约为30多。运输船舶包括了中国长江轮总公司(以下简称中长总)和十四个省市全社会(含交通部门、非交通部门和个体联户)运输舶。据不完全统计，20世纪90年代中期全水系约有各类运输船舶20余万艘，1200余万载吨，除长江干线外，其余支、小河流仅有少量3

24、001000吨级船舶在航行，而绝大部分为100吨级以下船舶。内河运输船舶的标准化、系列化内河运输船舶的标准化、系列化 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。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。第五节第五节 通航保证率与通航标准通航保证率与通航标准 一、通航保证率一、通航保证率 二、我国天然河流通航标准二、我国天然河流通航标准第一章总则第一章总则第二章航道的等级划分和尺度第二章航道的等级划分和尺度第三章船闸第三章船闸第四章过河建筑物第四章过河建筑物第五章通航水位第五章通航水位航道等航道等级级级级级级级级级级级级级级级级浅浅滩滩最小深最小深(m(m）3.23.

25、22.52.53.03.01.81.82.32.31.51.51.81.81.21.21.51.51.01.01.21.20.80.81.01.0通航保通航保证证率率(）98989999939397979090959585859595808093938080909075759090内河通航标准内河通航标准（GB50139-2004）：2004年3月1日由建设部发布，2004年5月1日正式实施。习题习题1、根据提供资料，求澜沧江三道拐滩设计航道标准尺度。、根据提供资料，求澜沧江三道拐滩设计航道标准尺度。船舶吨船舶吨级级(DWT)总长总长(m)型型宽宽(m)型深型深(m)满载满载吃吃水水(m)备备 注注100t机机动驳动驳35.96.00.9300t机机动驳动驳47.87.82.31.6300t集机集机驳驳47.88.02.31.61518TEU150t客船客船40.06.51.71.080100客位客位设计代表船型设计代表船型