交通港站與樞紐河流與航道

1、第二章第二章 河流與航道河流與航道 本章介紹了天然河流的形態(tài)特征、河流水力特征、 河流泥沙特征。航道必須具備一定的航行條件，即航道 尺度，根據(jù)航道內(nèi)通過(guò)設(shè)計(jì)船型載重噸位的大小，航道 劃分為七級(jí)。航道的規(guī)劃應(yīng)有科學(xué)的程序，航道工程措 施可分為疏浚工程、航道整治工程、渠化工程、徑流調(diào) 節(jié)和助航措施等。本章還介紹了航道內(nèi)航行船舶的特征 及其編隊(duì)方式、船舶航行阻力與過(guò)灘能力；為船舶航行 指示安全、經(jīng)濟(jì)的航道，常設(shè)置航標(biāo)以標(biāo)示內(nèi)河航道的 方向、界限與障礙物。 第一節(jié) 天然河流的主要特征 河流陸域地表宣泄洪水的通道， 是溪、川、江、河的總稱。 水流 河流 泥沙 河床邊界 沿河長(zhǎng)按不同自然特征，河流劃分為五

2、個(gè)部分： 1、河源河流的起點(diǎn)，即河流最初具有地表水流形態(tài)的地方； 2、上游直接連接河源，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、河口河流的終點(diǎn)。 長(zhǎng)江上游宜昌以上的河段； 中游宜昌至漢口的河段； 下游漢口以下的河段； 一、河流形態(tài)特征一、河流形態(tài)特征（主要指河流的幾何特征幾何特征和地貌特征）地貌特征） 、 河流平面、橫斷面與縱剖面：河流平面、橫斷面與縱剖面： （1）河流的平面形狀）河流的平面形狀（與水下地形相適應(yīng)） 迂回曲折，左右蛇行 原因水流的沖擊作用、河岸土質(zhì)不均勻等 河流的過(guò)度彎曲對(duì)航行及其不利： 大大增加了航行路程； 影響船隊(duì)形式； 增加駕駛操作的困

3、難，甚至由于彎曲過(guò)甚而發(fā)生碰岸事故 山區(qū)河流山區(qū)河流 其平面形態(tài)決定于流經(jīng)地區(qū)的地貌和地質(zhì)特征， 河中常見(jiàn)巨石突起，岸線極不規(guī)則， 急彎卡口眾多，開(kāi)闊段與峽谷段相間出現(xiàn)。 平原河流平原河流 其平面形態(tài)常分為四種： 順直型或邊灘平移型； 彎曲型或蜿蜒型； 分汊型或交替消長(zhǎng)型； 散亂型或游蕩型。 每種類型的前一個(gè)命名指平面形態(tài)，后一個(gè)指演變特征而言， 它們彼此對(duì)應(yīng)。但習(xí)慣上這四種河型，常依次稱為順直型、彎曲 型、分汊型和游蕩型。 順直型河段的主流仍然是彎曲的,河槽中經(jīng)常有泥沙的堆積體, 如邊灘、江心灘、江心洲和沙埂等。很長(zhǎng)的順直河段不多。 彎曲型河段由正反相間、曲率達(dá)到一定程度的彎道和介于其間 長(zhǎng)

4、短不等的過(guò)渡段連接而成。河道向下游蜿蜒蛇行 美國(guó)猶他州格林河段 分汊型河段通常是寬淺水道，中間被沙洲、淺灘分隔 游蕩型河段，河身一般寬窄相間呈藕節(jié)狀。 在窄段，水流平順，對(duì)下游河勢(shì)有一定控制作用。 在寬段，河身寬淺，河灘密布，汊道交織，河床沖淤變化迅速， 主流擺動(dòng)不定。 （2）河流橫斷面）河流橫斷面垂直于水流動(dòng)力軸線的河槽斷面。 山區(qū)山區(qū)河流：常呈形或形斷面。 平原河流平原河流: 河谷開(kāi)闊，地勢(shì)平坦，有深厚沖積層， 不同河段形成不同的橫斷面形狀。 平原河流不同河段橫斷面 a)順直過(guò)渡段拋物線斷面；b)分汊河段馬鞍形斷面； c)游蕩河段不規(guī)則斷面； d)彎曲河段不對(duì)稱的三角形斷面 長(zhǎng)江虎跳峽 赤

5、水河某淺灘 （3）河流的縱剖面 深槽與淺段交替出現(xiàn)的波形線 河流的縱剖面形狀 深槽位于河灣部分且接近凹岸； 形成原因河流本身具有彎曲的特性，在 彎曲 河段水流對(duì)其凹岸沖刷力強(qiáng)。 淺段位于相鄰兩深槽之間； 形成原因兩彎段之間比較直的河段，一般水 流沖刷力較弱，使泥沙淤積形成淺灘。 、河流階地臺(tái)階狀地貌 河流階地按其結(jié)構(gòu)可分為 以下四類： (1)侵蝕階地IV級(jí)階地（階地由基巖組成） (2)堆積階地I級(jí)、II級(jí)階地（階地由沖擊物組成） (3)基座階地III級(jí)階地（上部為沖擊物，下部為基巖） (4)埋藏階地a 河流階地結(jié)構(gòu) 類型示意圖 、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

6、態(tài)。 河流節(jié)點(diǎn)的兩種類型： （1） 一種是兩岸皆有依托，位置固定，長(zhǎng)年靠流。 （2） 另一種是只有一岸依托，另一岸則是易于沖刷的灘地。 河流節(jié)點(diǎn)的控制作用 所在河段的主流擺動(dòng)； 節(jié)點(diǎn)上下游寬淺河段。 二、河流水力特征二、河流水力特征 河流系統(tǒng)中最活躍、最關(guān)鍵的因素， 開(kāi)發(fā)河流水能資源的主要依據(jù)， 影響河床變形的主導(dǎo)因素 主要包括四個(gè)方面： 水位、流量特征 比降特征 流速特征影響航行的重要因素 流態(tài)特征 三、河流泥沙特征 坡地及溝被侵蝕的巖土 河流泥沙主要來(lái)自 河岸河床被沖刷的巖土 幾何特性 靜態(tài)特性 重力特性 級(jí)配特性 河流泥沙特性 沉降特性 動(dòng)態(tài)特性 運(yùn)動(dòng)特性 沖淤特性 第二節(jié) 航道條件 航

7、道為了組織水上運(yùn)輸所規(guī)定和設(shè)置的船舶航行的通道。 航道必須具備必要的通航條件： 足夠的航道尺度深度、寬度、曲度、凈空 合適的水流條件流速、比降、流態(tài) 川江某航段航道圖 我國(guó)天然河流試行通航標(biāo)準(zhǔn) 航道等級(jí)I級(jí)II級(jí)III級(jí)IV級(jí)V級(jí)VI級(jí)VII級(jí) 淺灘最小 水深（m） 3.22.53.01.82.31.51.81.21.51.01.20.81.0 通航保證 率（%） 9899939790958595809380907590 一、通航保證率 通航保證率是指在規(guī)定的航道水深下，一年內(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。 通航期 二、航道尺度 根據(jù)航道內(nèi)通過(guò)設(shè)計(jì)船型載重噸位的大小，航道分

8、為七級(jí)， 我國(guó)內(nèi)河航道分級(jí)與航道尺度，見(jiàn)表2-2。 航道標(biāo)準(zhǔn)尺度航道標(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。 （設(shè)計(jì)最低通航水位）航道標(biāo)準(zhǔn)水深航道標(biāo)準(zhǔn)水深、航道標(biāo)準(zhǔn)寬度航道標(biāo)準(zhǔn)寬度、航道最小彎曲半徑航道最小彎曲半徑 （設(shè)計(jì)最高通航水位）凈空高度、凈空寬度凈空高度、凈空寬度 通航凈空 （一）航道尺度與水運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益 航道尺度的選擇應(yīng)綜合考慮其必要性、可能性和經(jīng)濟(jì)合理性 航道尺度與成本關(guān)系圖 最佳航道尺度 總成本最小時(shí)對(duì)應(yīng)的航道尺度 （二）航道標(biāo)準(zhǔn)尺度的計(jì)算 、航道標(biāo)準(zhǔn)水深設(shè)計(jì)最低通航水位下航道寬度范圍保證 的最小水深，也稱設(shè)計(jì)航道水深 航道標(biāo)準(zhǔn)水深定義圖 設(shè)計(jì)船型標(biāo)

9、準(zhǔn)設(shè)計(jì)船型標(biāo)準(zhǔn) 吃水吃水(m) H = t + H 富裕水深富裕水深(m) 限制性航道因水面狹窄、斷面系數(shù)小而對(duì)船舶航行 有明顯限制作用的航道，主要指運(yùn)河、渠道和河網(wǎng)地區(qū) 的部分航道。 船型標(biāo)準(zhǔn)吃水設(shè)計(jì)船型在標(biāo)準(zhǔn)載重量時(shí)的吃水； 船型結(jié)構(gòu)吃水（最大吃水）船體結(jié)構(gòu)所能承載的吃水。 最大吃水 標(biāo)準(zhǔn)吃水 富裕水深船舶標(biāo)準(zhǔn)載重時(shí)，船底龍骨下 至航道底的最小安全距離。 影響富裕水深的因素： 1、觸底安全富裕量H1 2、考慮波浪影響的富裕量H2 3、船舶航行下沉量H3 4、考慮水體密度影響的富裕水深H4 5、考慮挖槽回淤影響的富裕量H5 確定富裕水深的方法： 通過(guò)計(jì)算公式 海港航道 H = H1+ H2+

10、 H3+ H4+ H5 內(nèi)河航道 H = H1+ H3 根據(jù)航道等級(jí)，按航道整治工程技術(shù)規(guī)范的規(guī)定選取 航道標(biāo)準(zhǔn)水深H (m)3.0 富裕水深 H 0.20.30.30.40.40.5 沙、泥質(zhì)河床航道富裕水深 石質(zhì)、卵石質(zhì)河床航道富裕水深另增加0.10.2m 、航道標(biāo)準(zhǔn)寬度設(shè)計(jì)最低通航水位下具有航道標(biāo)準(zhǔn)水深 的寬度，也稱設(shè)計(jì)航道寬度。 根據(jù)船舶航行密度和航道條件，設(shè)計(jì)成： 單線航道 雙線航道 討論直線航道、 彎曲航道情況 直線段雙線航道標(biāo)準(zhǔn)寬度： B 2(bcosa+Lsina) b+2D 航跡帶寬度B1 航道富裕寬度B2 B航道標(biāo)準(zhǔn)寬度(m) b設(shè)計(jì)船隊(duì)寬度(m) L設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度(m) a

11、 a航行漂角 b上下行船隊(duì)間 的橫向舷距(m) D船舷距航槽 邊線距離(m) 單線航道： B1 = bcos a +Lsina B2 = 2D 船舶航行時(shí)占用的水域?qū)挾?航行漂角為保持航行的正確方向， 往往使船舶（隊(duì)）縱軸線 與航向保持一定的夾角。 航行漂角示意圖 影響航行漂角影響航行漂角a a 的因素的因素： 1、船舶吃水與航道水深的比值t/H；（ t/H a ） 2、水流流態(tài)；（流態(tài)越壞，漂角越大） 3、船隊(duì)長(zhǎng)度與航道彎曲半徑比值L/R；（ L/R a ） 4、頂推船隊(duì)的方形系數(shù)L/b。（ L/b a ） 確定航行漂角的方法：確定航行漂角的方法： 通過(guò)設(shè)計(jì)船型的實(shí)船試驗(yàn)確定； 按航道工程技

12、術(shù)規(guī)范規(guī)定的范圍在35內(nèi)選取。 航道富裕寬度保證船舶安全航行，不產(chǎn)生船吸和岸吸現(xiàn)象 的最小富裕尺度。包括船隊(duì)間的富裕寬度、 船隊(duì)與航槽邊線間的富裕寬度。 影響航道富裕寬度的因素： 船形、隊(duì)形、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。 航道富裕寬度的確定方法： 通過(guò)設(shè)計(jì)船型的實(shí)船試驗(yàn)確定； 采用經(jīng)驗(yàn)公式估算 我國(guó)目前的直線段航道標(biāo)準(zhǔn)寬度大致是設(shè)計(jì)船隊(duì)寬度的4倍， 隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，這個(gè)比值將會(huì)增大。 彎曲段航道加寬 航道整治工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定 R6L時(shí)，不考慮彎曲加寬 3LR6L時(shí)，根據(jù)水流條件等具體情況確定 通過(guò)實(shí)船試驗(yàn)確定 R3L時(shí)，適當(dāng)加寬 通過(guò)公式計(jì)算

13、 采用直線段航道標(biāo)準(zhǔn)寬度的計(jì)算公式 （其中a的取值采用彎道上的航行漂角） 3、航道最小彎曲半徑 航道彎曲半徑彎曲航道中心線的曲率半徑； 航道最小彎曲半徑保證標(biāo)準(zhǔn)船隊(duì)安全通過(guò)彎道的最小彎曲半徑 航道最小彎曲半徑的取值： 3頂推船隊(duì)長(zhǎng)度 或 4拖帶船隊(duì)中最大單船長(zhǎng)度 在一定條件下，彎曲半徑可適當(dāng)減小，但不得小于： 2頂推船隊(duì)長(zhǎng)度 或 3拖帶船隊(duì)中最大單船長(zhǎng)度 4、通航凈空 凈空高度凈空高度Hm 凈空寬度凈空寬度Bm 上底寬上底寬 b 側(cè)高側(cè)高 h 通航凈空示意圖 凈空高度凈空高度設(shè)計(jì)最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距離； 凈空寬度凈空寬度航道底標(biāo)高以上橋墩（橋柱）間的最小凈空。 三、航道斷面

14、系數(shù) 航道斷面系數(shù)； 設(shè)計(jì)最低通航水位時(shí)的航道過(guò)水?dāng)嗝妫?標(biāo)準(zhǔn)船舶（隊(duì)）標(biāo)準(zhǔn)吃水時(shí)的船只浸水橫斷面面積。 值越小，船舶航行的阻力越大。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果，認(rèn)為 是最經(jīng)濟(jì)合理的 航道工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定： 一般情況， ； 流速較大的河流， 。 A 7 6 7 A 四、航道水流條件（包括流速、比降和流態(tài)） 航道內(nèi)的表面流速、局部比降、垂直航道軸線的橫向流速 不能過(guò)大 瀾滄江河流急流灘船舶過(guò)灘瀾滄江河流急流灘船舶過(guò)灘 第三節(jié) 航道規(guī)劃及航道工程措施 一、航道規(guī)劃 航道規(guī)劃的主要任務(wù) 研究航道開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)意義、社會(huì)價(jià)值及技術(shù)上的可能性； 制定近期和遠(yuǎn)景航道開(kāi)發(fā)方案； 提出適應(yīng)遠(yuǎn)景發(fā)展的航道措施方案； 擬

15、定第一期航道工程項(xiàng)目； 提出運(yùn)河開(kāi)發(fā)方案。 航道工程措施方案應(yīng)包括 （1）根據(jù)綜合利用的要求及河流的自然特點(diǎn)，擬定航道的治 理或開(kāi)發(fā)方式； （2）擬定航道路線； （3）擬定航道及其建筑物的通航標(biāo)準(zhǔn)尺度； （4）擬定改善通航條件的工程措施； （5）分析水工建筑物建成后對(duì)通航條件所產(chǎn)生的影響，提出 航運(yùn)流量及航運(yùn)保證率的要求，提出對(duì)水庫(kù)電站操作的要求。 航道工程項(xiàng)目的完成一般要經(jīng)過(guò)個(gè)階段 二、航道工程措施 航道工程 以延長(zhǎng)通航里程，提高航道標(biāo)準(zhǔn)， 改善通航條件 和保障航道暢通為目的， 包括疏浚、整治、渠化、 運(yùn)河、航標(biāo)、 清障等工程措施的總稱。 1、 航道疏浚工程 采用人力或機(jī)械施工方法， 為拓寬

16、、加深水域而進(jìn)行的 水下土石方開(kāi)挖工程。 2、航道整治工程在河床上修筑專門的整治建筑物或其他工程 措施，誘導(dǎo)水流、改善水流情況，集中水流利用水流本身的力量 沖刷河槽，調(diào)整河槽形態(tài)，增加航道尺度，改善航行條件。 長(zhǎng)江中游界牌水道鎖壩施工 疏浚工程和整治工程不能從根本上改變河流的水文情況， 只是局部性改變河床的形狀以及河中的水流狀態(tài)。 河流基本上處于自由狀態(tài)天然河道。 疏浚工程和整治工程在某些情況下改善航行條件的效果受到限制。 3、 渠化工程在天然河流上，以航運(yùn)開(kāi)發(fā)為主要目的， 修建攔河閘壩和通航建筑物以壅高上游水位， 從而改善航行條件。 渠化工程從根本上改變天然河流的水文情況。 渠化后的航道、人

17、工運(yùn)河人工水道。 船舶過(guò)閘 清 槽 第四節(jié) 船舶及其特征 一、船舶與船隊(duì) （一）船舶 內(nèi)河船舶按有無(wú)動(dòng)力裝置可分為： 機(jī)動(dòng)船船舶帶有動(dòng)力，可以單獨(dú)行駛； 如客船、貨船、拖船、推船 非機(jī)動(dòng)船船舶沒(méi)有動(dòng)力，需由機(jī)動(dòng)船帶動(dòng)引駛； 如駁船、躉船。 新型船舶 集裝箱運(yùn)輸船 高速水翼船 （二）船隊(duì) 在內(nèi)河上常見(jiàn)的運(yùn)輸方式為船隊(duì)運(yùn)輸，由多個(gè)駁船編在一起， 由機(jī)動(dòng)船帶動(dòng)。 船隊(duì)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸成本低、運(yùn)量大、減少貨物中轉(zhuǎn)和倒載 船隊(duì)按編隊(duì)方式可分為： 拖帶船隊(duì)拖輪在前，由纜索拖帶后面的駁船隊(duì) 頂推船隊(duì)推輪在駁船后面，與駁船聯(lián)結(jié)成整體 拖帶船隊(duì)隊(duì)形圖 拖帶船隊(duì)特點(diǎn)：阻力大，運(yùn)價(jià)高； 駁船柔性聯(lián)結(jié)，要求的航道條件

18、低。 整治后京杭運(yùn)河蘇州市河段（拖帶船隊(duì)） 頂推船隊(duì)分為： 普通駁頂推船隊(duì)由普通駁船和推船組成； 特點(diǎn)：阻力小，增加船隊(duì)的穩(wěn)定性； 船員數(shù)量大為減少，編隊(duì)解隊(duì)簡(jiǎn)便 分節(jié)駁頂推船隊(duì)由統(tǒng)一規(guī)格的駁節(jié)，組成的龐大船隊(duì) 特點(diǎn)：改善整體線型，可提高航速； 便于建造，降低造價(jià)； 船型豐滿，增加運(yùn)量； 易于標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，操作性能較好。 頂推船隊(duì)隊(duì)形圖 優(yōu)點(diǎn)：船舶航行阻力??；推船的推進(jìn)效率高；操縱靈活。 缺點(diǎn)：駁船剛性連接，要求航道有較大的彎曲半徑； 在有船閘的渠化河流上，船閘尺度和船隊(duì)尺度彼此 要相互適應(yīng)，否則需要解隊(duì)過(guò)閘，影響運(yùn)輸效益。 分節(jié)駁頂推船隊(duì) 二、船舶航行阻力及過(guò)灘能力 （一）船舶航行阻力 船

19、舶航行時(shí)，作用在船體上阻止船舶運(yùn)動(dòng)的力。 船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)，船體的水線以下部分浸入水中，其余部分則處在空氣中。 通常船舶航行阻力是指船舶的裸體阻力。 影響船舶航行阻力的主要因素： 船型 航速 航道寬度 船舶航行阻力的確定： 半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 按船模測(cè)試結(jié)果換算 （二）船舶的過(guò)灘能力 船舶的過(guò)灘能力 船舶在一定的載重下克服急流險(xiǎn)灘自航過(guò)灘的能力。 2.船舶的最大過(guò)灘能力 船舶過(guò)灘時(shí)，隨流速和比降增大，船舶航行阻力增加，航 速降低，當(dāng)航速降低到一定程度時(shí)，就不能自航過(guò)灘，在這種 極限條件下的過(guò)灘能力為船舶的最大過(guò)灘能力。 3.船舶過(guò)灘能力的計(jì)算 航行阻力 主機(jī)推力主要取決于主機(jī)功率和推進(jìn)器效率， 并與螺旋

20、槳特性、轉(zhuǎn)速有關(guān) 急流險(xiǎn)灘，流態(tài)紊亂，一般計(jì)算結(jié)果與實(shí)際往往有明顯差別， 在重要工程中，需采用實(shí)船試驗(yàn)確定其過(guò)灘能力。 第五節(jié) 航標(biāo)配布 航標(biāo) 用以標(biāo)示航道，引導(dǎo)船舶在航道中 安全方便地行駛的設(shè)施。 由于航道是水域中能保證滿足航行要求的部分， 因而必須用航標(biāo)為船舶提供航行的線路和目標(biāo)、水深和航道界限， 指明危險(xiǎn)物位置和某些特定區(qū)域以及是否允許通行等。 航標(biāo)對(duì)發(fā)揮航道的運(yùn)輸能力起著重大的作用。 航標(biāo)分類 按設(shè)置的地區(qū)不同分為：海區(qū)航標(biāo)、內(nèi)河航標(biāo)。 按設(shè)置的位置不同分為：岸標(biāo)、浮標(biāo)。岸標(biāo)主要用以指示航 道方向。浮標(biāo)用以指示航道的界限。 按性能不同可分為三種： 視覺(jué)航標(biāo)：又稱目視航標(biāo)，供駕駛?cè)藛T通過(guò)觀察辨明水域， 確定船位，是最常見(jiàn)的航標(biāo)。 音響航標(biāo)：可在霧、雪等能見(jiàn)度低的天氣中向附近航船按規(guī) 定聲響鳴叫，以示明障礙物和危險(xiǎn)，包括霧鐘、霧號(hào)、霧哨等。 無(wú)線電航標(biāo)：是發(fā)射無(wú)線電波供船舶接收以測(cè)定船位的設(shè)施， 包括無(wú)線電指向標(biāo)，無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)、雷達(dá)應(yīng)答器和雷達(dá)指向標(biāo) 等。 一、內(nèi)河航標(biāo) 1、內(nèi)河航標(biāo)船舶在內(nèi)河航道安全航行的重要助航設(shè)施。 2、內(nèi)河航標(biāo)的主要功能：標(biāo)示內(nèi)河航道的方向、界限與障礙物， 為船舶航行指示安全、經(jīng)濟(jì)的航道。 3、常用內(nèi)河航標(biāo)的分類： 航行標(biāo)志 信號(hào)標(biāo)志 專用標(biāo)志 決定河流左、右岸的原則： 按水流方向確定河流的上、下游，面向河流