第二章航道与航道尺度

1、第二章 航道与航道尺度 第一节 河流与航道 第二节 航道尺度与航行条件 第三节 航道通过能力1、河流形态特征、河流形态特征2、河流水文泥沙特征河流水文泥沙特征3、河流演变特征河流演变特征4、航道航道第一节 河流与航道1、河流形态特征、河流形态特征2、河流水文泥沙特征河流水文泥沙特征3、河流演变特征河流演变特征4、航道航道1、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。 河流横断面与纵断面 河流横断面: 垂直于水流动力轴线的河槽断面。 山区河流常呈V形或U形； 第一节 河流与航道a)顺直过渡段；b)分汊段；c)游荡段；d)弯曲段第一节 河流与航道平原河流不同河段

2、又形成顺直过渡段、 分汊段、 游荡段、 弯曲段。河流纵断面: 深槽与浅段交替出现的波形线。第一节 河流与航道河流阶地 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。河流节点 由抗冲性较强的凸岸形成，并对河势变化起控制作用的河岸形态。 第一节 河流与航道2、河流水文泥沙特征 水文特征： 水位特征 流量特征 比降特征 流态特征 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、冲淤特性山区河流：洪、枯季流路不一致，一般呈洪淤枯冲的周期性化；平原河流：河床的往复变形。3、河流演变特征第一节 河流与航道4、航道 “规定规定”：在图纸上画定或在现场以标

3、志标出；：在图纸上画定或在现场以标志标出； “设置设置”：用疏浚或建筑物导治而形成的航道。：用疏浚或建筑物导治而形成的航道。 航道的定义 广义的航道：水道或河道整体(waterway) 狭义的航道：航槽（navigation channel） 为了组织水上运输所规定规定或设置的船舶（包括船拖木排）航行的通道称为航道。第一节 河流与航道l 按航道的级别分按航道的级别分 等级航道：我国划分等级航道：我国划分级航道。级航道。 等级外航道：通航标准低于等级外航道：通航标准低于级的航道级的航道 。国家航道国家航道l 按航道的管理属性分按航道的管理属性分地方航道地方航道 专用航道专用航道 系指由军事、水利

4、电力、林业、水产等部门以及其他企事系指由军事、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。业单位自行建设和使用的航道。 航道的分类第一节 河流与航道 内河航道 河流、湖泊、水库内的航道以及运河和通航渠道的总称。 l 按航道所处地域划分按航道所处地域划分 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。l 按航道形成的因素划分按航道形成的因素划分 天然航道 人工航道 渠化航道第一节 河流与航道人工航道人工航道天然航道天然航道渠化航道渠化航道l 按航道的通航条件划分按航道的通航条件划分 依通航时间长短分依通航时间长短分： 常年通航航道、 季节通航航

5、道依通航限制条件有无和大小，可分为：依通航限制条件有无和大小，可分为： 单行航道 双行航道 限制性航道 依通航船舶类别，可分为：依通航船舶类别，可分为： 内河船航道内河船航道 海轮进江航道海轮进江航道 第一节 河流与航道1、设计通航水位与通航保证率设计通航水位与通航保证率2、浅滩上设计水位的确定方浅滩上设计水位的确定方法法3、航道尺度、航道尺度第二节 航道尺度与航行条件第二节 航道尺度与航行条件1、设计通航水位与通航保证率设计最低通航水位 航道标准水深的起算水位，是航道整治规划、工程设计及施工的基本依据。 设计最高通航水位 设计代表船型正常航行的最高水位，也是确定桥梁等跨河建筑物净高的起算水位

6、。l 水文站与浅滩之间无拦河闸坝，两者水位涨落、纵比降大致相近。l 无大的支流汇入或无大引水工程。l 相距不能太远。l 具有连续实测多年（20年以上）水文资料基本水文站选择基本水文站选择设计最低通航水位第二节 航道尺度与航行条件天然河流最低通航水位天然河流最低通航水位 不受潮汐影响河段不受潮汐影响河段潮汐影响明显河段潮汐影响明显河段考虑船舶乘潮进港径流与潮流相互作用的河口段第二节 航道尺度与航行条件（1）采用保证率频率法（）采用保证率频率法（14级航道）级航道） （2）综合历时曲线法（）综合历时曲线法（57级）级） 图图2-1 频率曲线频率曲线 图图2-2 综合历时曲线综合历时曲线 不受潮汐影

7、响河段不受潮汐影响河段第二节 航道尺度与航行条件天然河流最低通航水位天然河流最低通航水位 不受潮汐影响河段不受潮汐影响河段 ：保证率频率或综合历时曲线保证率频率或综合历时曲线潮汐影响明显河段潮汐影响明显河段 ：考虑船舶乘潮进港 ：径流与潮流相互作用的河口段 第二节 航道尺度与航行条件低潮累积频率为低潮累积频率为90%的潮位的潮位乘潮潮位累积频率曲线设计最高通航水位 u设计最高通航水位洪水重现期设计最高通航水位洪水重现期 流量频率法流量频率法 历时频率法历时频率法 u最高通航水位的推求方法最高通航水位的推求方法第二节 航道尺度与航行条件特殊河道设计水位特殊河道设计水位 1）排、灌、引水渠道设计水

8、位的确定 2）运河及河网航道设计水位的确定 通航保证率通航保证率 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。 水利枢纽的上、下游设计水位水利枢纽的上、下游设计水位第二节 航道尺度与航行条件1、设计通航水位与通航保证率设计通航水位与通航保证率2、浅滩上设计水位的确定方法浅滩上设计水位的确定方法3、航道尺度航道尺度第二节 航道尺度与航行条件2、浅滩上设计水位的确定方法、浅滩上设计水位的确定方法 水位相关法水位相关法 第二节 航道尺度与航行条件比降插入法比降插入法 比降均匀插入法示意图比降均匀插入法示意图 比降不均

9、匀插入法示意图比降不均匀插入法示意图 1211LLZZZZZZZZZZZZZ121121第二节 航道尺度与航行条件2、浅滩上设计水位的确定方法、浅滩上设计水位的确定方法 瞬时水位法瞬时水位法 观测一段时间的水文算出浅滩与基本站同瞬时的落差关系，即可求出浅滩设计水位。 第二节 航道尺度与航行条件2、浅滩上设计水位的确定方法、浅滩上设计水位的确定方法 1、设计通航水位与通航保证率设计通航水位与通航保证率3、航道尺度航道尺度2、浅滩上设计水位的确定方法浅滩上设计水位的确定方法第二节 航道尺度与航行条件 优良航道优良航道通航条件通航条件足够的航道尺度足够的水上净空合适的航道水流条件3、航道尺度第二节

10、航道尺度与航行条件在设计通航期内，航道能保证设计船型（船队）安全航行在设计通航期内，航道能保证设计船型（船队）安全航行的最小尺度。的最小尺度。u航道水深航道水深u航道宽度航道宽度u弯曲半径弯曲半径航道尺度第二节 航道尺度与航行条件 设计最低通航水位时，满足标准载重船舶设计最低通航水位时，满足标准载重船舶（队）安全通航所必须保证的航道最小水深。（队）安全通航所必须保证的航道最小水深。u航道标准水深（航道设计水深） H tH 式中：式中： t设计船型标准吃水设计船型标准吃水(m)； H富裕水深富裕水深(m)，标准载重静浮时，船底龙标准载重静浮时，船底龙骨下至河底的最小安全距离。骨下至河底的最小安全

11、距离。航道尺度航道尺度第二节 航道尺度与航行条件富裕水深富裕水深 H 触底安全富裕量触底安全富裕量H2 : 船舶航行下沉量船舶航行下沉量H1 （动吃水）（动吃水）: 23vHtmH 式中：v船舶相对于水的速度(m/s)； m系数，见表1-6。 富裕水深富裕水深H也可直接按航道等级选取也可直接按航道等级选取 表表1-7对限制性航道，要求 H/t1.61.7海港还应考虑波浪影响的富裕量 、水体密度影响的 富裕水深 、挖槽回淤影响的富裕量 u航道标准水深 第二节 航道尺度与航行条件H1 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 双线航道宽度：双线航道宽度：DbLbB2)sinco

12、s2（u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。第二节 航道尺度与航行条件单线航道宽度：单线航道宽度：DLbB2sincos 航行漂角航行漂角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。 u航道标准宽度第二节 航道尺度与航行条件富裕宽度富裕宽度b：船队间的富裕宽度 防止船吸D：船队与航道边缘的富裕宽度 防止岸吸富裕宽度通过设计船型的实船试验

13、确定，或按经验估算。u航道标准宽度第二节 航道尺度与航行条件 定义：定义：指弯曲航道中心线的曲率半径，是指保证标准船队安全通过弯曲航道的最小弯曲半径。 l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。u航道最小弯曲半径l特殊情况下，R可减小，但不小于顶推船队长度的2倍，或拖带船队中最大单船长度的3倍作为航道最小弯曲半径。第二节 航道尺度与航行条件 弯道加宽弯道加宽l弯道加宽的情况弯道加宽的情况 航道整治工程技术规范(JTJ-2003)规定： 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

14、宽。 l弯道加宽的计算弯道加宽的计算 宜通过实船试验确定， 参照 计算。 )2/(B2BRL有些困难弯道因受河道地形限制，不能满足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，可采取什么措施要求的最小弯曲半径，可采取什么措施？u航道最小弯曲半径第二节 航道尺度与航行条件AA 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。航道断面系数航道断面系数 根据国内外的研究成果，认为=7是最经济合理的。 第二节 航道尺度与航行条件 u为减小净宽，上下行船舶在桥孔内不得会船，天然、渠化河流设置通航孔不少于2个。 u河宽不足2通航孔的，应一孔跨过，且桥墩顺水面

15、与水流流向偏角不得超过5。 水上跨河建筑物的通航净空水上跨河建筑物的通航净空净空高度 净空宽度第二节 航道尺度与航行条件通航水流条件通航水流条件 l 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。l 表面流速、局部比降不能过大，船舶推力应能表面流速、局部比降不能过大，船舶推力应能克服航行阻力。克服航行阻力。 l 要有适于航行的流态。第二节 航道尺度与航行条件在天然山区河流，因河床地形不规则，当断面平均流速达到3m/s以上时。出现各种不良水流流态，航行困难。驾驶人员需熟悉船舶性能和水流特性谨慎操作。 通航水流条件通航水流条件 第二节 航道尺度与航行条件l 船闸上下引

16、航道进出口、取水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，工程的进口及排水工程出口处，航道横向流速不宜超过航道横向流速不宜超过0.3ms，回流流速不宜超过回流流速不宜超过0.4ms。 通航水流条件一般要符合以下要求通航水流条件一般要符合以下要求l 山区性河流航道内的最大纵向表面流速和局部比降，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。应能满足标准船舶（队）自航上滩的要求。l平原河流内的一般纵向表面流速不大于平原河流内的一般纵向表面流速不大于2.0m/s，限值，限值2.53.0m/s； 第二节 航道尺度与航行条件第三节 航道通过能力v 船舶与船队 船舶 1）定义：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。 2）分类 有无动力：机动船 非机动船 船舶吨位：容积吨位 重量吨位 船队 1）定义：将若干艘驳船按一定的方式编结在一起，由拖轮拖带或推轮顶推