航道工程学 第12章 绪论 河流与航道.ppt
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1、航道工程学航道工程学授课教师授课教师:Waterway Engineering课 程 安 排教材:姜萌航道工程水利水电出版社 2011参考书:程昌华航道工程学 人民交通出版社 詹世富航道工程学II 刘晓平渠化工程人民交通出版社 2009 吴丽华 航道整治人民交通出版社 2011 学时数:5652(理论课)4(实验课)课程性质:港航专业的专业技术课(考查课)课 程 的 特 点课程特点:经验性较强;河流水系各有特点;内容:航道整治、渠化工程、通航建筑物技术标准:以【规范】为准;第一章 绪 论第一节 水运的特点第二节 我国内河航道发展现状和任务交通运输业是国民经济中的一个重要组成部分。现代的交通运输
2、业有五种形式:铁路、公路、水运、航空、管道。第一节 水运的特点第一节 水运的特点【水运】用船舶运输客货的一种运输方式。内河运输;海洋运输【航道】河流、湖泊、水库以及运河和通航渠道的总称。Waterway,Navigation Channel【航道工程】为维持和改善航道的通航条件而采取的工程措施。几个概念:整治、疏浚、渠化、运河、通航建筑物等 水运(内河运输和海运运输)是交通运输业中的一个 重要组成部分。具有的其他运输方式无法比拟的优越性,在国民经济中占有重要地位。我国是一个内河航运资源比较丰富的国家,也是世我国是一个内河航运资源比较丰富的国家,也是世界上最早利用水运的国家之一,近年来我国内河航
3、运建界上最早利用水运的国家之一,近年来我国内河航运建设取得了巨大成就,但内河开发利用得并不充分,多数设取得了巨大成就,但内河开发利用得并不充分,多数河流仍处于自然状态。内河水运主通道总体规划为河流仍处于自然状态。内河水运主通道总体规划为“三三横一纵两网十八线横一纵两网十八线 方案。方案。长长江与世界著名大河比江与世界著名大河比较较河河 流名流名 称称 长长 度度多年平均径流总量多年平均径流总量 水能蕴藏量水能蕴藏量千米千米位次位次亿立方米亿立方米位次位次万千瓦万千瓦位次位次尼罗河尼罗河667066701 18408405 5500050004 4亚马逊河亚马逊河648064802 269300
4、693001 127900279002 2长江长江630063003 3960096003 326800268003 3密西西比河密西西比河602060204 4580058004 4490049005 5刚果河刚果河437043706 614140141402 239000390001 11 内河航道的建设可以密切结合水资源的综合利用、综合开发;防洪、发电、灌溉、供水、渔业及航运水运的优越性 1:三三峡峡船船闸闸2 运输能力(航道的通过能力)大,适宜大宗散货和燃料油料的长途运输;图1-1 顶推船队通过桥区 水运的优越性 2:【与铁路和公路相比较】3 运输成本相对较低;水运成本低的原因?水运成
5、本低的原因?2、燃料动力费用少;3、建设投资和维护管理费用少;1、载重量大,自重比重小。水运的优越性 3:铁路的铁路的1/31/2,公路的,公路的1/101/54、劳动生产率高;4、河流的广泛的分布,使水运可以实现各种不同运输的结合,污染少;河流能达到的地方都可以实现水运;大、中、小;长、中、短途相结合;水运的优越性 4:此外还包括一下优势;基建投资少基建投资少 ;占地少;占地少;江沿河工业发达地带集装箱运输也有优势;江沿河工业发达地带集装箱运输也有优势;物运达目的地在通航河流岸边时,由水运运输重物运达目的地在通航河流岸边时,由水运运输重大件几乎是无可代替的;大件几乎是无可代替的;水运在现代化
6、国防建设中也起重要作用,是打不水运在现代化国防建设中也起重要作用,是打不烂、炸不垮的交通运输线。烂、炸不垮的交通运输线。二、内河运输的局限性1、水运的技术速度和商务速度都比较低;(适用于运量大而运期要求不高的货物运输)2、水运受自然条件的影响较大;3、水系还自成体系,互不沟通,运输的连续性差;4、对生态的影响。1我国是世界上最早利用水运的国家;大禹时代:(大禹时代:(江、河、淮、济江、河、淮、济)春秋时期:春秋时期:秦朝;秦朝;2内河虽数量可观,但开发利用得并不充分,多数河流仍处于自然状态;第二节 我国内河航运建设的成就 大江大河包括长江(金沙江)、珠江、黑龙江、澜沧江和各大支流上游如湘、资、
7、阮、溜、汉江、东江、西江、北江等,有的整个大支流及大支流的支流如鹅江、涪江、泥江、渠江、乌江、赤水河、南盘江、北盘江、红水河、柳河、都柳江、黔江、郁江等全部位于山区,这些河流在自然条件下,水位暴涨暴落,滩多、坡陡、流急、弯多、曲率半径小,水浅,行船困难。而我国的山区大部又是矿产资料丰富的地区,形成的大宗货物,即资源运输,只有梯级开发渠化了的深水航道运输才具有无比的优势。长江、珠江三角洲和大中型河流及各大支流的中下游,还有几个大湖区如鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖等湖区,河网密布,具有非常丰富的航运资源。3、我国内河航运总体布局规划方案总体布局规划方案引入了水运主通道的概念。水运主通道的界定
8、条件是:1、通航1000吨级以上的船舶(队)的三级航道,部分通航500吨级、运输要求迫切、运量大的跨省(区)的四级航道;2、以承担跨省(区)运输为主,年运量达到1000万吨以上的航道;3、对区域经济发展,重要矿产资源开发及水资源综合利用等有重大促进作用的航道。截至2008年年底,我国内河航道通航里程达12.28万公里,主要分布在长江、珠江和淮河水系,其中,等级航道里程6.11万km,占总通航里程的49.8%;高等级航道里程8821km。截至2007年年底,我国内河拥有生产性泊位3.12万个,其中万吨级以上259个,分布在长江干流255个,珠江4个。我国内河航运发展现状 我国内河航运发展现状 经
9、过多年的建设与发展,长江干线已成为世界上水运最为繁忙和运量最大的河流,西江航运干线已成为沟通西南与粤港澳地区的重要纽带,京杭运河已成为我国“北煤南运”的水上运输大动脉,长江三角洲、珠江三角洲航道网已成为区域综合运输体系的重要组成部分。我国内河水运与国外发达国家的差距 1 内河航道、港口基础设施薄弱。由于历史上对内河航道与港口的投入太少,大多数航道处于自然状态,不少碍航河段未经系统治理,堵航、碍航现象时有发生,影响着内河水运优势的充分发挥;2 结构性矛盾突出,内河高等级航道里程短、数量少、未成网,主要干、支航道没有高标准贯通。内河港口虽然数量不少,但成规模的港口很少,无论是规模、服务能力,还是机
10、械化水平、码头等级,总体上都比较落后,作为运输上的枢纽作用不突出。3 运输船舶平均吨位较小;仅为229吨,与国外发达国家平均吨位1000多吨相比差距较大,运输的低成本优势还没有很好地发挥。我国内河航运总体布局规划方案 在水资源较为丰富的长江水系、珠江水系、京杭运河与淮河水系、黑龙江和松辽水系及其他水系,形成长江干线、西江航运干线、京杭运河、长江三角洲高等级航道网、珠江三角洲高等级航道网、18条主要干支流高等级航道(两横一纵两网十八线、简称2-1-2-18)和28个主要港口布局。我国内河航运总体布局规划方案全国内河航道与港口布局规划实施期 20072020珠江三角洲珠江三角洲高等级航道高等级航道
11、网网长江三角洲长江三角洲高等级航道高等级航道网网两横一纵两网十八线现代化的内河航道网应满足以下要求:现代化内河航道网的要求航道成网,四通八达;全面规划,统一标准;统筹安排,综合利用;更新设施,科学管理。第2章 航道与船型第1节 航道的分类第2节 通航条件第3节 我国内河船舶及其特征 第4节 航道工程及规划第1节 航道的分类航道: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。航道基本尺度:宽度,深度,净空及河弯半径等。航道工程:为了巩固和提高航道尺度,改善通航条件,扩大通航能力,增加通航里程,提高水运经济效益和社会效益,所采取的工程措施称为航道工程。航道工程包括:整治工程,疏浚工程,渠
12、化工程,径 流调节等。【航道的分类:】1、按航道的级别分类航道等级 级级级级级级级浅滩最小深(米)3.22.53.01.82.31.51.81.21.51.01.20.81.0通航保证率()9899939790958595809380907590 根据航道内通过船型载重吨位的大小和航道尺寸的大小,将航道分为7级。【航道的分类】1、按航道的级别分类;2、按航道的管理属性分类;3、按航道的形成因素;4、按航道的通航条件;第2节 通航条件和航道尺度 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称为航道标准尺度。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;(
13、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。航道标准尺度航道标准水深航道标准宽度航道最小弯曲半径通航净空在设计最低通航水位下在设计最高通航水位下一、通航条件【航道标准尺度的计算】、航道标准水深航道标准水深包括:标准吃水和富裕水深图2-1 航道标准水深定义图(1)考虑船舶航行下沉量H1:1.航道标准水深计算(航道设计水深)(2)触底安全富裕量触底安全富裕量H3:(3)考虑波浪影响的富裕量H2:上式:上式:H 最大设计波高;最大设计波高;(4)考虑水体密度影响的考虑水体密度影响的富裕水深富裕水深H4:(5)考虑挖槽考虑挖槽回淤影响的富裕量回淤影响的富裕量H5
14、:富裕量富裕量H5一般取一般取0.30.5m(6)考虑船舶考虑船舶编队引起的吃水变化;编队引起的吃水变化;富裕水深的计算:富裕水深的计算:1.海港航道富裕水深的计算:海港航道富裕水深的计算:2.内河航道富裕水深的计算:内河航道富裕水深的计算:2.航道标准宽度航道标准水深的宽度:单线和双线单线双线2.航道标准宽度(1)直线段单线航道宽度:(2)直线段双线航道宽度:(3)弯曲段航道宽度确定:加宽:加宽:3.影响航道宽度的因素(1)漂移宽度对航迹带宽度的影响(2).航行漂角的选择:航行漂角的选择:弯曲段航行漂角的选择:弯曲段航行漂角的选择:(3)航行漂角的影响因素:(4)航道标准宽度计算航道富裕宽度
15、影响航道富裕宽度因素:船型,队型;航速;水流流速;河岸组成等3.航道最小弯曲半径与船队的长度和操纵性能相关与船队的长度和操纵性能相关3.航道最小弯曲半径与船队的长度和操纵性能相关与船队的长度和操纵性能相关主要方法:(1)调查了解自然河道航道尺度;(2)对碍航浅滩进行整治;(3)总结整治经验;(4)分析计算航道尺度;(一)技术可能性 天然航道水深论证:(二)经济合理性图图2-2 2-2 航道尺度与成本关系图航道尺度与成本关系图最佳航道尺度最佳航道尺度工程成本工程成本运输成本运输成本天然航道水深论证:第3节 通航净空尺度1 水上过河建筑物选址、布置和通航净空尺度选址:河床稳定、水深充裕,水流条件好
16、通航净空主要确定内容:主要包括:净空高度;净空宽度;上底宽;侧高;2 水上过河建筑物通航净空尺度确定内河通航标准规定需注意几个问题:(1)桥孔内不得会船;(2)限制性航道应一跨通过;(3)桥轴线法向方向和水流流向夹角不超过5;航道断面系数:2.4 航道断面系数的计算断面系数:航道断面系数:是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:设计最低通航水位时,航道过水断面面积;标准吃水时,船中浸水横断面面积;2.5 通航水流条件1、水流条件对船舶航行的影响(1)水流流速(2)水面比降(3)水流流向(4)水流流态(2)横向流速不能过大,否则将船舶推离航道。(1)
17、表面流速、局部比降不能过大,船舶推力应能克服航行阻力。(3)要有适于航行的流态。水流阻力: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。坡降阻力:2、通航水流条件的要求船闸上下引航道进出口、取水工程的进口及排水工程出口处,航道横向流速不宜超过0.3ms,回流流速不宜超过0.4ms。3、通航水流条件确定标准山区性河流航道内的最大纵向表面流速和局部比降,应能满足标准船舶(队)自航上滩的要求。航道整治工程技术规范4、航道整治通航水流条件航道水流条件一般应符合以下条件:补充:补充:船舶航行阻力及过滩能力船舶航行阻力及过滩能力(一)船舶(一)船舶航行阻力航行阻力 指船舶航行时,作用在船体上阻
18、止船舶运动的力。指船舶航行时,作用在船体上阻止船舶运动的力。船舶运动时,船体的水线以下部分浸入水中,其余部分船舶运动时,船体的水线以下部分浸入水中,其余部分则处在空气中。则处在空气中。船舶的船舶的 过滩能力过滩能力1.船舶的过滩能力船舶的过滩能力:克服急流滩险的自航过滩的能力克服急流滩险的自航过滩的能力2.船舶的最大过滩能力船舶的最大过滩能力:极限条件的过滩能力极限条件的过滩能力3.过滩能力的计算:过滩能力的计算:航行阻力航行阻力,主机推力,主机推力2.6 我国内河船舶现状1、船舶 (1)内河船舶分为自航船和非自航船。自航船:如货船、拖船、推轮、客轮。非自航船:如驳船、趸船、部分工程船舶 (2
19、)内河货运船舶分为:分节驳、普通驳船、机动驳船、普通货船、内河集装箱船及江海直达船等。内河集装箱船上海港集装箱码头 赤水河简易货船 三峡船闸 普通货船自航船自航船和和非自航船非自航船自航船自航船和和非自航船非自航船自航船自航船和和非自航船非自航船自航船自航船和和非自航船非自航船编队航行的优点:运量大,比单船行驶运输单价低。(2)顶推舰队:推轮在驳船后面,与驳船联结成整体。由多个驳船编在一起,由机动船带动。2 船队:(1)拖带船队:拖轮在前,由缆索拖带后面的驳船队。编队方式:特点:(1)阻力大,运价高,(2)软联结,要求的航道条件低,Rmin较顶推船队小。(1)拖带船队逆流:多采取单排并列式顺流
20、:多采取单排一列式(2)顶推船队 普通驳顶推船队 分节驳顶推船队:由统一规格的驳节组成 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。注:分节驳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。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 2.7 航道规划及航道工程措施一 航道规划航道规划应经过的6个阶段:航道工程规划是水运规划的重要组成部分,主要任务研究航道开发的经济可行性、社会价值及技术上的可能性,制定近期与远景航道开发方案,并根据远景货流及运输组织适应远景发展的航道措施方案,拟定第一期航道工程的项目。
21、1、预可行性研究阶段(1)河流自然资料的收集;(2)航道资料的收集;(3)经济营运资料的收集;(4)船舶资料的收集;(5)港口资料的收集;(6)港口资料的收集;第一步资料收集2、工程可行性研究阶段(1)水文、气象等资料的收集和观测;(2)地质、地貌资料的收集与勘察;(3)地形资料的收集和测绘;(4)滩险演变与碍航资料的收集;按规定收集资料3、初步设计阶段(1)年际变化较大的浅滩地形资料的测量;(2)滩险河段比降、流速、流态的测量;4、科学试验研究阶段(1)浅滩整治试验;(2)河工模型试验,船模航行试验和数值分析计算;5、施工图设计阶段(1)施工图为12年地形测图或当年图;(2)施工区地形图可采
22、用不同比例尺;(3)收集施工船舶和施工机具的施工方法,施工组织设计;施工图满足要求6、施工阶段(1)施工区河床地形和水文变化资料;(2)工程设计变更资料;(3)补充专项试验研究资料等;(4)已建整治建筑物附近河床变形观测和分析;(5)船舶、环境、工程招投标相关图纸、质量检验、中间验收、施工安全检查等。二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
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