航道工程学课程总复习

航道工程学总复习考核方式《航道工程》课程考核期末考试：闭卷、笔试。成绩采用100分制记分，期末考试占80%，平时成绩各占20%。《航道工程学》考试题型填空（30分）选择（16分）判断（7分）简答(27分)计算（20分）分数分布第二章（15分）第三章（35分）第四章(10分)第六章（30分）航道工程学第一章绪论第二章河流与航道第三章航道整治工程（重点）

第四章航道疏浚工程第五章河流渠化工程第六章通航建筑物（重点）第七章运河工程第一章

绪论一、水运在国民经济中的地位水运的优势内河水道的建设可以密切结合水利资源的综合利用、综合开发；2.运输能力高3.运输成本低，为铁路的1/3-1/2，公路1/104.河流分布面广、便于实行大、中、小结合以及长短途特点：1.水运的技术速度和商务速度都比较低

2.水运受自然条件的影响较大

第一章

绪论现代化内河航道网的要求1.航道成网、四通八达2、全面规划、统一标准3、统筹安排、综合利用4、更新设施、科学管理第二章河流与航道第一节天然河流的主要特征第二节航道条件第三节航道规划及航道工程措施第四节船舶及其特征第五节内河航标及配布第一节天然河流的主要特征1、天然河流的主要特征，包括河流形态特征、河流水力特征、河流泥沙特征。①河流形态特征主要指河流的横断面和纵剖面的几何特征以及河流发育过程中的地貌特征。垂直于水流动力轴线的河槽断面叫河流横断面；掌握河流横断面的形式：山区河流在水流侵蚀作用下常呈V形或U形断面；平原河流不同河段将形成不同的横断面形状：顺直河段多为抛物线型断面，弯曲河段多为不对称的三角形断面，分汊河段多为马鞍形断面，游荡河段断面很不规则。河流阶地的类型，河流阶地按其结构可分为侵蚀阶地；堆积阶地；基座阶地；埋藏阶地河流节点的概念：由抗冲性强的物质形成的窄深河段对于河流的河势变化具有一定的控制作用，成为河流节点②河流水力特征主要包括哪四个方面：水位、流量；比降；流速；流态③河流泥沙特性主要有静态特性和动态特性

(1)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；(3)合适的水流条件，包括流速、比降和流态。第二节航道条件1.通航保证率——是指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，一般用百分率表示。2.航道必须具备的通航条件2023/1/158航道标准尺度是指在设计通航期内，航道能保证设计船舶（队）安全航行的最小尺度。航道标准尺度包括的内容：设计最低通航水位下的航道标准水深；航道标准宽度；航道最小弯曲半径，以及设计最高通航水位下的跨河建筑物的净空高度和净空宽度航道标准水深的定义及组成航道标准水深——是指在设计最低通航水位下航道范围内的最小水深。航道标准水深由标准吃水和富裕水深两部分组成。设计船型标准吃水T是指设计船型在标准载重时的吃水。富裕水深是指船舶在标准载重时，船底龙骨下至河底的最小安全距离航道标准宽度的定义及航行漂角的概念航道标准宽度——是指在设计最低通航水位下具有航道标准水深的宽度。航行漂角——船舶在航行过程中，由于受外界因素的影响，船舶会偏离航向。为保持航行的正确方向，往往使船舶（队）纵轴线与航向保持一定的夹角，即通常所说的航行漂角。航道富裕宽度的概念航道富裕宽度——保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象的最小富裕尺度。弯道加宽值航道弯曲半径、通航净空高度航道弯曲半径——是指弯曲航道中心线的曲率半径。通航净空高度——是指设计最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距离，其数值应满足标准船舶（队）空载的水上高度加富裕值。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）标准吃水时的船只浸水横断面的面积之比。航道断面系数与航行阻力之间的关系航道断面系数的大小，直接影响航行阻力的大小，其值越小，船舶航行阻力越大通航水流条件一般要符合以下要求：平原河流航道内的最大纵向表面流速的整治水位及其以下时不大于2.0m/s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。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0.3m／s，回流流速不宜超过0.4m／s。

第三节航道规划及航道工程措施航道规划的主要任务研究航道开发的经济意义、社会价值及技术上的可能性；制定近期和远景航道开发方案；提出适应远景发展的航道措施方案；拟定第一期航道工程项目；提出运河开发方案。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。1、航道工程的概念航道工程——是指以延长通航里程，提高航道标准，改善通航条件和保障航道畅通为目的的疏浚、整治、渠化、运河、航标、清障等工程措施的总称。2、掌握航道疏浚工程、整治工程、渠化工程的概念疏浚工程——是采用人力或机械施工方法，为拓宽、加深水域而进行的水下土石方开挖工程。航道整治工程——是借助于在河床中建筑专门的整治建筑物或其他措施，调整河床形态河水沙流路以影响河中水流，并造成有利的水流结构，利用水流本身的内部力量刷深航道并维持航道的稳定，保持枯水期航道必需的尺度。渠化工程——是指在天然河流上，以航运开发为主要目的，修建拦河闸坝和通航建筑物以壅高上游水位，从而改善航行条件。）

第三节航道规划及航道工程措施第四节船舶及其特征1、船舶的概念、分类船舶按有无动力装置分机动船和非机动船两大类按编队方式不同，船队可分为顶推船队和拖带船队2、船舶航行阻力船舶航行阻力——是指船舶航行时，作用在船体上阻止船舶运动的力，它包括空气阻力和水阻力，水阻力又包括附体阻力和裸体阻力，空气阻力仅占总阻力的2%~4%，附体阻力一般仅占总阻力的3%~10%，通常船舶航行阻力主要指船舶的裸体阻力，它包括摩擦阻力、漩涡阻力和兴波阻力，漩涡阻力和兴波阻力合称为剩余阻力。当船舶低速航行时，摩擦阻力占比重大，当船舶高速行驶时，剩余阻力占比重大。3、船舶过滩能力的定义船舶过滩能力——指船舶克服急流滩险自航过滩的能力。船舶的最大过滩能力———船舶过滩时，随流速和比降增大，船舶航行阻力增加，航速降低，当航速降低到一定程度时，就不能自航过滩，在这种极限条件下的过滩能力为船舶的最大过滩能力。第五节内河航标及配布常用的内河航标可分为：航行标志、信号标志和专用标志三类。

（1）航行标志：标示航道方向、航线、航道边缘界线、礁石、沙滩或其他碍航物所在地及通航桥孔等，使船舶按照航行标志所标示出来的航道安全航行。

（2）信号标志：为航行船舶提示有关航道信息的标志，采用信号控制船舶单线航行、标示控制界线、揭示航道水深及航道中存在的横流等。

（3）专用标志：专用标志是标示沿、跨航道的各种建筑物，或为标示特定水水域所设置的标志，不是直接为了助航而设置的标志。（一）航行标志1、过河标2、沿岸标3、导标4、过渡导标5、首尾导标6、侧面标7、左右通航标8、示位标9、泛滥标10、桥涵标包括：通行信号标鸣笛标界限标水深信号标横流标节制闸标

（二）信号标志（三）专用标志（2）

包括：管线标、专用标。第一节概述第二节整治线设计与布置第三节整治断面设计(重点)第四节主要整治建筑物的特性与作用第五节主要整治建筑物的结构(重点)第六节平原河流航道的整治工程(重点)第七节山区河流的航道整治第三章航道整治工程第一节概述

1.河床冲淤变化的根本原因，在于水流输沙能力与来沙量的不平衡。2.“优良河段”：天然河流中河床形态比较归顺，来水来沙适应情况的变化差别不大，河段出现动态平衡，多年变化不显著，在较长时段内航行没有障碍的河段。一、航道整治工程与河床演变

优良河段是航道整治工程参考的“样板”，浅滩整治后达到上述形态，不仅可满足航行要求，也呈相对稳定状态。

17“优良河段”特征：枯水期水流集中于一个河槽而不分流；河岸的曲度均匀而不过大，两个相邻的弯曲河段之间的直线过渡段不太长，主流没有急弯；深槽与过渡段的高程相差不大；水面的比降沿程均匀；枯水期过渡段的过水断面较为对称；边滩发育完整，高程较高且相对稳定；枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。整治线——在整治工程设计流量下，在水面处所设计的稳定河槽的外形整治线的设计1、确定整治线的位置与岸线之间的关系；2、了解整治线范围内及边缘的水流泥沙特性；3、确定整治线的水位与整治线宽度。二、整治线布置原则

1．布置整治线的方向和位置依靠主导河岸，整治线的起点和终点以稳定的深槽为依托。2．整治线与枯水河槽相适应3.整治线一般应通过浅滩上的最大流速区；4.有支流或溪沟会入的口门不宜布置整治线；5.全面考虑两岸工农业需要和防洪要求。

第二节整治线设计与布置

1．整治线平面尺寸的确定

三、整治线轮廓的确定

冲积性河道总是弯曲，常由两反向河弯组成，规划布置时参照优良河段选择R和L。弯曲半径R：当浅滩河段的来沙量多，枯水比降较大时，可采用R＝4B，反之，采用R＝6B，一般采用R＝5B切除凸嘴，改善航行条件时，可采用R＝(2~3)B直线段长度L：取L＝(1~3)B。192．整治线平面设计步骤

在上、下深槽确定主导河岸，绘枯水水流动力轴线，越过转向的起讫点，沿主导河岸做圆弧线，根据B2平行绘出对岸的圆弧线，在过渡段以直线联接上、下圆弧线，检验直线段长度Ｌ，否则调整R使其满足要求。第三节航道整治断面设计整治断面设计包括：设计水位、整治水位、整治线宽度。一、设计水位

先推求与该浅滩有直接关系的水文站的设计水位，再相关到浅滩上。浅滩上临时水尺设计最低通航水位推求方法包括水位相关法、比降插入法、瞬时水位法

最低通航水位和最高通航水位。二、整治水位整治水位一般是指与整治建筑物头部齐平的水位。整治水位的确定决定整治工程投资和整治工程效果的好坏整治水位的确定，一方面确定整治建筑物的高程，整治建筑物的高程直接影响着整治工程数量和工程投资的多少；另一方面，在某种意义上整治水位决定整治后浅滩的冲刷历时。整治水位高，冲刷历时长，反之则短。整治后浅滩的冲刷历时的长短直接影响着工程的整治效果。因此整治水位直接关系到整治工程投资和整治工程效果的好坏。用经验方法确定整治水位根据各河流整治比较成功的经验确定；选择该河优良河段的边滩高程作为整治水位；采用多年平均水位或多年平均流量时的水位，此水位接近于平滩（边滩）水位用造床流量法确定整治水位造床流量是指其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当，而对塑造河床形态起着控制作用的某个流量。最大洪水流量的造床强度大，但历时过短，不能起到塑造河床的控制作用；枯水流量虽然历时较长，但流量过小，也不能起到塑造河床的控制作用。因此造床流量应是对河床形成作用最大的那几级流量，它包含了造床强度和历时两方面因素。造床强度又取决于输沙率的大小，故可用输沙率与历时的乘积最大时的流量作为造床流量。输沙率可写成以下关系：

，绘制Q—Q2J·P关系曲线(P为各级流量出现的频率)，曲线上有两个峰值，相应于次大峰值的流量为第二造床流量，它所对应的水位为整治水位

二、整治水位三、整治线宽度

概念：整治水位时的河面宽度。航道标准宽度根据航道等级来确定，整治线宽度根据浅滩所需的冲刷强度来确定。

整治线过宽，束水作用不明显整治线过窄，将产生局部的过渡冲刷，引起下游河段淤积，或流速过大使航行条件恶化。23确定整治线宽度的方法主要有经验法和理论计算法。23整治线宽度的通式从水力学或输沙平衡等原理出发，得到的整治线宽计算公式很多，基本型式类同，主要是系数和指数不一样，公式的结构形式可归纳为：我国交通行业标准《航道整治工程技术规范》考虑不同河流造床泥沙的区别，做出了如下规定：

A——可取1，复杂情况下取0.8～0.9；

Y——在稳定河床取1.67，在以悬沙为主的河流上取1.33，在以底沙为主的河流上取1.2～1.4。第四节主要整治建筑物的特性与作用1、丁坝的主要作用丁坝的主要作用是：①未淹没时束窄河槽，提高流速冲刷浅滩；②淹没后造成环流，横向导沙，调整分汊河道的分流比，控制分流淤高河滩，保护河岸或海塘；③挑出主流以防顶冲河岸和堤防等。

2、非淹没丁坝和水流现象3、上挑丁坝和下挑丁坝的特点上挑丁坝的特点是：①坝头水流较紊乱；②坝头冲刷坑较大；③含沙量较多的底层水流将泥沙导入坝田；④坝后的螺旋流自坝后向坝根运动，坝田的淤积效果好。下挑丁坝的特点是：①坝头水流较平顺；②坝头冲刷坑小而浅；③底层水流趋向坝田外缘，坝田的岸边部位淤积较慢。4、丁坝群的布置方式主要有错（对）口丁坝和阶梯式丁坝两种错口丁坝和对口丁坝各自的特点错口丁坝：即两岸丁坝坝头错开布置。水流绕过坝头比较迂回曲折，流速减小，流速较大的山区河流宜采用。对口丁坝：即两岸丁坝坝头相对布置。水流流过坝间比较平顺，流态良好，在流速较小的河流上适用。

5、顺坝主要起导流和束窄河槽作用，故又称导流坝。顺坝的主要1.调整急弯,归顺岸线,促使航槽稳定；2.堵塞倒套、尖潭；3.堵塞支汊，调整汇流处交汇角；4.沿整治线束窄河宽。6、从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑物称锁坝，又称堵坝“塞支强干”——在分汊河道上为了集中水流冲刷通航汊道，或在有串沟的河汊上，不使串沟发展，可在非通航汊道上或串沟上修建锁坝，这种措施又称“塞支强干”。7、潜坝主要作用指在最枯水位时均潜没在水下而不碍航的建筑物。其主要作用是：壅高上游水位，调整比降，增加水深；促淤赶沙，减小过水断面面积；消除不良流态。

一、整治建筑物的类型（1）轻型整治建筑物：（2）重型整治建筑物：一般由土、石料、混凝土和土工织物等材料建成，如抛石坝及充填袋填心坝等。它的防腐和抗冲性能强，使用期长，故又称永久性整治建筑物。第五节主要整治建筑物的结构（一）抛石丁坝

1、丁坝横断面2、丁坝坝顶纵坡3、丁坝坝根的处理4、坝头处理

第六节平原河流航道的整治工程1、按浅滩的外形和碍航情况，常将顺直段浅滩分为：正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩。2、正常浅滩的整治措施凹岸进行护岸；用丁坝固定边滩；必要时在上游凹岸布置导流坝引导水流，凸岸建丁坝束窄河床。

3、交错浅滩的特点、整治措施交错浅滩的特点是：①上下深槽在平面上相互交错，下深槽的上端窄而深，称为倒套；②边滩较低，横向漫滩水流比较强烈；③浅滩脊宽浅，鞍凹浅窄或无明显鞍凹，浅滩冲淤变化较大，航道极不稳定。

整治措施：消除漫向导套的水流并固定抬高下边滩，通常在导套内设置上跳顶坝，将泥沙引入倒套。4、散乱浅滩的特点及其整治措施特点：河床宽浅，沙体散乱，没有明显的边滩和深槽；沙体位置随水位变化而频繁变动，很不稳定；航道弯曲，水深小且航槽位置经常摆动，因而航行条件极差。整治措施：根据上下游河段的河势，规划出一条正常弯曲形的整治线；通过丁坝等整治建筑物，将散乱的沙体联结和促淤成边滩，以固定河势，导引水流集中冲刷航槽。复式浅滩1、复式浅滩是由两个或两个以上的浅滩所组成。冲淤变化大，航槽不稳定且存在横流，严重碍航。2、整治复式浅滩，应将上下浅滩作为一个整体来考虑。3、复式浅滩整治：（i）固定和提高边滩高程；（ii）切割中间边滩。碍航弯曲航道的整治措施（1）保护凹岸，防止弯道恶化；（2）筑坝导流，调整岸线；（3）裁弯取直，新开航槽。分汊航道整治１、稳定汊道工程

（1）保护节点附近河床（2）稳定汊道进口段边界（3）控制江心洲的洲头与洲尾（4）保护河弯

２、改善汊道工程（1）汊道进口处浅滩:筑坝挑流或辅助疏浚。（2）汊道中部浅滩：

①采取单一河道中浅滩整治的方法；②增加通航汊道流量。（3）汉道出口处浅滩：常筑洲尾顺坝调整水流交角。3、堵塞支汊第七节山区河流的航道整治山区河流石质滩险的整治一、石质急流滩的整治急流滩的碍航因素：急流、局部陡比降第一种整治方法：扩大泄水断面法

采用扩大断面和加大河宽，则可增加过水面积，同时相应减小侧向收束影响，使滩口流速降低和局部陡比降变缓

第二种整治方法：改造滩口形态法第三种整治方法：修建潜坝减缓滩上比降、流速二、石质险滩的整治整治措施１）清除礁石扩宽航槽

２）固定航槽位置改善流态

３）扩大曲率半径，削弱“扫弯水”

４）开辟新槽，放弃老槽

５）调整岸线

６）避开“滑梁水”第四章航道疏浚工程第一节疏浚工程的任务及特点第二节挖槽定线及抛泥区选择第三节挖槽设计第四节疏浚对环境的影响在航道和港口工程中，疏浚工程的主要任务有：开挖新的航道、港池和运河；改善航道的航行条件，维护航道尺度，消除对船舶有影响的流态；开挖码头、船坞、船闸及其他水上建筑物的基槽；与开挖相结合的吹填及疏浚物综合利用工程。疏浚特点通过疏浚，增加航道尺度，改善通航条件，无需大量的工程材料和人力；不会引起不良后果。疏浚方法不但常常被单独使用，而且能与利用整治建筑物改善航道的方法结合。航道疏浚工程分类：（1）基建性疏浚——较长时期内根本改善航行条件；（2）维修性疏浚——为了保持航期内航道的规定尺度；（3）临时性疏浚——为了解决工程量小的疏浚任务。第一节疏浚工程的任务及特点第二节疏浚工程基本要求一、挖槽设计（一）设计原则1、有利于船舶安全航行，设计挖槽的尺度和走向应满足船舶安全航行的要求。2、经济合理；3、施工可能性；4、水力最佳；挖槽应量避开淤积严重、河床多变的地带，这是挖槽稳定的前提条件；应使挖槽内的流速大于开挖前挖槽区的流速，即开挖后挖槽区的流速有所增加；应使挖槽河段开挖后的断面平均流速不小于挖槽上游段的断面平均流速；应使挖槽内的流速沿程相等或有所增加。

34二、抛泥区选择1、疏浚土的处理方法：●陆上吹填工程●水下卸泥2、选择抛泥区时应坚持以下原则：（1）疏浚泥土抛置后，应不致再回淤至挖槽或附近的航道。

（2）应避免在养殖场、取水口等工、农、渔生产地区选择泥区，防止对环境产生污染。

（3）抛泥区应有足够水深，使抛泥船能打开泥门正常抛泥。（4）挖槽至抛泥区应有安全航道可通。在条件许可下挖槽至抛泥区的距离尽可能缩短，以提高工效。

（5）尽量使所抛泥沙有利于维护挖槽稳定，改善航道，可用疏浚土填塞支汊、坝田及可能引起有害分流的尖潭等。

（6）用边抛法抛泥，应慎重研究水流的流速、流向能否将边抛的泥土带出挖槽及航道之外，尽量减少对挖槽及附近航道产生淤积。35三、挖槽土石方估算1、超深计算挖深=设计挖深+计算超深2、超宽3、挖槽的土石方计算（1）断面积法（2）平均水深法

36四、疏浚工程机械的选择疏浚工程所用的机械设备：挖泥船及与其配合的各种附属船舶，还包括辅助船舶。1、挖泥船分类（1）水力式——利用泥泵进行吸泥和排泥，直吸式挖泥船、绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船

（2）机械式——依靠泥斗挖掘水下土石方，链斗式挖泥船、抓扬式挖泥船、铲扬式挖泥船2、根据挖泥船的性能选择疏浚设备第五章：河流渠化工程水利资源的综合利用河流渠化的类型及特点河流渠化工程规划第一节水利资源的综合利用一、表征水库的主要特征是水库的面积和容积。死水位——在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位叫死水位。死库容——死水位下的水库容积叫死库容。正常蓄水位——在正常运用情况下，为满足兴利要求，水库应蓄到的水位。消落深度——正常蓄水位至死水位之间的深度称为消落深度。兴利库容——正常蓄水位至死水位之间的库容称为兴利库容。二、水力发电是借助水力机械将水流的势能转变成机械能，再通过发电机把机械能转变成电能。水电站出力——在一定水头和流量的条件下，水电站所能发出的最大功率称为水电站出力。水电站装机容量——水电站的装机容量是指电站全部机组满载运行时的总额定容量，即水电站水轮全部发电机组的总生产能力。水电站的开发方式主要有壅水式；引水式；混合式。二、河流渠化的类型

1、定义：河流渠化——在天然河流上修建一系列的闸坝，利用闸坝的壅水作用，抬高上游河段水位来增加河道的通航水深和宽度，然后利用通航建筑物来克服建坝所形成的集中水位落差，以保证船舶安全过坝，维持航道的连续性。（一）按是否连续分：

1、连续渠化沿整条河流建造一系列闸坝，将整条河流划分成若干河段（称为渠化河段），下级闸坝的回水与上级闸坝尾水相衔接，并满足通航水深要求，从而使整条河流成为彼此连接的渠化河段，称连续渠化。

2、局部渠化指渠化仅在局部河段进行；或在相当长的区间河段进行，但下一级闸坝的回水与上级闸坝尚有一段距离，渠化河段之间有一段天然河段，各个渠化河段互不连接。39（二）按水头大小分

1、高坝渠化：主要用于多目标的综合开发河流，一般水头H大于20m。

2、低坝渠化：主要用于改善航行条件为主的河流，一般水头H小于20m。

高坝渠化多用于多目标开发的河流。从现在国内外的发展趋势来看，多倾向于采用高坝渠化（充分发挥效益）。40三、河流渠化的影响河流渠化后，表征河流特性的水文情势发生的根本变化，必将引起航行条件、水文条件、生态环境等变化，主要有：(1)改善了河流航行条件，提高航道的通过能力；(2)库区内易形成较大的风浪同时易产生库岸滑坡、坍塌现象；(3)库区和邻近地区的气候将受到一定的影响；(4)对渔业的发展和水质环境将产生一定的影响；(5)将改变坝上下游泥沙的淤积规律，对河床演变有一定影响。第三节河流渠化工程规划一、渠化工程规划的内容与原则渠化工程规划一般包括以下几项内容：1．渠化河流航道等级的拟定；2．渠化枢纽坝址的选择及梯级布置方案的拟定；3．枢纽的平面布置及其主要技术经济指标的计算；4．进行梯级布置方案的比较及开发程序的确定。制定渠化工程规划应遵循以下一些基本原则：1、因地制宜、综合治理2、统一标准、水运成网3、经济合理4、远近结合5、平战结合6、技术先进二、渠化工程规划的方法（一）渠化河流的航道等级的拟定（二）渠化枢纽坝址选择及梯级布置（三）枢纽平面布置及其主要技术、经济指标计算（四）梯级布置方案比较及开发程序第六章通航建筑物第一节通航建筑物的主要形式及特点第二节船闸的组成和类型第三节船闸的规模第四节船闸在水利枢纽中的布置第五节船闸输水系统第六节船闸的闸门、阀门第七节船闸结构形式及特点第八节升船机的类型及其工作原理45第一节通航建筑物的主要形式及特点1.通航建筑物的概念为船舶通过航道上集中水位落差而修建的建筑物.2.通航建筑物主要型式：船闸、升船机（1）船闸:是用水力直接提升船舶过坝的一种通航建筑物。（2）升船机是利用机械的方法升降装载船舶的承船厢，使船舶克服由于在天然或渠化河流以及在运河上建坝而形成集中水位落差的通航建筑物升船机的特点：(l)在运转时基本上不耗水，在水量不充沛的河流和运河上，建造升船机较为有利；

(2)升船机的升降速度远较船闸闸室灌、泄水速度快，船舶通过升船机所需的时间较船舶通过船闸的时间要短；

(3)在高水头的通航建筑物中升船机的造价一般较小；

(4)机电设备是保证升船机安全运行的一个重要部分，升船机的建造与安装要求有较高的设计与工艺水平。46第二节船闸的组成和类型一、组成主要由闸首、闸室和引航道等三个基本部分及相应的辅助设施组成。(1-上游引航道；2-下游引航道；3-上闸首；4-闸室；5-下闸首；6-上闸门；7-下闸门；8-导航建筑物；9-靠船建筑物；10-辅导航建筑物)47二、船闸工作原理48①假定船舶从上游使向下游，这是闸室内水位为上游水位，下闸门及下游输水阀门是关闭的。首先，打开上闸门，船舶从上游引航道内使入闸室，然后关闭闸门及上游输水阀门。②打开下游输水阀门，闸室向下游泄水。③等闸室内水位与下游水位齐平后，打开下闸门，船舶使出闸室进入下游引航道。船舶从下游使向上游时，其过闸程序与此相反。三、船闸的类型

1、内河船闸和海船闸2、单级船闸和多级船闸3、单线船闸与多线船闸①广室船闸②省水船闸③井式船闸四、引航道引航道的作用是：保证船舶安全，顺利地进出船闸，供等待过闸的船舶安全停泊，并使进出船闸的船舶能交错避让。它应满足的条件：引航道应具有足够的水深和合适的平面布置以保证通航期内过闸船舶（队）畅通无阻，安全行使。应有较好的掩护。49第三节船闸的规模一、船闸的基本尺度（平面尺度、门槛水深）船闸基本尺度是船闸正常通航过程中，闸室可供船舶安全停泊和通过的（有效）尺度。包括闸室有效长度、有效宽度和门槛水深。基本尺度应满足1）设计水平年内各个阶段的通过能力，应满足过闸总吨位、客货运量的要求；2）应满足设计船型、现状船型的过闸要求；3）应满足设计船队一次过闸。50内河通航标准-对航道尺度、闸室有效尺度及水上跨河建筑物的净空尺度，都作了相应规定，规划设计时，应参照确定。二、船闸线数有下列情况之一时，应论证研究修建双线或多线船闸1）单线或已有船闸不能满足通过能力要求；2）繁忙的连续多级船闸；3）繁忙的重要航道，决不允许断航的；4）需要快速客运通道；5）其他原因的。三、船闸级数应优先采用单级船闸。1）船闸水力学、闸门的建造、安装技术是影响船闸级数的关键技术；（这是主要影响因素）2）地形、地质条件限制；3）河流严重缺水时；

51一般经验可按以下考虑

H<30m，采用单级船闸；

30m<H<40m，技术经济比较，采用单级或两级船闸；

H>40m，采用两级或多级船闸。

关于连续梯级船闸（带中间渠道):应用不多。

连续多级船闸与双线船闸：一般经验认为，连续3级船闸，应考虑双线布置。52四、船闸设计水位和各部分高程（立面设计）4.1设计水位通常包括通航水位，校核水位，检修水位，施工水位等1、设计最高通航水位：设计洪水频率→顶部高程2、设计最低通航水位：通航时间保证率→底部高程3、校核高水位：校核洪水位或非常运用水位→校核顶部高程4、校核低水位：最小瞬时下泄流量时下游最低水位，防止船舶搁浅。5、检修水位：确保足够的检修时间，尽量降低检修水位，降低工程造价。6、施工水位：施工围堰的洪水设计标准，参照水利水电现行标准。53五、船闸各分部高程船闸高程包括顶部高程、底部高程。应根据建筑位置和作用，取用正确的设计水位，确定相应的高程。1、闸门门顶高程

1）有挡洪要求的=校核洪水位+超高2）无挡洪要求的=设计最高通航水位+超高3）检修闸门=检修水位+超高；事故闸门=设计洪水位+超高4）关于超高：还应包括波浪和水面雍高值2、闸首墙顶高程闸门门顶高程+结构高度（闸门顶部运转件埋设要求）3、闸室墙顶高程、导航、靠船建筑物顶高程闸室的最高设计水位+设计船型的空载干舷高度。可以利用胸墙降低墙顶高度。导航、靠船建筑物顶高程确定方法，雷同。4、闸室、闸首、引航道底高程相应部位设计最低通航水位-门槛水深。闸室、闸首的底高程应留有充分的富裕量。2、引航道尺度1）长度（1）导航段：必须一倍（刚结）船舶长度（2）调顺段：与船舶进出闸横移距离、操纵性能有关，1.5~2.0刚结船舶长度。（3）停泊段：停泊区面积不小于一次过闸船舶面积，即不小于闸室面积。宽度与长度统筹考虑。（4）过渡段：55船闸在水利枢纽中的布置(1)船闸在枢纽中布置方式当河面开阔，河床能同时布置水工建筑物时，可采用闸坝并列式(集中式布置)。当河面较窄、弯曲、其凸岸适宜布置通航建筑物时；或者坝址河面开阔、顺直，但经济要求时，可采用闸坝分离式(分散式布置)56第四节船闸在水利枢纽中的布置(2)集中式布置横向来看1、船闸优先靠岸布置，严禁受到两面夹击；2、水电站是持续过水建筑物，更应注意避免与其紧邻；纵向来看1、与其他过水建筑物之间应有足够长的分水堤；2、常用坝下式，少用坝上式。从结构受力条件，上下导堤的长度，铁公路方便通过等方面考虑57(3)分散式布置特点：船闸不占河床宽度，有利于其它建筑物的布置，施工大为简化；但土石开挖方量可能增加较多。58(4)船闸通航水流条件1、通航水流条件在通航期内，船闸引航道口门区和引航道内应满足的流速、流态条件。口门区泄水波、风浪，波高应小于0.6m。灌泄水非稳定流产生的长波影响。周期数分钟~数十分钟，波长数公里~十余公里。船舶无直接感觉，但有触底危险。592.引航道口门区指引航道分水建筑物头部外一定范围内的水域。宽度——引航道宽度的1.5倍；长度——根据船队形式确定。3.通航水流条件的标准（1）口门区流速船闸引航道口门区水面最大流速限值（m/s）

（2）引航道内的流速限制横向流速一般应不大于0.15m/s

纵向流速一般应不大于0.5m/s船闸级别平行航线的纵向流速垂直航线的横向流速回流流速I~IV≤2.0≤0.3≤0.4V~VII≤1.5≤0.2560（5）、施工通航

施工通航的目的——船闸及其所在的水利枢纽在施工期间保证原来航道的畅通并满足客、货运输需要，使航运不致中断。施工通航的方式：先建通航船闸

（1）利用老航道通航

（2）施工围堰在原航道处留通航口

（3）用施工导流明渠作为临时航道2.修建临时通航船闸3.临时船闸结合导流明渠通航的综合方式61船闸通过能力1.船闸通过能力与以往规范不同，现在用单向通过能力表示。1、单向年过闸船舶总吨位（理论值）

P1=(n/2)GNP1—单向年通过船舶总吨位n—日平均过闸次数，n=τ*60/Tτ—日工作时间；T—船闸一次过闸时间N—年通航天数G—一次过闸平均载重吨位。注意：上行、或下行船舶过闸，分别计为一次过闸；2、单向年过闸客货运量（实际值）

P2=[(n-n0)/2]GαN/βn0—日非客、货船过闸次数；α—船舶装载系数，α=0.5~0.8β—运量不均衡系数，β=1.3~1.5。62船闸通过能力3、影响船闸通过能力的因素1）船闸的技术水平2）航道的自然条件3）船型及营运组织4）船闸的管理水平2。船舶过闸时间,以单级船闸为例想象船舶的过闸过程；分清所谓的单向、双向。最容易错误的地方是：进、出闸距离、速度及时间

T1=4t1+t2+2t3+t4+2t5，T2=4t1+2t2+2t3+2t4+4t5t1—闸门开、或关时间；t2—进闸时间；t3—灌水、或泄水时间；t4—出闸时间；t5—同一闸次，船舶(队)启动间隔时间。

T=【ξT1+（1-ξ）T2/2】T=(T1+T2/2)/2

63第五节船闸的输水系统5.1概述5.1.1输水系统组成及基本要求进水口、阀门段、廊道、出水口、消能工、镇静段等组成。64

基本要求：1）输水时间要求2）良好停泊条件3）各部位不应水流冲刷、空蚀等破坏4）性价比高5.1.2输水时间一般7~10min，水头较大时，8-12min；最大一般不超过15min。5.1.3船舶停泊条件船舶允许系缆力的基本概念。船舶承受水流作用力小于允许系缆力。

基本要求：1）输水时间要求2）良好停泊条件3）各部位不应水流冲刷、空蚀等破坏4）性价比高5.1.2输水时间一般7~10min，水头较大时，8-12min；最大一般不超过15min。5.1.3船舶停泊条件船舶允许系缆力的基本概念。船舶承受水流作用力小于允许系缆力。1）为啥这样定？65

5.2船闸输水系统类型及选择1、输水系统的型式可分为集中输水系统，又称头部输水系统，廊道集中布置于闸首内，集中出流，犹如不带花洒的水龙头。分散输水系统，又称长廊道输水系统，廊道分部与闸首、闸室，在闸室底板、或闸室墙，分散出流，犹如带花洒的水龙头。两种系统形成的作用力，有很大的区别，适用于不同水头。2、判别系数

m=T/√Hm>3.5，集中输水系统m<2.5,分散输水系统2.5<m<3.5，技术经济论证确定662、集输水系统型式（1）短廊道输水：大多成为环绕（环形）短廊道输水。分有无消能室、槛下输水。

（2）直接利用闸门输水（3）组合式输水3、集中输水系统的消能工

(1)消能室

(2)消力槛及消力齿

(3)消力梁

(4)消力栅

(5)消力墩

(6)挡板与遮板

(7)消力池短廊道输水系统的布置

短廊道输水系统有环绕短廊道输水及槛下输水等多种形式，下面将主要讨论环绕短廊道输水的廊道及消能的布置。

(1)廊道进口

廊道进口顶部应具有一定的淹没水深。

廊道进口断面的平均流速不宜过大。

为了减少进口损失，廊道进口轮廓应稍加修圆，修圆半径可取为0.1～0.15倍廊道进口宽度。

(2)廊道转弯半径

廊道各部分的转弯半径不宜过小，应满足规范的要求。

(3)廊道出口

廊道出口也应具有一定的淹没水深。

廊道出口断面应该大于阀门处廊道断面，一般在出口弯段应加设起点位于弯段开始断面的分水导墙四、船闸分散输水系统的主要形式及其水力特性

分散式输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内。灌、泄水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内的纵向输水廊道上的一系列出水支管、出水孔分散地流入闸室，因而也称为长廊道输水系统。1．分散输水系统的水力特性

灌、泄水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内的纵向输水廊道上的一系列出水支管、出水孔式分散地流入闸室，因而也称为长廊道输水系统。