上海海事大学港航航道工程学

上海海事大学200710613004第二章河流与航道平原河流横断面a）顺直过渡段抛物线断面；b）分汊河段马鞍形断面；c）游荡河段不规则断面；d）弯曲河段不对称的三角形断面河流阶地：台阶状地貌。四类：（1）侵蚀阶地⑵堆积阶地（3）基座阶地⑷埋藏阶地河流节点：由抗冲性较强的突岸形成并对河势变化起控制作用的河岸形态。河流水力特征：河流系统中最活跃、最关键的因素，开发河流水能资源的主要依据，影响河床变形的主导因素。包括四个方面：水位、流量特征；比降特征；流速特征；流态特征河流泥沙特性：静态特性（几何特性、重力特性、级配特性）动态特性（沉降特性、运动特性冲淤特性）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。航道标准尺度：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。（最低）航道标准水深、航道标准宽度、航道最小弯曲半径（最高）净空高度、净空宽度航道标准水深：设计最低通航水位下航道宽度范围保证的最小水深，也称设计航道水深航道标准宽度：设计最低通航水位下具有航道标准水深的宽度，也称设计航道宽度。船型标准吃水：设计船型在标准载重量时的吃水；富裕水深：船舶标准载重时，船底龙骨下至航道底的最小安全距离。航行漂角一一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。航道富裕宽度一一保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象的最小富裕尺度。包括船队间的富裕宽度、船队与航槽边线间的富裕宽度。船吸：两船队交会时船队两侧存在着流速差和水位差，从而形成压力差而产生互吸岸吸：船舶与河岸之间的水流会有推动船首离岸和吸引船尾靠岸的倾向航迹带：船舶航行时占用的水域宽度。（是航道的一部分）弯曲河段加宽：船舶在弯曲河段航行时其航迹带宽度比在直线段宽得多。船舶要用较大的航行漂角来克服本身的转向力矩、离心力，以及动水压力和扫弯水的作用。航道弯曲半径一一弯曲航道中心线的曲率半径；航道最小弯曲半径一一保证标准船队安全通过弯道的最小弯曲半径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。航道工程：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，包括疏浚、整治、渠化、运河、航标、清障等工程措施的总称。船队按编队方式可分为：拖带船队：拖轮在前，由缆索拖带后面的驳船队；顶推船队：推轮在驳船后面，与驳船联结成整体。船舶航行阻力：空气阻力和水阻力。水阻力分附体和裸体阻力（摩擦、漩涡、兴波）船舶的过滩能力：船舶在一定的载重下克服急流险滩自航过滩的能力。航标分类：按设置地区：海区航标、内河航标。按设置的位置：岸标、浮标。按性能：视觉航标、音响航标、无线电航标第三章：航道整治工程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。优良河段：天然河流中河床形态比较规顺，来水来沙适应情况的差别不大，河段出现动态平衡，经过历年冲淤后河床的变化不很显著。（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。航道整治是根据河床演变趋势，把冲淤导向有利方向，使河床冲刷和淤积达到基本平衡。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。整治线布置原则1、整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河为依托2、整治线一般应与枯水河槽相适应3、整治线一般应通过浅滩上的最大流速区4、有支流或溪沟汇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。设计水位是保证设计水深的水位，包括最低通航水位和最高通航水位，是计算标准船队（舶）正常通航天数的依据确定浅滩设计水位方法：水位相关法、比降插入法、瞬时水位法整治水位：一般是指与整治建筑物头部齐平的水位。（推求：经验方法、造床流量法）造床流量：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。（最大流量：第一造床流量，相当与多年平均最大洪水流量。次大流量：第二造床流量，略大于多年平均流量，取第二造床流量整治流量，其相应水位即为整治水位）整治线宽度：整治水位时的河面宽度。确定方法：经验法（参考优良河段法、河相关系法、实测河宽水深分析法）、理论计算方法（水力学方法、输沙平衡方法）丁坝：坝根与河岸连接，坝头伸向河心，坝轴线与水流方向正交或斜交，在平面上与河岸构成丁字形，形成横向阻水的建筑物。作用：未淹没时束窄河槽，提高流速冲刷浅滩；淹没后造成环流，横向导沙，控制分流淤高河滩，保护河岸；挑出主流以防顶冲河岸和堤防等非淹没丁坝：水流流向丁坝时受丁坝壅阻，比降逐渐减小，流速降低，接近丁坝时出现反比降，迫使水流流向河心，绕过坝头下泄。本坝断面，流速增大比降增大；收缩断面，动能最大、流速最大；扩散断面动能减小位能增大。淹没式丁坝：水位淹没丁坝后，其束水作用大大降低，坝下回流区逐步消失，丁坝相当于堰流，水流漫过坝顶，形成跌水，在坝后产生横轴螺旋流。这时丁坝主要起导沙作用。上挑丁坝：水流较紊乱，坝头冲刷坑较大，坝田的淤积效果较好。下挑丁坝：水流较平顺，坡头冲刷坑小而浅，坝田岸边部位淤积较慢。顺坝：坝轴线沿水流方向或与水流交角很小的建筑物。起引导水流、束狭河床的作用，故又称导流坝。作用：1调整急弯，规顺岸线，促使航槽稳定2堵塞倒套、尖潭3堵塞支汊，调整汇流处的交汇角4沿整治线束窄河宽。锁坝：从一岸到另一岸横跨河槽及串沟的建筑物，又名堵坝。坝顶高程的确定取决于设计通航流量。作用：塞支强干潜坝：最枯水位时均潜没在水下而不碍航的建筑物，有潜丁坝、潜锁坝等。作用：壅高上游水位，调整比降，增加水深；也可以促淤赶沙，减小过水断面和消除不良流态等。第四章：航道疏浚工程浅滩：河流中航道自然水深有时不能满足航行要求的局部河段；（按滩形特征和碍航情况：正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩）急滩：又称“急流滩”，水流受河床不利约束而形成的比降大、水流急的滩险。险滩：受不利河床边界影响，形成急弯、暗礁、险恶水流等航行危险的河段。滩险：浅滩、急滩、险滩等碍航河段的总称。顺直河道的浅滩整治：正常浅滩；交错浅滩；复式浅滩；散乱浅滩。正常浅滩整治：1丁坝固定边滩，加高上下游边滩高程，延长水流对浅滩的冲刷时间；2如果边滩已较高，可采用护面固滩。交错浅滩：特点，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；边滩较低，横向漫滩水流比较强烈；浅滩脊宽浅，冲淤变化较大，航道极不稳定，航行条件不好。整治措施：消除漫向倒套的横向水流，并固定、抬高下边滩，一般采取在倒套内设置上挑丁坝，将泥沙引入倒套。复式浅滩整治：1固定和提高边滩高程；2切割中间边滩。散乱浅滩的整治：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，引导水流集中冲刷航槽。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，新开航槽分汊航道的整治1稳定汊道（保护节点周围河床；稳定汊道进口段边界；控制江心洲的洲头与洲尾；保护河弯）2改善汊道（汊道进口处浅滩；汊道中部浅滩；汊道出口处浅滩3堵塞支汊（当支汊可以堵塞，或支汊转向发展状态，若不控制将影响主汊通航，此时可考虑堵塞支汊）4弃劣图优，另辟新槽（新航槽开挖后，为稳定新槽和保证新槽有足够的流量，应将旧槽用建筑物封闭）。山区河流特征水位：1.成滩水位：开始形成滩势时的临界水位高程。2.最凶水位：滩情由缓变凶，碍航最严重时的临界水位。3.消滩水位：最凶水位后，滩情逐渐减弱，滩情消失时的临界水位。石质急流滩的整治：碍航因素（急流、局部陡比降）整治方法（第一种：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：对口滩改为错口滩。第三种：潜坝壅水减缓急流，主要是减缓陡坡急流滩坝上游的急流，对增加坝上游水深是有一定限度的。）疏浚工程一一用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘土石方的工程。分类：基建性疏浚；维修性疏浚；临时性疏浚。挖槽尺度：1断面尺度2平面尺度。挖槽的土石方计算：1断面积法2平均水深法挖泥船分类1水力式2机械式第五章：河流渠化水库:调节河川径流的主要措施。表征水库的主要特征是水库面积和容积。一般情况下，水库面积和容积越大，其径流调节能力越强，通航保证率越高，综合利用的经济效益也越大。死水位：在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。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。防洪特征水位：水库各项防洪水位的总称，包括校核洪水位、设计洪水位、防洪高水位和防洪限制水位等。消落深度：正常蓄水位至死水位之间的深度死库容：死水位以下的水库容积称为死库容。调节库容：正常蓄水位至死水位之间的库容防洪库容：防洪限制水位至防洪高水位之间的库容调洪库容：防洪限制水位至校核洪水之间的库容水库水文情势：水库中多年各水文要素（水位、水温、流速、泥沙、波浪等）一般情况径流调节：按照用水部门的需要，借助专门的建筑物（主要是拦河筑坝形成水库）将河川径流加以控制和重新分配。水电工程：利用水工建筑物及有关的机电设备使水流的势能变为电能的工程水电站的出力：在一定水头和流量的条件下，水电站所能发出的最大功率。水电站的开发方式：壅（抬）水式、引水式和混合式壅（抬）水式电站，根据水电站厂房的位置，可分为：河床式、坝后式和坝内式引水式电站：利用引水建筑物集中落差来获得发电水头混合式电站：壅（抬）水式和引水式电站两者的综合。发电水头由筑坝壅高上游水位形成以及利用引水建筑物来获得。水电站的工作特点：1出力多变，保证率较低；2机组启动和停机迅速，负荷增减方便；3土建投资比重大，机电投资比重小。水电站装机容量：全部机组满载运行时的总额定容量，即全部发电机组的总生产能力农田水利工程包括渠道工程、输水及配水渠系、田间灌溉调节网、排水系统及容泄区。供水工程：一般由取水建筑物、净化系统和输配水系统三部份组成。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。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。局部渠化:只对局部河段进行渠化，两渠化河段间有一天然河段，各渠化河段互不连接。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。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。渠化工程规划的内容：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。规划原则：因地制宜、综合治理；统一标准、水运成网；经济合理；远近结合；平战结合；技术先进。方法：渠化河流的航道等级的拟定；渠化枢纽坝址选择及梯级布置；枢纽平面布置及其主要技术、经济指标计算；梯级布置方案比较及开发程序。梯级布置要求：梯级方案必须满足航运的要求；尽量减少淹没损失；充分发挥梯级的综合效益；梯级位置应具有良好的地形、地质条件；梯级方案应利于缩短工期和降低工程造价第六章：通航建筑物通航建筑物：为船舶通过航道上集中水位落差而修建的建筑物。（船闸、升船机等）船闸：是用水力直接提升船舶过坝的一种通航建筑物。它是由上下闸首、闸门、闸室等挡水建筑物和能使闸室水位升降的输水系统形成的水梯。船闸组成：主要由闸室（供船舶停泊）、闸首（挡水和灌泄水）和引航道（引导船舶迅速、安全地进出闸室）等三个基本部分及相应的设备所组成。船闸类型：内河船闸和海船闸；单级船闸和多级船闸；单线船闸和多线船闸；其他类型单级船闸：沿船闸纵向只有一个闸室的船闸；多级船闸：沿闸室轴线方向具有两个及两个以上闸室的船闸（连续梯级船闸和设中间渠道多级船闸两种）连续梯级船闸：两个以上闸室纵向连续梯级排列的船闸。能克服较大的水位落差，但船舶过闸时间长，通过能力小。设中间渠道的多级船闸：为提高多级船闸通过能力和运行保证率，根据船舶过闸运行的需要和地形、地质等条件，在纵向两个闸室或多个闸室之间，可设可供错船会让的中间渠道引航道作用：保证船舶安全，顺利进出船闸；供等待过闸的船舶安全停泊；使进出船闸的船舶能交错避让。引航道的型式：单线船闸引航道平面布置，有对称型、反对称型、不对称型三种型式。引航道一般由导航段、调顺段、停泊段、过渡段、制动段组成（前三段为直线段）引航道宽度：单线船闸和双线船闸的引航道宽度是指调顺段和停泊段的宽度。引航道水深：设计最低通航水位时引航道底宽内的最小水深，等于设计船队船舶）满载吃水加富裕水深。引航道直线段外为弯曲航道时，其弯曲半径不得小于最小限值。闸室有效长度：船舶过闸时，闸室内可供船舶安全停泊的长度闸室有效宽度：闸室内两侧墙面最突出部分之间的最小距离门槛水深：设计最低通航水位时门槛上的最小深度船闸设计水位：1上、下游设计最高水位（校核洪水位；最大下泄流量相应的下游最高水位）2上、下游设计最高通航水位3上、下游设计最低通航水位4修检水位船闸高程的确定:包括船闸闸首、闸室、闸门和引航道建筑物等的顶部高程和底部高程。水利枢纽：凡为满足防洪、发电、航运、灌溉、引水等需要，在河流上修建具有综合用途的水工建筑物。船闸布置类型1.闸坝分离式布置（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）2.闸坝并列式布置通航水流条件的概念：在通航期内，为满足船舶正常操作条件下安全通畅过闸，对船闸引航道口门区和引航道内流速、流态及其分布范围提出的要求。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。（方式：先建通航船闸；修建临时通航船闸；临时船闸结合导流明渠通航的综合方式）船闸的通过能力一一年通过船闸的船舶总数或货物的总吨数。前者为过船能力，后者为过货能力。在一般情况下，船闸的通能力是指设计水平年期限内，每年自两个方向（上、下行）通过船闸的货物总吨数，即年过闸货运量。船闸过闸时间：一个船舶（船队）从上游经过船闸到达下游或从下游经过船闸到达上游所需的时间，或指两个方向各通过一个或通过一系列船舶（船队），船舶（船队）通过船闸所需的平均时间。船闸输水系统是在船闸建筑物上为闸室灌水和泄水而设置的，包括进水口、输水廊道、输水阀门、出水口及消能室等设施。型式主要可分为集中输水系统和分散输水系统两大类型集中输水系统：将输水系统集中布置在闸首范围内。灌水时，水经上闸首由闸室的上游集中流入闸室；泄水时，水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道。（短廊道输水；直接利用闸门输水；组合式输水）分散式输水系统是将输水系统分散布置在闸首及