航道工程学-第一章碍航浅滩

《航道工程学》航道整治通航建筑物碍航浅滩的成因及演变规律整治线布置及整治建筑物各种浅滩的整治措施航道疏浚船闸船闸结构及闸、阀门船闸水力计算及结构计算升船机第一篇航道整治第一章碍航浅滩武汉航道学校：董利瑾《航道工程学》第一节浅滩及其成因第一章碍航浅滩第二节浅滩上的水流和泥沙运动第三节浅滩演变及演变分析方法主要讲解内容第一节浅滩及其成因第一章碍航浅滩1、浅滩的定义一般来讲，河床突起之处为浅滩，凹低之处为深槽。但从通航的角度来说，仅仅是将航道水深达不到现有航道维护标准（碍航）或确定整治目标的局部河段，包括湖泊、运河、水网和通航渠道中的浅段。河流纵剖面

第一节浅滩及其成因浅滩碍航主要分两种情况：一是枯水期水浅，航深不足二是水流散乱或横流很强，船舶航行困难2、浅滩的分类（1）按岩石土质组成分：石质浅滩、卵石浅滩、砂卵石浅滩、砂质浅滩、泥沙浅滩。第一节浅滩及其成因（2）按滩形特征和碍航情况分：正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩。第一节浅滩及其成因（3）按浅滩成因和所在地区分：弯道浅滩、分汊河道浅滩、支流河口浅滩、回水变动区段浅滩、湖泊水网区浅滩、潮汐河口浅滩。分汊河道浅滩第一节浅滩及其成因弯道浅滩第一节浅滩及其成因支流河口浅滩第一节浅滩及其成因3、浅滩的组成图1-1浅滩的组成a)平面图；b)沿深泓线纵断面；c)A-B断面第一节浅滩及其成因4、浅滩的成因

所谓浅滩整治，就是在分析浅滩形成原因的基础上，通过采取工程措施对不良浅滩进行改善，使之达到相应航道等级的航道尺度要求。是由于河段输沙不平衡而产生的局部淤积。造成输沙不平衡的原因？流速减小环流的减弱或消失洪枯水流向不一致局部地区来沙量的加大第一节浅滩及其成因（1）流速的减小S——水流挟沙能力U——断面平均流速R——水力半径K,m——系数和指数——泥沙沉降速度浅滩常出现在：比降突然减小的地方：如山区河流进入平原的地区，支流河口处等单宽流量明显减小的地方：如河床突然放宽处；局部壅水区：河床收缩段上游壅水区，汊道口门处的局部壅水区，干流对支流水位的顶托处，桥渡和拦河建筑物的壅水区；第一节浅滩及其成因（2）环流的减弱或消失（3）洪枯水流向不一致（4）局部地区来沙量的加大环流是泥沙横向输移的动力，也是砂质河床形成各种类型淤积体的一个重要因素。一般河流有高水取直低水坐弯的规律，洪、枯水流向变化大的主槽部位常形成浅滩；另外，洪水流向转向枯水流向时，由于流量减少使河槽冲刷能力降低，洪水时淤积下的泥沙枯水时不能全部冲刷掉，也常常形成浅滩。支流山洪爆发带来的大量泥沙，上游大量塌岸，水库大量排沙以及不适当的裁弯。第一节浅滩及其成因习题1-1、浅滩的组成有哪些？请用示意图指示。1-2、简述浅滩的成因，及输沙不平衡的原因？本节课作业第二节浅滩上的水流和泥沙运动1、浅滩上的纵向比降和流速图2-17浅滩上的水面变化（1）纵向比降概化情况：洛西耶夫斯基试验上下游任意两点的高程差与其相应流程的水平距离的比值。表明：低水位时比降加大，浅滩冲刷；高水位时比降减小，浅滩淤积第二节浅滩上的水流和泥沙运动长江东流水道1963年水位-比降关系图第二节浅滩上的水流和泥沙运动不同水位纵向流速沿程变化图（2）流速

枯水期，从纵剖面看：深槽到浅滩河底逐渐升高，水流流线呈收敛状态，滩脊流速最大。高水期，从平面看：深槽到浅滩水面逐渐放宽，水流流线呈扩散状态，滩脊流速最小。 高水期深槽流速大于浅滩流速，低水期浅滩流速大于深槽流速。第二节浅滩上的水流和泥沙运动2、环流(1)上、下深槽具有一个单向环流，过渡段环流复杂。(2)过渡段长短对环流有着较大影响。 过长：环流减弱或消失 过短：急剧转变 适宜：平缓过渡第二节浅滩上的水流和泥沙运动3、泥沙运动（1）多数冲积性浅滩，推移质主要以沙波形式运动。

浅滩可以看做一巨形沙波，在上面通常还有次级沙波。次级沙波沿大沙波向下游移动，推移至浅滩脊，浅滩就淤高，并可能引起碍航。（2）一般情况下，浅滩洪淤枯冲。（3）浅滩汛期和来沙量大的年份可能有悬移质泥沙淤积，退水一般冲刷。 第二节浅滩上的水流和泥沙运动习题1-2、浅滩的局部比降与什么因素有关？习题1-3、某河段滩槽水位～流量关系曲线见图1-3，分析说明该河段的滩槽冲淤情况？本节课作业第三节浅滩演变及演变分析方法浅滩演变是指浅滩随水流运动和来水来沙条件而发生的变化。根本原因是：水流与河床相互作用产生输沙不平衡而引起的河床冲刷或淤积。1、影响浅滩演变的主要因素来水来沙条件河床边界条件上下游河段演变的影响第三节浅滩演变及演变分析方法（1）来水来沙条件来水条件：来水总量、洪峰大小及洪峰过程线的形式、某一特定水位的持续时间。来沙条件：来沙总量、含沙量大小、粒径级配及过程线的形式。如果来水、来沙量相近，洪峰、沙峰在数量和时间上也近似，而各级水位持续时间不同，则涨水持续时间短、退水持续时间长的年份，浅滩可能少淤、不淤，甚至冲刷；反之淤积较多。来水量相近，来沙量不同，则来沙量大的年份浅滩可能淤积；来沙量相近，来水量不同，则来水量大的年份浅滩可能冲刷；如果来水、来沙量相近，而洪峰、沙峰出现时间不同，则沙峰在前的年份，浅滩可能少淤、不淤，甚至冲刷；反之淤积较多。第三节浅滩演变及演变分析方法（2）河床边界条件河床平面形状的束窄、放宽，河床纵向的局部升高、降低，边滩的尺度、部位、形状，河床组成颗粒的粗细，沙波的尺度等。比如，汛期过后：如果边滩滩型完整高大，则水流归槽早，流量集中，滩脊冲刷时间长，水深较大，航道也稳定；如果边滩高程低，则水流归槽迟，滩脊冲刷时间短，水深较小；如果边滩滩型散乱，水流分散，流路曲折，则浅滩冲淤变化频繁，航道极不稳定，水深也必然很小。若在一个水文年内，来水、来沙过程为单峰型，则浅滩演变可能为单向变形，即一次冲刷或淤积；若为多峰型，则浅滩会出现多次冲淤交替。第三节浅滩演变及演变分析方法（3）上下游河段演变的影响浅滩上游水流动力轴线的变动，影响浅滩河段主流摆动；下游河段的演变只在某种程度上加强、减弱演变强度，不会使浅滩发生根本性变化。2、浅滩演变的基本规律（1）.浅滩的稳定性和活动性（2）.浅滩演变的年周期性（3）.浅滩演变的多年周期性第三节浅滩演变及演变分析方法（1）．浅滩的稳定性与活动性

稳定性：河床形态没有根本性变化，浅滩不会自行消失。活动性：体现在滩脊高程和位置的变化。

（2）．浅滩演变的年周期性

水文条件的变化，是引起浅滩变化的直接条件，水文条件有年周期的变化，浅滩也有汛期淤、枯期冲刷的年周期变化。相对的绝对的第三节浅滩演变及演变分析方法浅滩年际周期性的表现型式：（1）边滩反复消长，深泓线上下摆动（2）岸线不断变化，过渡段时而延长时而缩短（3）汊道兴衰交替，通航汊道易位（3）．浅滩演变的多年周期性以多年水文周期性变化为依据。第三节浅滩演变及演变分析方法3、浅滩演变的分析方法目前常用三种方法：一是实测资料法二是理论计算法三是模型试验法浅滩的演变分析是根据河床变形的结果，从水流、泥沙和河床形态上去找河床演变的原因，再由这些原因去预报浅滩的发展趋向。地形资料，水文资料（水位、流量、流速、比降、流向、含沙量和河床质等）第三节浅滩演变及演变分析方法（1）．浅滩的水深分析

浅滩上的水深变化直接关系到船舶能否通过浅滩，也是航道维护、疏浚和整治工程规划设计的重要依据。常利用浅滩的水位与水深关系反映浅滩冲淤变化。

图1-7浅滩水位-水深关系冲淤变化不大，比较稳定有一定的冲淤幅度，不够稳定第三节浅滩演变及演变分析方法b.历年枯水期浅滩冲淤变化图

（多年浅滩冲淤变化）某浅滩历年枯水期水位与水深关系图如图，关系曲线逐年左移，说明该浅滩水深逐年减小，浅滩恶化；若关系曲线逐年右移，说明浅滩水深逐年增加，浅滩不断改善。第三节浅滩演变及演变分析方法c.浅滩逐日水位水深关系图（涨水期、退水期冲淤变化）浅滩逐日水深关系图

a)涨淤落冲；b)涨冲落淤关系曲线同横轴的交角，涨水期，大于45度，说明浅滩水位上升的数值大于水深增加的数值，浅滩淤积。退水期，水位下降的数值大于水深减小的数值，浅滩冲刷。一般冲积河流上的浅滩多属这种情况。当交角接近45度时，冲淤强度不大；交角偏离45度越多，冲淤强度越大。第三节浅滩演变及演变分析方法图1-17浅滩水位与相对水深关系图图1-18相对水深换算图3．浅滩水位与相对水深关系相对水深:实测水位实测水位H－－水深ΔZ=实测水位－设计水位设计水位设计水位

退水时浅滩冲刷，退水时浅滩不冲不淤，退水时浅滩淤积第三节浅滩演变及演变分析方法（2）．浅滩形态的演变分析一般包括：浅滩河段的河岸、上下深槽、沙埂、鞍槽及深泓线等在不同时段内的变化。分析方法：根据各种平面图、纵横断面图进行对比分析。对比分析时主要采用套绘。平面地形图一般采用同坐标、同比例尺套绘比较图进行分析；横断面比较图可根据浅滩平面图选取固定断面进行套绘比较；纵断面比较图可根据浅滩平面图循深泓线转绘而成。第三节浅滩演变及演变分析方法a.河段深泓线变化（课本图1-12）b.浅滩平面变化（课本图1-13）c.浅滩纵断面变化（课本图1-14）d.浅滩横断面变化河道处于不断冲刷发展的过程中。第三节浅滩演变及演变分析方法（3）．浅滩演变的综合分析影响浅滩演变的主要因素是来水、来沙和河床形态条件。a.水力、泥沙和河床形态的沿程变化图1-16水流、泥沙和形态因素沿程分布1-水面宽度沿程分布；2-水面比降沿程分布；3-流速沿程分布；4-含沙量沿程分布；5-底沙粒径沿程分布；6-挟沙力沿程分布第三节浅滩演变及演变分析方法b.水力、泥沙和河床形态的平面变化图1-17水流、泥沙和形态因素平面分布

第三节浅滩演变及演变分析方法c.水力、泥沙和河床形态的过程变化图1-18浅滩脊断面水流、泥沙和形态因素过程线

1-水面比降过程线；2-水面宽度过程线；3-水位过程线；4-含沙量过程线；5-挟沙力沿程分布；